AI반도체로 '제2의 D램 신화' 쓴다…"성능·효율 100배인 반도체 개발"
AI반도체, 향후 10년 간 6배 성장 전망…韓 기업 점유율 '한 자릿수'
PIM 반도체가 뭐길래?…프로세서+메모리 합쳐 성능·효율 극대화
정부, AI반도체 추진 사업에 1조 투자…인력도 7000명 키운다
인공지능(AI) 반도체 이미지. (사진=정보통신기획평가원) *재판매 및 DB 금지
반도체 시장의 중심이 메모리 반도체에서 시스템 반도체로 옮겨가고, 그 중에서도 '인공지능(AI) 반도체'의 비중이 급격히 커질 것으로 전망되고 있다. 이에 우리 정부는 시스템 반도체 시장에서도 '퍼스트무버'로 도약하기 위해 AI반도체 연구개발(R&D)에 1조원 규모의 투자를 공언했다.
韓 점유율, 메모리 반도체는 60%인데…시스템 반도체는 '3%'
가트너에 따르면 지난 2020년 기준 4662억달러(약 608조원) 규모의 전 세계 반도체 시장에서 시스템 반도체는 58.4%, 메모리 반도체는 26.7%를 차지하고 있다. 넓은 의미에서 광·개별소자(14.9%)까지 시스템 반도체로 구분할 경우 시스템 반도체 비중만 70%에 육박한다.
특히 AI반도체는 올해 기준 전체 시스템 반도체 중 12.1%의 비중을 점하고 있는데, 향후 10년간 6배 가량 성장해 2030년에는 전체 시스템 반도체 시장의 31.3%를 차지할 것으로 전망되고 있다.
우리나라는 메모리 반도체 시장에서 전 세계 점유율 60%을 차지하는 등 압도적인 1위를 점하고 있지만 시스템 반도체 점유율은 3% 수준에 그친다. 삼성 등 대기업을 제외하면 국내 팸리스들의 비중은 1%도 안되는 것으로 알려졌다.
(사진=정보통신기획평가원 제공) *재판매 및 DB 금지
AI반도체 CPU·NPU 등 거쳐 'PIM'으로…폰 노이만 구조 한계 극복
AI반도체의 형태는 CPU(중앙처리장치), FPGA(프로그래머블 반도체), GPU(그래픽처리장치)를 거쳐 NPU(신경망처리장치) 형태로 전환되고 있다. 향후에는 프로세서(중앙처리장치)와 메모리(주기억장치)를 융합한 PIM(Processing in Memory) 반도체로 발전할 전망이다.
특히 오 PM은 AI 시대의 도래로 70여년간 이어져온 '폰 노이만 구조'가 한계를 맞이했는데, PIM 반도체가 이같은 문제를 해결할 수 있을 것이라고 강조했다.
현대 컴퓨터를 이용한 거의 모든 기기에 적용되는 폰 노이만 구조는 입·출력 장치 사이에 프로세서와 메모리를 구비하고 이 두 장치 간 데이터를 전송·처리하는 식으로 이뤄져있다. 하지만 AI 시대가 찾아오며 데이터량과 연산량이 폭증했고, 메모리가 프로세서의 처리 속도를 따라가지 못하면서 데이터 병목 및 전력 소모 심화 현상이 나타났다.
PIM 반도체는 메모리와 프로세서가 아예 통합된 구조로 이뤄져 있어 이러한 한계를 극복할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 오 PM에 따르면 PIM 반도체는 이론상 메모리와 프로세서 간 무제한적 데이터 이동이 가능해 대역폭과 성능이 100배가량 향상시키면서 전력소모량은 100분의 1 수준으로 줄일 수 있다.
[서울=뉴시스]6일 서울 서초구 aT센터에서 정보통신기획평가원(IITP) 주관으로 열린 'K-인공지능 반도체, 미래를 말하다' 행사가 진행되고 있다. (사진=정보통신기획평가원 제공)
AI반도체 R&D에 9362억 투입…초격차 기술 확보해 '퍼스트무버'로
정부의 AI반도체 추진 사업은 크게 R&D, 기업지원, 인력양성의 세 가지 방향에서 진행된다. R&D에 9362억원, 기업지원에 946억원, 인력양성에 368억원 등 1조원 이상을 쏟는다는 계획이다. 특히 현재 예타가 진행 중인 차세대 지능형 반도체 기술개발(4880억원)과 PIM AI반도체 기술 개발(2897억원)에 향후 6~7년간 약 7500억원을 투자하기로 했다.
보다 구체적으로는 ▲NPU·PIM·신소자 기술 확보 및 인공지능 반도체 소프트웨어 플랫폼 개발 등 '초격차 기술력 확보' ▲국산 NPU로만 이뤄진 데이터센터 구축 등 '초기 시장수요 창출' ▲중소 팹리스 지원 강화를 비롯한 '산학연 협력 생태계 조성' ▲AI반도체 대학원 신설(내년 중 3개교)을 비롯한 5년간 7000명 이상의 '전문인력 양성' 등이 추진될 예정이다.
이에 더해 정부는 NPU 등 AI반도체의 효과성을 극대화하기 위해 거대 인공신경망에서 지원할 수 있는 소프트웨어 플랫폼을 내년부터 신규 사업으로 기획 중인 것으로 알려졌다.
이날 행사에서 전성배 IITP 원장은 "AI반도체는 글로벌 시스템 반도체 강자들이 새롭게 도전할 수 있는 기회를 제공한다"며 "체계적인 전략산업 육성을 통해 우리나라의 미래 핵심 성장동력과 종합반도체 강국 실현의 밑거름이 될 수 있도록 IITP가 함께 노력하겠다"고 말했다.
한편 AI·시스템 반도체를 비롯한 전체 반도체 시장의 GWP(세계경제규모) 대비 비중은 역대 최고를 기록할 것으로 예상되고 있다. 반도체 시장 비중은 2000년 IT 버블 당시 0.6%로 정점을 기록한 뒤 10여년 간 0.4%를 오갔는데, 2016년부터 비율이 점차 높아지며 지난해에는 0.59%까지 상승했다. 올해 비중은 최고치였던 0.6%를 22년 만에 넘어서고, 2030년 즈음에는 0.7%를 상회할 전망이다.
인공지능 반도체 산업 성장 지원 대책. (사진=과학기술정보통신부 제공) *재판매 및 DB 금지
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