삼성전자, 세계 최초 인공지능 HBM-PIM 개발

기존 HBM2보다 2배 이상 성능 향상, 시스템 에너지 70% 이상 감소

강동식 기자

lavita@datanews.co.kr | 2021.02.17 11:03:00

▲메모리 반도체와 인공지능 프로세서를 하나로 결합한 ‘HBM-PIM’ / 사진=삼성전자

삼성전자는 세계 최초로 메모리 반도체와 인공지능(AI) 프로세서를 하나로 결합한 ‘HBM-PIM(Processing-in-Memory)’을 개발했다고 17일 밝혔다.

PIM은 메모리 내부에 연산작업에 필요한 프로세서 기능을 더한 차세대 신개념 융합기술이다.

삼성전자는 PIM 기술을 활용해 슈퍼컴퓨터(HPC)와 AI 등 초고속 데이터 분석에 활용되는 ‘HBM2 아쿠아볼트(Aquabolt)’에 AI 엔진을 탑재한 HBM-PIM을 개발했다. HBM2 아쿠아볼트는 삼성전자가 2018년 1월 양산한 2세대 고대역폭 메모리 반도체다.

AI 시스템에 HBM-PIM을 탑재할 경우 기존 HBM2를 이용한 시스템 대비 성능은 약 2배 이상 높아지고, 시스템 에너지는 70% 이상 감소된다.

또 기존 HBM 인터페이스를 그대로 지원해 HBM을 이용하는 고객은 하드웨어나 소프트웨어의 변경 없이 HBM-PIM을 통해 강력한 AI 가속기(AI를 실행하기 위한 전용 하드웨어) 시스템을 구축할 수 있게 됐다.

최근 AI의 응용 영역이 확대되고 기술이 고도화됨에 따라 고성능 메모리에 대한 요구가 지속적으로 커져왔으나 기존의 메모리로는 폰 노이만 구조의 한계를 극복하기 어려웠다.

폰 노이만 구조는 오늘날 대부분의 컴퓨터에서 사용하는 방식으로, CPU가 메모리로부터 명령어를 불러오고 실행하며 그 결과를 다시 기억장치에 저장하는 작업을 순차적으로 진행한다. 이 과정에서 CPU와 메모리간 주고받는 데이터가 많아지면 작업처리가 지연되는 현상이 생긴다.

삼성전자는 이를 극복하기 위해 메모리 내부의 각 뱅크(Bank, 주기억장치를 구성할 때의 최소 논리적 단위)에 AI 엔진을 장착하고 병렬처리를 극대화해 성능을 높였다. 또 HBM-PIM은 메모리 내부에서 연산처리가 가능해 CPU와 메모리간 데이터 이동이 줄어들어 AI 가속기 시스템의 에너지 효율을 높일 수 있다.

삼성전자는 이러한 혁신기술을 D램 공정에 접목시켜 HBM-PIM을 제품화 하는데 성공하고 반도체 분야 세계 최고권위 학회인 ISSCC에서 논문을 공개했다.

삼성전자는 상반기내 다양한 고객사들의 AI 가속기에서 HBM-PIM을 탑재해 테스트 검증을 완료할 예정이며, 향후 고객사들과 PIM 플랫폼의 표준화와 에코 시스템 구축을 위해 협력을 강화해 나갈 계획이다.

강동식 기자 lavita@datanews.co.kr