삼성전자, MRAM 기반 '인-메모리 컴퓨팅' 세계 최초 구현

네이처에 게재…MRAM 기반 데이터 저장과 연산까지 수행
저전력 인공지능 및 뉴로모픽 칩 기술 지평 확장

삼성전자 연구진이 MRAM(자기저항메모리)을 기반으로 한 인-메모리(In-Memory) 컴퓨팅을 세계 최초로 구현하고, 이 연구 결과를 국제 학술지 '네이처'에 12일(영국 현지시간) 게재했다.

인-메모리 컴퓨팅은 메모리 내에서 데이터의 저장뿐 아니라 데이터의 연산까지 수행하는 최첨단 칩 기술이다.

13일 삼성전자에 따르면 이번 연구는 삼성전자 종합기술원 정승철 전문연구원이 제1 저자로, 함돈희 종합기술원 펠로우 및 하버드대학교 교수와 김상준 종합기술원 마스터가 공동 교신저자로 참여했다.

삼성전자 종합기술원, 반도체연구소, 파운드리사업부 연구원들도 공동으로 연구에 참여했다.

기존 컴퓨터는 데이터의 저장을 담당하는 메모리 칩과 데이터의 연산을 책임지는 프로세서 칩이 따로 나뉘어 구성된다.

반면 인-메모리 컴퓨팅은 메모리 내 대량의 정보를 이동 없이 메모리 내에서 병렬 연산해 전력 소모가 현저히 낮다.

이 덕분에 차세대 저전력 인공지능(AI) 칩을 만드는 유력한 기술로 주목받고 있다.

인-메모리 컴퓨팅에 활용할 수 있는 비휘발성 메모리 후보군으로는 MRAM과 RRAM(저항메모리), PRAM(상변화메로리)이 있는데 지금까지 MRAM 제외한 나머지는 인-메모리 컴퓨팅을 구현한 사례가 있다.

MRAM은 데이터 안정성이 높고 속도가 빠른 장점이 있지만, 낮은 저항값을 갖는 특성으로 인해 인-메모리 컴퓨팅에 적용해도 전력 이점이 크지 않아 그동안 인-메모리 컴퓨팅으로 구현되지 못했다.

삼성전자 연구진은 이러한 MRAM의 한계를 기존의 '전류 합산' 방식이 아닌 새로운 개념의 '저항 합산' 방식의 인-메모리 컴퓨팅 구조를 제안함으로써 저전력 설계에 성공했다.

연구진은 MRAM 기반 인-메모리 컴퓨팅 칩의 성능을 인공지능 계산에 응용해 숫자 분류에서는 최대 98%, 얼굴 검출에서는 93%의 정확도로 동작하는 것을 검증했다.

삼성전자 관계자는 "이번 연구는 시스템 반도체 공정과 접목해 대량 생산이 가능한 비휘발성 메모리인 MRAM을 세계 최초로 인-메모리 컴퓨팅으로 구현하고, 차세대 저전력 AI 칩 기술의 지평을 확장했다는데 큰 의미가 있다"고 설명했다.

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

삼성전자 종합기술원 정승철 전문연구원은 "인-메모리 컴퓨팅은 메모리와 연산이 접목된 기술로, 기억과 계산이 혼재된 사람의 뇌와 유사한 점이 있다"며 "이번 연구가 향후 실제 뇌를 모방하는 뉴로모픽(Neuromorphic) 기술의 연구 및 개발에도 도움이 될 수 있을 것"이라고 말했다.

뉴로모픽 반도체는 사람의 뇌 신경망에서 영감을 받거나 직접 모방하려는 반도체로, 인지·추론 등 뇌의 고차원 기능까지 재현하는 것을 궁극적 목표로 한다.

앞서 삼성전자와 하버드대 연구진은 지난해 9월 뉴로모픽 반도체 비전을 제시한 논문을 '네이처 일렉트로닉스'에 게재했다.

당시 논문은 뇌 신경망에서 뉴런(신경세포)들의 전기 신호를 나노전극으로 초고감도로 측정해 뉴런 간의 연결 지도를 '복사'(Copy)하고, 복사된 지도를 메모리 반도체에 '붙여넣기'(Paste) 함으로써 뇌의 고유 기능을 재현하는 뉴로모픽 칩 기술을 제안했다.

이번에 발표한 논문은 당시 논문의 '뇌 구조 복사 & 붙여넣기' 컨셉 가운데 신경망을 붙여넣기 하는 소자 플랫폼으로서 MRAM의 활용 가능성까지 제안한 것이라고 삼성전자 측은 설명했다.

/연합뉴스