삼성전자, 세계 최초 '사람 뇌 닮은' 인-메모리 컴퓨팅 구현

 삼성전자 연구진이 자기저항메모리(MRAM)를 기반으로 한 인-메모리(In-Memory) 컴퓨팅을 세계 최초로 구현해 연구 결과를 학술지에 게재했다.

인-메모리 컴퓨팅은 메모리 내에서 데이터 저장부터 연산까지 수행하는 최첨단 칩 기술이다. 이동 없이 많은 정보를 메모리 내에서 병렬 연산하기 때문에 전력 소모가 현저히 낮다. 시스템 반도체 공정과 접목해 대량 생산이 가능한 비휘발성 메모리 중 하나로, 차세대 저전력 인공지능(AI) 칩 제작에 유력한 기술로 주목받는 이유다.

하지만 데이터 안정성이 높고 빠른 장점에도 불구하고 낮은 저항값을 갖는 특성으로 인해 전력 이점이 크지 않아 그동안에는 인-메모리 컴퓨팅으로 구현되지 못했다.

삼성전자 연구진은 이러한 MRAM의 한계를 기존 '전류 합산' 방식이 아닌 새로운 개념의 '저항 합산' 방식의 인-메모리 컴퓨팅 구조를 제안함으로써 저전력 설계에 성공했다. MRAM 기반 인-메모리 컴퓨팅 칩의 성능을 AI 계산에 응용해 숫자 분류에서는 최대 98%, 얼굴 검출에서는 93%의 정확도로 동작하는 것을 검증했다.

연구진은 새로운 구조의 MRAM 칩을 인-메모리 컴퓨팅으로 활용할 뿐 아니라, 생물학적 신경망을 다운로드하는 뉴로모픽(Neuromorphic) 플랫폼으로의 활용 가능성도 함께 제안했다.

뉴로모픽 반도체는 사람의 뇌 신경망에서 영감을 받거나 또는 직접 모방하려는 반도체다. 신경망 연산에 필요한 회로만으로 구성돼 있어 기존 CPU나 GPU를 이용해 신경망 연산을 하는 것보다 전력, 면적, 속도 측면에서 큰 이익을 얻을 수 있다. 인지, 추론 등 뇌의 고차원 기능까지 재현하는 것을 궁극적 목표로 삼고 있다.

연구에 참여한 정승철 삼성전자 종합기술원 전문 연구원은 "인-메모리 컴퓨팅은 메모리와 연산이 접목된 기술로, 기억과 계산이 혼재돼 있는 사람 뇌와 유사한 점이 있다"라며 "이번 연구가 향후 실제 뇌를 모방하는 뉴로모픽 기술의 연구 및 개발에도 도움이 될 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구는 세계 최초로 MRAM 기반 인-메모리 컴퓨팅을 구현하고, 차세대 저전력 AI 칩 기술의 지평을 확장했다는 데 큰 의미가 있다는 평가다. 삼성전자는 초격차 메모리 기술 역량을 시스템 반도체 기술과 접목해, 차세대 컴퓨팅 및 인공지능 반도체 분야에서 지속적으로 기술 리더십을 확장해 나간다는 계획이다.

한편 이번 연구 결과는 12일(영국 현지시간) 세계적인 학술지 '네이처(Nature)'에 실렸다. 연구에는 정승철 전문 연구원이 제1저자로, 함돈희 종합기술원 펠로우 및 하버드대학교 교수와 김상준 종합기술원 마스터가 공동 교신저자로 참여했다. 삼성전자 종합기술원, 반도체연구소, 파운드리 사업부 연구원들도 공동으로 연구에 참여했다.