PIM 반도체 기술의 혁신, '다이나플라지아'를 중심으로

최근 반도체 기술의 혁신적인 발전이 이어지고 있는 가운데, PIM(Processing-In-Memory) 기술이 큰 주목을 받고 있습니다.

 

기존의 폰-노이만 아키텍처는 메모리와 프로세서가 별도의 칩에 위치해 있어 메모리 입출력 병목 현상과 전력 소모 문제로 인한 성능과 효율성의 한계를 드러냈습니다.

 

그러나 최근 과학기술정보통신부와 KAIST 연구팀이 개발한 아날로그형 DRAM-PIM '다이나플라지아(DynaPlasia)'는 이러한 한계를 극복하며 새로운 가능성을 제시하고 있습니다.

 

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1. PIM 반도체 기술의 진화

1.1 기존 PIM 기술의 한계

기존 PIM 반도체는 SRAM-PIM 방식이나 메모리 셀 어레이 내부가 아닌 외부에 연산기를 배치하는 디지털 PIM 방식이 주를 이루었습니다. 이 방식은 데이터 병목 현상을 감소시키기는 했으나, 메모리 셀 내부에 직접 연산기를 집적하여 연산 성능을 크게 향상시키지는 못했습니다.

 

1.2 '다이나플라지아'의 혁신

다이나플라지아는 메모리 셀마다 연산기가 집적되어 메모리 대역폭을 최대화하고, 메모리 셀 수만큼 연산기가 집적되어 높은 처리량과 효율성을 자랑합니다. 이는 3개의 트랜지스터만으로 셀을 구성하고, 높은 병렬성과 에너지 효율의 아날로그 연산 방식을 이용하여 집적도와 연산 기능을 획기적으로 향상시킨 것이 특징입니다.

 

2. 다이나플라지아의 핵심 기술

2.1 누설전류 내성 컴퓨팅

다이나플라지아는 누설전류 내성 컴퓨팅 기술을 도입해 모든 메모리 셀이 병렬로 동작할 수 있도록 했습니다. 이를 통해 기존 디지털 DRAM-PIM 방식 대비 약 300배 높은 병렬성으로 15배 높은 데이터 처리량을 달성했습니다.

 

2.2 트리플-모드 셀

세계 최초로 개발된 트리플-모드 셀은 메모리, 연산기, 데이터 변환기 기능을 동시에 지원합니다. 이를 통해 실제 AI 연산에 맞춰 하드웨어 구조를 동적으로 형성할 수 있으며, 기존 아날로그형 PIM 반도체보다 2.5배 가량 높은 효율성을 보입니다.

 

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3. 결론

다이나플라지아의 개발은 메모리 병목 현상을 해소하고 높은 처리량과 가변성을 갖는 고메모리 용량의 DRAM-PIM을 실현함으로써 반도체 기술의 새로운 지평을 열었습니다.

 

이러한 혁신은 거대해지는 AI 모델에서도 높은 성능을 보일 것으로 기대되며, PIM 반도체 기술의 발전과 상용화에 큰 기여를 할 것으로 예상됩니다.

 

PIM 기술은 메모리 반도체 기술에 강점을 가진 우리나라가 세계 시장에서 앞서 나갈 수 있는 잠재력을 가진 분야입니다. 앞으로도 국내 연구진의 지속적인 연구 개발과 혁신을 통해 글로벌 최고 수준의 초고속·저전력 AI 반도체 기술의 리더십을 확보하기를 기대합니다.

 

참고 기사
셀 하나에 '메모리+연산+데이터변환'···한계넘은 'PIM반도체'