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삼성·SK도 협력… 차세대 반도체 `1·2세대` 4000억 들여 동시개발

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IITP, 내년 ICT R&D 계획 발표
대용량 메모리에 AI 연산기능 통합
2025년 300조원대 시장 선점 계획
삼성·SK도 협력… 차세대 반도체 `1·2세대` 4000억 들여 동시개발
정부가 반도체 패권경쟁에서 앞서가기 위한 차세대 AI(인공지능) 반도체 개발사업을 통해 내년에 PIM(Processing-In-Memory) 반도체 1세대와 2세대 개발을 한꺼번에 시작한다.



올해부터 2025년까지 총 4000억원이 투입되는 PIM 반도체 개발사업의 일환이다. 차세대 메모리 반도체로 주목받는 PIM은 메모리 내부에 연산 프로세서까지 탑재된 형태로, 1·2세대 PIM 반도체 개발에는 4~5년이 걸릴 전망이다.

문형돈 정보통신기획평가원(IITP) 기술기획단장은 2일 서울 양재동 엘타워에서 열린 '2022 ICT R&D 주간' 행사에서 '2023년 ICT R&D 기획·투자방향'을 발표했다.

최근 수출과 경제 전반에 어려움이 커진 상황에서 디지털 기술 경쟁력을 끌어올려 경제적 파급효과를 극대화하고 성장 돌파구를 만들겠다는 게 정부 구상이다.

문 단장은 "AI, AI반도체, 양자, 메타버스, 사이버보안, 5G·6G 등 6대 디지털 혁신기술 경쟁력을 최고국 대비 90% 이상 높이고 최고급 인재 3만명을 양성할 계획"이라며 "내년 ICT R&D에는 총 1조4299억원을 투자할 예정"이라고 밝혔다.

내년 AI반도체 분야에는 신규사업 240억원을 포함해 총 1272억원이 투입된다.

정부는 국산 AI반도체 초기 수요를 만들기 위해 반도체 최대 수요처 중 하나인 데이터센터를 국산 AI반도체로 구축하는 'NPU(신경망처리장치) 팜 구축·실증사업'을 추진한다. 이를 통해 AI 개발자들에게 컴퓨팅 파워를 무상 제공할 계획이다.

PIM 반도체는 올해 설계기술과 소프트웨어, 인터페이스 기술을 개발한 데 이어 내년에 본격적으로 1세대와 2세대 PIM을 개발한다.

컴퓨터 CPU(중앙처리장치)와 메모리 사이에 주고받는 데이터가 많아지면 컴퓨팅 속도가 떨어지는데, PIM은 메모리 내부에서 일부 연산을 처리하도록 해 이를 극복해 준다. 시스템 성능은 2배 이상 높아지고 시스템 에너지는 약 70% 절감된다. 따라서 PIM 메모리는 빅데이터 처리나 AI컴퓨팅, IoT(사물인터넷)에 최적화된 반도체로 평가받는다.

삼성·SK도 협력… 차세대 반도체 `1·2세대` 4000억 들여 동시개발
2023년 PIM AI반도체 R&D 계획 <자료:IITP>

정부는 PIM 반도체를 2가지로 구분, 1세대로 프로세서와 대용량 메모리를 최근접시켜 배치해 메모리 대역폭을 극대화하는 니어 메모리(Near Memory) PIM을 개발하고, 이와 병행해 메모리 안에 AI 특화 연산기능을 통합한 인 메모리 PIM을 개발한다.

1세대의 초기 버전인 D램 기반 니어 메모리 PIM은 삼성전자와 SK하이닉스가 지난해 초 자체 개발했고, 정부는 이보다 성능과 전력효율을 높인 니어 메모리 PIM과 2세대 인메모리 PIM을 개발해 기술을 고도화한다는 계획이다.

삼성전자와 SK하이닉스도 이 사업에 협력한다.

우리나라는 전 세계 D램 등 메모리반도체 시장에서 점유율 56.9%를 차지하며 세계 1위를 기록하고 있다.

반면 훨씬 규모가 큰 시스템반도체는 점유율이 2.9%에 불과하다. AI반도체는 2030년 시스템반도체 시장의 30%를 차지할 전망으로, 이 수요를 잡아서 시스템반도체 시장구도를 바꾸겠다는 게 정부 전략이다.

과기정통부에 따르면 PIM 반도체 세계 시장규모는 2025년 208조~374조원 규모로 성장할 전망이다.

공공·민간 데이터센터에 국산 NPU를 확산시키고 2030년까지 NPU와 PIM에서 초격차 기술을 확보해 기존 메모리 중심 반도체 산업구조를 바꾸고 성장 돌파구를 여는 게 정부의 목표다.

양자 분야에서는 관성, 시간, 자기장, 광학 등 양자센서 4개 핵심 플랫폼을 개발하고 양자통신·센서 공정 인프라를 구축한다.

5G·6G 영역에서는 5G-어드밴스드 무선통신 핵심 부품과 오픈랜 핵심 기술, 5G-어드밴스드 유선통신 기술 개발에 집중한다.

정부 차원의 메타버스 대형 R&D를 위한 예비타당성 조사도 추진한다. 정부와 IITP는 메타버스 기술력을 최고국 대비 90% 이상으로 높이고 민간 주도 메타버스형 서비스에 이어 2030년 거대규모 시범서비스를 추진한다는 계획이다.

이와 병행해 메타버스 콘텐츠·플랫폼 핵심 기술과 XR(혼합현실) 인터페이스 핵심 기술을 개발할 예정이다.

안경애기자 naturean@dt.co.kr


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