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국내 기술로 'AI 반도체' 개발...전력효율 10배 향상

기업과 출연연이 협력하여 독자적 설계 기술력 확보

인공지능·데이터 생태계의 핵심이자 반도체 산업의 새로운 격전지인 인공지능(이하 ‘AI’) 반도체 분야의 기술 자립을 위한 발판이 마련됐다.

 

한국전자통신연구원과 에스케이텔레콤 등 국내 기업이 공동연구를 통해 고성능 서버, IoT 디바이스 등에 적용 가능한 NPU 기반의 AI 반도체를 개발하고, AI 인프라·제품 적용을 통한 실증을 추진할 계획이라고 과기정통부는 밝혔다.

  

딥러닝 등 AI 기술혁신은 컴퓨팅 파워의 발전이 뒷받침해 왔으며, AI 기술의 발전 및 산업 확산에 따라 AI 실행에 최적화된 고성능·저전력의 AI 반도체가 미래 AI 산업 경쟁력을 좌우하는 차세대 핵심기술로 부각했다.

 


AI 반도체 산업은 대규모 설비투자가 필요한 장치산업을 넘어 전문적 설계역량과 지식재산(IP) 중심의 기술집약적 산업으로, 지배적 강자가 없는 초기시장 선점을 위한 기술혁신이 요구되는 상황이다.


지난 2016년부터 과기정통부는 국내 대기업·중소기업과 ETRI 등이 참여하는 국가 연구개발을 통해 선제적인 기술 개발을 추진해 왔으며, 고성능 서버와 모바일·IoT 디바이스 분야에 적용 가능한 AI 반도체 개발을 목표로 수년간의 연구개발을 거쳐, 독자적인 설계 기술을 확보하고 세계적 수준의 AI 반도체 구현에 성공했다.


세부적인 기술개발 내용으로는 먼저 ETRI와 SKT는 AI 응용 서비스를 제공하는 클라우드 데이터센터 등 고성능 서버에 활용 가능한 AI 반도체를 국내 최초로 개발했다. 현재 AI 연산에 활용되는 반도체(CPU, GPU 등)는 전력 소모량이 크고 반도체 칩(Chip)의 크기가 커서 효율적인 생산·활용에 한계가 있다.

  

연구진은 전력 소모 및 제작 비용 등 실용성을 고려하여 칩의 크기를 최소화하면서도 AI 연산에 최적화된 설계 기술을 적용하여 높은 연산능력과 전력효율을 구현했다. 특히, 동전 크기(17mm x 23mm)의 작은 면적에 16384개에 달하는 다수의 연산장치(Core)를 고집적하여 성능을 극대화하면서도, 각 연산장치의 전원을 동작․차단할 수 있는 소프트웨어 기술을 적용하여 전력 소모는 최소화했다.  

 

이를 통해, 초당 40조번(40TFLOPS)의 데이터 처리가 가능하고 15~40W 수준의 낮은 전력을 소모하는 AI 반도체를 개발했으며, 클라우드 데이터센터 등에 적용 시 AI 서비스에 대한 전력효율이 10배 이상 향상될 수 있을 것으로 기대된다.

 

연구진은 금년 하반기부터 지능형 CCTV, 음성인식 등을 서비스하는 SKT 데이터센터 적용을 통해 개발된 칩을 실제 환경에서 실증하고 사업화를 본격화할 예정이다. 사람의 시각처럼 객체를 인식하고, 지능형CCTV․드론 등에 적용 가능한 시각지능 AI 반도체는 ETRI와 전자부품연구원(KETI), 팹리스 기업 등이 협력해 개발했다.


또한 연구진은 낮은 전력에서도 높은 정확도를 갖는 고효율의 설계와 소프트웨어 기술을 적용해, 다양한 모바일·IoT 디바이스가 사람 수준으로 사물을 인식할 수 있는 소형의 칩 개발에 성공했다고 설명했다. 성인 손톱 크기의 절반 수준(5mmx5mm)으로 회로면적을 최소화하면서도, 초당 30회의 물체인식이 가능한 성능을 기존 반도체 대비 1/10 이하의 0.5W 전력으로 구현했다.

  

과기정통부는 연구 성과물의 기술이전(팹리스 등), 원천 소프트웨어 배포 등을 통해 국내 AI 반도체 생태계의 활성화를 지원하고, 국제반도체표준협의기구(JEDEC) 가입(ETRI, 2.26), 국내 산·학·연 협력 등을 통해 우리 기술의 국제 표준화에도 적극 대응할 계획이다.


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