정부, AI 반도체에 1253억원투자 "제2의 D램 육성"
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정부, AI 반도체에 1253억원투자 "제2의 D램 육성"
  • 정세진 기자
  • 승인 2021.01.12 15:19
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올해 13개 사업, 1253억원 투자...전년比75% 증가
AI 구현에 특화된 시스템 반도체 개발 나서
메모리와 프로세서 결합한 PIM 개발에 집중
석·박사급 인력양성 계획도
반도체 업계에서는 AI 반도체 개발 경쟁이 진행중이다. 사진=SK하이닉스 뉴스룸
반도체 업계에서는 AI 반도체 개발 경쟁이 진행중이다. 사진=SK하이닉스 뉴스룸

[오피니언뉴스=정세진 기자] 과학기술정보통신부가 올해 인공지능(AI) 반도체 시장 선점을 위한 핵심 기술 개발에 1253억원을 투자한다고 12일 발표했다. 지난해 배정된 관련예산 보다 75% 증가한 수치다. 

AI반도체는 학습, 추론 등 AI 구현에 특화된 시스템반도체를 말한다. 현재 대부분의 대형 데이터센터에서 AI 연상과 추론은 그래픽처리장치(GPU)와 중앙처리장치(CPU), AI 연산에 특화된 신경망처리장치(NPU, Neural Processing Unit) 등이 담당한다.

이번에 발표한 정부 계획에는 NPU 소자와 GPU를 대체할 AI학습·추론용 반도체 개발을 지원하는 내용이 담겨있다. 

정부가 발표한 AI 반도체 지원 사업 구조도. 자료=과학기술정보통신부

정부는 아직 초기 단계인 인공지능 반도체(NPU·Neural Processing Unit)를 ‘제2의 D램’으로 육성해 2030년 인공지능 반도체 시장에서 글로벌 시장 점유율 20%를 차지하겠다는 계획이다. 

PIM 반도체·NPU 기술 선점나서 

이를 위해 AI 반도체 원천기술과 상용화 응용기술 개발, 실증 등 성장 단계별 전 주기 연구개발(R&D)을 지원한다.

특히 세계 1위 메모리 반도체 역량을 활용해 PIM(Processing In Memory) 반도체 기술 선점을 위한 R&D 사업에 우선 집중한다는 방침이다. 최기영 과학기술정보통신부 장관은 교수시절 PIM 연구로 관련 논문을 작성한 전문가다. 

PIM은 PC, 서버, 모바일 기기에서 연산을 담당하는 CPU의 역할을 메모리 반도체가 일부 대신하는 개념을 적용한 반도체다. CPU 등 프로세서에 메모리 반도체 기술을 접목(Processign in Memory)하는 것이다.

현재 컴퓨터는 CPU와 메모리 반도체 사이에 데이터를 주고 받는 과정에서 '데이터 병목현상'이 발생해 전력소모가 커지고 데이터 처리 속도는 느려진다. AI연산에 요구되는 대규모 데이터 처리 시 전력 소비가 급격히 증가하고 연산 처리 속도가 느려지는 문제가 있다. 

NPU는 인간 뇌의 신경처리망을 모사한 반도체다. 사진=삼성반도체이야기 홈페이지

PIM 반도체는 프로세서와 메모리의 접목으로 데이터 병목 현상을 해결한다. 저전력·고효율인 PIM 반도체를 활용하면 향후 사물인터넷과 자율주행차 등이 요구하는 대규모 데이터 처리를 원활하게 할 수 있다. 

과기부는 앞으로 9년 간 PIM 반도체 기술 개발에 예산 1조원을 투입할 예정이며 현재 예비타당성조사를 앞두고 있다. 본 사업의 예비타당성 조사 진행과 별개로 올해는 115억원을 책정해 PIM 선도 기술 개발에 나선다. 1월 중 세부 연구개발 주제를 선정할 계획이다. 

학계에서는 인텔, 엔비디아, ARM 등 세계적 시스템 반도체 기업과 경쟁이 쉽지 않은 상황에서 한국이 강점을 가진 메모리 반도체 기술력을 응용한 PIM 기술의 선도 개발이 시장에서 경쟁력을 가질 수 있는 승부처라고 보고 있다. 

또 정부는 NPU 개발을 위해 올해부터 뇌 신경 모사 신소자 기술개발 등 19개 과제를 새롭게 수행한다. 현재 CPU구조는 병렬 연산에 적합하지 않다. 반면 인간의 뇌는 신경세포와 시냅스로 연결되어 신호를 주고 받으며 동시 다발적으로 정보를 처리한다.

AI는 특성상 수많은 병렬 연산을 필요로 한다. NPU는 인간 뇌의 정보 학습과 처리 과정을 모방해 병렬 연산에 최적화된 반도체다.

NPU 역시 이같은 방식으로 작동해 정해진 순서에 따라 작업을 수행하는 CPU에 비해 AI 연산에 효과적이다. 

정부는 지난해 NPU 개발에 1조원 규모를 투자해 향후 10년간 R&D를 진행하는 ‘차세대 지능형반도체 기술개발 사업’에 착수한 바 있다. 올해는 설계·소자·공정기술 혁신 등을 지원하기 위해 586억원을 지원한다. 

혁신기업 육성과 인력양성에도 투자

정부는 올해 55억원을 들여 인공지능 반도체 시장을 선도할 혁신기업을 육성하기 위해 8개 스타트업, 중소·벤처 팹리스(반도체 설계전문회사) 기업을 선발해 미세공정 전환, 신규 설계자산(IP) 개발·활용, 소프트웨어 최적화 등 맞춤형 지원을 통해 기술애로를 해소하는 사업도 신설한다. 

반도체 실증을 위해 국내 개발된 인공지능 반도체 기술·제품을 공공·민간데이터 센터, 디지털 뉴딜 프로젝트 등에 시범도입해 초기시장 수요 창출을 지원하는 실증사업도 신규로 추진한다.

인력양성에도 나선다. 인공지능 반도체 설계인력 등 고급인력을 육성하기 위해 올해 대학 내에 인공지능·시스템반도체 연구인력 양성 전문센터 3개소를 추가 설치한다. 이를 통해 원천기술 개발이 가능한 석·박사급 고급인재를 양성한다.

또 해외 거주 중인 박사학위자 등 최고급 인재를 국내로 유치해 인공지능 대학원에 ‘인공지능 반도체 관련 과목’ 개설도 추진한다.


 


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