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삼성전자가 AI엔진을 탑재한 메모리 반도체 제품군을 확대한다. 삼성전자는 메모리와 시스템반도체의 융복합화를 주도하면서 다양한 글로벌 기업들과 협력을 통해 차세대 메모리 반도체 생태계를 빠르게 확대해 나갈 계획이다.
삼성전자는 24일 온라인으로 개최된 ‘Hot Chips’ 학회에서 지난 2월 업계 최초로 개발한 HBM-PIM 뿐만 아니라 PIM 기술을 적용한 다양한 제품군과 응용사례를 소개했다. Hot chips은 업계에서 가장 주목하는 차세대 반도체 기술이 공개되는 학회다. 주요 반도체 업체 중심으로 1989년부터 매년 개최되고 있다.
삼성전자는 이날 학회에서 D램 모듈에 AI엔진을 탑재한 ‘AXDIMM(Acceleration DIMM)’, 모바일 D램과 PIM을 결합한 ‘LPDDR5-PIM’ 기술, HBM-PIM의 실제 시스템 적용 사례를 각각 소개했다.
AXDIMM은 PIM 기술을 칩단위에서 모듈단위로 확장한 것으로 D램 모듈에 인공지능 엔진을 장착한 제품이다. D램 모듈의 동작 단위인 각 ‘Rank’에 AI엔진을 탑재하고 병렬 처리를 극대화해 성능을 높이고 AI엔진을 통해 D램 모듈내부에서 연산이 가능해져 CPU와 D램 모듈간의 데이터 이동이 줄어들어 AI 가속기 시스템의 에너지 효율을 높일 수 있다.
여기서 Rank란 DRAM 모듈에서 메모리 칩의 일부 또는 전체를 사용해 생성되는 데이터의 한 블록을 말한다.
또 기존 D램 모듈에 탑재된 버퍼칩에 AI 엔진을 탑재하는 방식으로 기존 시스템 변경 없이 적용이 가능하다는 특징도 있다.
현재 AXDIMM은 글로벌 고객사들의 서버 환경에서 성능 평가가 진행되고 있다. 성능은 약 2배 향상, 시스템 에너지는 40% 이상 감소가 확인됐다.
삼성전자는 초고속 데이터 분석 영역뿐만 아니라 모바일 분야까지 PIM을 확대 적용한 ‘LPDDR5-PIM’ 기술도 공개했다.
PIM 기술이 모바일 D램과 결합할 경우 데이터센터와 연결 없이 휴대폰 독자적으로 AI 기능을 수행할 수 있는 ‘On-Device AI’의 성능과 에너지 문제를 효과적으로 해결할 수 있을 것으로 예상된다. 시뮬레이션 결과, 음성인식, 번역, 챗봇 등에서 2배 이상의 성능 향상과 60% 이상의 에너지 감소가 확인됐다. On-Device AI는 멀리 떨어진 클라우드 서버를 거치지 않고 스마트기기 자체적으로 정보를 수집하고 연산한다.
삼성전자는 지난 2월 공개한 HBM-PIM을 실제 시스템에 탑재한 검증 결과도 발표했다. FPGA 개발 업체인 미국 자일링스(Xilinx)에서 이미 상용화 중인 AI 가속기 시스템에 HBM-PIM을 탑재했을 경우 기존 HBM2를 이용한 시스템 대비 성능은 약 2.5배 높아지며 시스템 에너지는 60% 이상 감소됨을 공개하며 참석자들로부터 큰 관심을 받았다.
삼성전자는 이와 같이 PIM 이라는 혁신 기술을 D램 공정에 접목시켜 다양한 응용처에서 실제 성능과 에너지 효율이 대폭 향상됐음을 강조했다. 나아가 PIM기술이 빅데이터 시대의 새로운 메모리 패러다임이 될 것이라고 덧붙였다.
김남승 삼성전자 메모리사업부 DRAM 개발실 전무는 “HBM-PIM은 업계 최초의 인공지능 분야 맞춤형 메모리 솔루션으로 이미 고객사들의 AI 가속기에 탑재돼 평가되고 있어 상업적 성공의 가능성을 보였다”며 “향후 표준화 과정을 거쳐 차세대 슈퍼컴퓨터 및 인공지능용 HBM3, On-Device AI용 모바일 메모리 및 데이터센터용 D램 모듈로 확장할 예정이다”고 밝혔다.
자일링스의 상품기획 시니어 디렉터 아룬 바라다라잔 라자고팔(Arun Varadarajan Rajagopal)은 “자일링스는 Virtex UltraScale+ HBM 제품군을 시작으로 데이터센터, 네트워킹, 실시간 신호처리 애플리케이션을 위한 고성능 솔루션을 지원하기 위해 삼성전자와 협력하고 있다”며 “최근 새롭고 흥미로운 Versal HBM 시리즈 제품을 선보였다”고 밝혔다.
이어 “인공지능 응용 분야에서 HBM-PIM의 성능과 에너지 효율 향상을 위한 시스템 평가를 위해 삼성전자와 지속 협력할 것이다”고 밝혔다.
기업용 소프트웨어 업체인 SAP의 HANA core research & innovation 총괄 올리버 렙홀츠(Oliver Rebholz)는 “AXDIMM을 활용한 시스템의 성능 예측 평가에서 성능 향상과 높은 에너지 효율이 기대된다”며 “SAP는 인메모리 데이터베이스 플랫폼 ‘SAP-HANA’ 의 성능 향상을 위해 삼성전자와 협력을 지속해 나갈 것이다”고 밝혔다.
삼성전자는 내년 상반기내 다양한 고객사들의 AI 가속기를 위한 PIM 기술 플랫폼의 표준화와 에코 시스템 구축을 완료해 인공지능 메모리 시장을 확대해 나갈 예정이다.
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