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삼성전자 연구진이 세계 최초로 자기저항메모리(MRAM)를 기반으로 한 ‘인-메모리(In-Memory) 컴퓨팅’을 구현하는 데 성공했다는 소식입니다. 인-메모리 컴퓨팅은 메모리 내에서 데이터의 저장뿐 아니라 데이터의 연산까지 수행하는 최첨단 칩 기술인데요 정보의 이동 없이 메모리에서 데이터를 병렬 연산하고 전력 소모가 현저히 낮아 차세대 저전력 인공지능(AI) 칩을 만드는 유력한 기술로 주목받고 있습니다.

삼성전자는 이 같은 연구 결과가 세계적인 학술지인 영국 ‘네이처(Nature)’에 게재됐다고 13일 밝혔는데요. 이번 연구는 정승철 삼성전자 종합기술원 전문연구원이 제1저자로, 함돈희 종합기술원 펠로우 및 하버드대 교수와 김상준 종합기술원 마스터가 공동 교신 저자로 참여했습니다.

현재 대부분의 컴퓨터에서 사용하는 방식인 ‘폰 노이만’ 구조는 중앙처리장치(CPU)가 메모리로부터 명령어를 불러와 실행하고, 그 결과를 다시 기억장치에 저장하는 작업을 차례로 진행합니다. 그러나 CPU와 메모리 간 주고받는 데이터가 많아지면 작업 처리가 지연되는 단점이 있습니다. 최근 이를 극복하기 위해 각각의 기능을 맡는 코어들을 한 곳에 결합하는 컴퓨팅 방식이 대안으로 제시되고 있는데요. 이번 논문에 기술된 인-메모리 컴퓨팅은 정보 이동 없이 메모리 내부에서 병렬 연산이 가능한 것이 핵심입니다. 로직과 메모리 사이의 데이터 이동이 없고 메모리 내 대량의 정보를 병렬처리할 수 있어 전력 소모를 최소화할 수 있다고 삼성 측은 설명했습니다.

저항메모리(RRAM)와 상변화메모리(PRAM) 등 비휘발성 메모리를 활용한 인-메모리 컴퓨팅 구현은 지난 수년간 전 세계적으로 관심이 높은 연구 주제였습니다. 하지만 또 다른 비휘발성 메모리인 MRAM은 데이터 안정성이 높고 속도가 빠른 장점에도 불구하고, 낮은 저항값을 갖는 특성으로 인해 전력 이점이 크지 않아 인-메모리 컴퓨팅으로 구현되지 못했습니다.

삼성전자 연구진은 이러한 MRAM의 한계를 극복하기 위해 기존의 ‘전류 합산’ 방식이 아닌 새로운 개념의 ‘저항 합산’ 방식인 인-메모리 컴퓨팅 구조를 제안함으로써 저전력 설계에 성공했습니다. 연구진은 MRAM 기반 인-메모리 컴퓨팅 칩의 성능을 AI 계산에 응용해 숫자 분류에서는 최대 98%, 얼굴 검출에서는 93%의 정확도로 동작하는 것을 검증했다고 합니다.

정승철 삼성전자 종합기술원 전문연구원은 “이번 연구가 향후 실제 뇌를 모방하는 뉴로모픽 기술의 연구 및 개발에도 도움이 될 수 있을 것”이라고 말했습니다.