ETRI와 SKT 등 기업이 개발한 AI반도체 설명 영상<영상= 과학기술정보통신부>

ETRI(한국전자통신연구원·원장 김명준)는 SK텔레콤(대표 박정호, 이하 SKT) 등 국내 기업과 공동연구를 통해 고성능 서버(데이터센터 등), 사물인터넷(IoT) 디바이스 등에 적용 가능한 신경망처리장치(NPU) 기반의 AI반도체를 개발하는데 성공했다고 7일 밝혔다.

AI반도체는 AI 기반 응용 서비스가 필요로 하는 연산을 높은 성능, 높은 전력 효율로 실행할 수 있다. 낮은 전력으로 대규모의 데이터를 빠르게 처리하며 인간의 뇌처럼 복잡한 상황인식, 학습·추론 등 지능형 서비스에 최적화 돼 있다. 아직 지배적 강자가 없어 초기 시장 선점을 위한 기술혁신이 지속적으로 요구되는 상황이다.

이번에 개발한 AI 반도체는 전력 소모와 제작 비용 등 실용성을 고려해 칩의 크기를 최소화하면서도 AI 연산에 최적화된 설계 기술을 적용해 높은 연산능력과 전력효율을 구현했다. 현재 AI 연산에 활용되는 반도체(CPU, GPU 등)는 전력 소모량이 크고 반도체 칩의 크기가 커서 효율적인 생산, 활용에 한계가 있다.

연구팀은 동전 크기(17mm x 23mm)의 작은 면적에 1만6384개에 달하는 다수의 연산장치(Core)를 고집적해 성능을 극대화했다. 또 각 연산장치의 전원을 동작·차단할 수 있는 소프트웨어 기술을 적용해 전력 소모는 최소화했다. 즉 초당 40조번의 데이터 처리가 가능하면서도 15~40W 수준의 낮은 전력을 소모한다.

클라우드 데이터센터 등에 적용시 AI 서비스에 대한 전력효율(연산성능/소모전력)이 10배 이상 향상될 수 있을 전망이다. 연구진은 올해 하반기부터 지능형 CCTV, 음성인식 등을 서비스하는 SKT 데이터센터에 적용, 실제 환경에서 실증하고 사업화를 본격화할 예정이다.

또 다른 성과는 모바일, IoT 디바이스용 시각지능 AI반도체라는 점이다. 낮은 전력에서도 높은 정확도를 갖는 고효율의 설계와 소프트웨어 기술을 적용, 사람 수준으로 사물을 인식할 수 있는 소형 칩이다. 성인 손톱 크기의 절반 수준(5mmx5mm)으로 회로면적을 최소화하면서도, 초당 30회의 물체인식이 가능한 성능을 구현한다. 전력은 기존 반도체 대비 1/10 이하인 0.5W 수준이다. 연구진은 올해 하반기부터 영상 감시, 정찰 분야 등 AI 기반 지능형 디바이스 제품화와 연계한 실증과 사업화를 추진키로 했다.

ETRI는 지난 2월 국제반도체표준협의기구(JEDEC) 가입했다. 과학기술정보통신부는 국내 산학연 협력 등을 통해 우리 기술의 국제 표준화에도 적극 대응할 계획이다.

최기영 장관은 "민·관 협력을 통해 'AI 반도체 발전 전략'을 수립해 AI 반도체를 미래 혁신성장 동력으로 집중 육성해 나가겠다"면서 "혁신적 설계, 저전력 신소자 등 AI 반도체 핵심기술 투자를 올해 내에 본격화하고, 기억·연산을 통합한 신개념 반도체 기술 등 세계시장을 선도하는 도전적 연구도 적극 지원하겠다"고 강조했다.