메모리부터 연산까지…삼성·SK, AI 반도체 선점 경쟁

[이데일리 김응열 기자] 삼성전자(005930)와 SK하이닉스(000660)가 인공지능(AI) 반도체 시장을 선점하기 위해 맞붙고 있다. AI 활용이 확산하면서 대규모 연산을 뒷받침할 반도체 역시 필요성이 커지는 가운데 다른 기업과 협업하거나 AI 반도체 관련 기술 개발에 주력하고 있다.

7일 반도체업계에 따르면 삼성전자는 전날(6일) 네이버(035420)와 AI 반도체 솔루션 개발 협력을 위한 업무협약(MOU)를 체결하고 실무 태스크포스를 발족했다.

한진만 삼성전자 DS 전략마케팅실장 부사장(왼쪽)과 정석근 네이버 클로바 사내독립기업 대표가 6일 인공지능(AI) 반도체 솔루션 개발협력을 위한 업무협약(MOU)을 체결한 뒤 기념촬영을 하고 있다. (사진=네이버)

이번 협약에 따라 삼성전자는 차세대 메모리 솔루션 기술을 통해 메모리 병목 현상을 극복하고, 초대규모 AI 시스템에 최적화된 반도체 솔루션을 제공한다. 네이버는 AI 모델에서 불필요한 매개변수(파라미터, 외부에서 투입돼 소프트웨어·시스템상 작동에 영향을 주는 데이터)를 제거하거나 파라미터 간 가중치를 단순하게 조정하는 경량화 알고리즘을 차세대 반도체 솔루션에 최적화한다.

이들은 이번 협력을 시작으로 고성능 컴퓨팅을 지원하는 차세대 메모리 솔루션의 확산에 대해서도 지속적으로 협력해 나갈 계획이다.

삼성전자와 네이버가 손잡기로 한 AI 반도체는 학습·추론 등 AI 연산 실행에 최적화된 시스템반도체다. 고성능·저전력 중심의 데이터 연산처리를 수행하며, 기존 메모리 반도체를 뛰어넘는 차세대 반도체로 각광 받고 있다.

AI는 수많은 데이터를 학습하고 이를 통해 추론한 결과를 도출한다. 전자기기 내 중앙처리장치(CPU)는 메모리에서 데이터를 가져와 연산작업을 하는데, 처리할 정보가 많아지면 데이터 병목 현상이 발생하고 연산이 지연될 수 있다. 이에 단순한 연산은 메모리가 직접 처리해 AI의 데이터 처리를 지원하는 게 AI 반도체의 핵심이다.

AI 활용이 나날이 늘어가면서 AI 반도체 시장도 커질 전망이다. 시장조사기관 가트너에 따르면 AI 반도체 시장 규모는 지난해 360억달러였다. 그러나 내년 550억달러로 확대되고 오는 2025년에는 770억달러까지 성장할 것으로 추산된다.

김형준 차세대지능형반도체사업단장은 “AI 알고리즘이 1년에 10배, 20배 이상의 연산을 필요로 하는 등 AI는 점점 대세가 되고 있는데 AI 계산을 받쳐줄 반도체는 부족한 게 현실”이라며 “AI 반도체는 미래 유망한 시장으로 손꼽히고 있다”고 설명했다.

이에 국내 반도체기업도 AI 반도체 관련 기술 개발에 일찌감치 나섰다. 삼성전자는 지난해 2월 세계 최초로 메모리 반도체와 AI 프로세서를 하나로 결합한 고대역폭 프로세싱인메모리(HBM-PIM)를 개발했다. PIM은 연산 작업에 필요한 프로세서 기능을 메모리 내부에 더한 융합기술이다.

아울러 삼성전자는 프로세싱니어메모리(PNM) 기술도 개발했다. 이 역시 메모리를 데이터 연산 기능에 활용하는 건데, 연산 기능을 메모리 옆에 위치시켜 CPU와 메모리 간 데이터 이동을 감소시켜 병목현상을 줄이고 CPU 연산을 돕는다.

삼성전자의 PIM반도체(왼쪽)와 SK하이닉스 CXL 연산 메모리 솔루션 CMS 개념도. (사진=삼성전자, SK하이닉스)

SK하이닉스는 PIM 기반 GDDR6-AiM(엑셀러레이터인메모리)을 개발했다. 1초에 영화 198편을 처리하는 초당 16기가비트(Gb) 속도의 GDDR6에 연산 기능을 더한 제품이다. 이 제품을 CPU나 그래픽처리장치(GPU)와 함께 탑재하면 특정 연산 속도가 최대 16배까지 빨라진다는 게 SK하이닉스의 설명이다.

또 SK하이닉스는 용량 확장성이 특징인 컴퓨트 익스프레스 링크(CXL)를 기반으로 연산 기능을 통합한 컴퓨태이셔널 메모리 솔루션(CMS)을 개발했다. CMS는 기계학습(머신러닝)과 데이터 필터링 연산 기능을 제공해 AI의 데이터 처리를 돕는다.

반도체업계 관계자는 “AI 반도체 시장이 지금 당장 폭발적으로 성장하지는 않겠지만, 처리할 데이터가 많아지고 있는 만큼 반도체 기술이 나아가야 할 방향인 건 틀림없다”며 “시장 선점을 위해 관련 기술 개발 등 준비를 미리 하고 있다”고 말했다.