과학기술정보통신부는 7일 한국전자통신연구원(ETRI)과 에스케이텔레콤(SKT) 등 국내 기업이 공동연구를 통해 고성능 서버(데이터센터 등), IoT 디바이스 등에 적용 가능한 'NPU(Neural Processing Unit, 신경망처리장치)' 기반의 AI 반도체(▲서버용 초저전력 AI 반도체, ▲시각지능 AI 반도체)를 개발했다고 밝혔다.

'AI 반도체'란 AI 기반 응용 서비스가 필요로 하는 연산을 높은 성능, 높은 전력효율로 실행하는 반도체로, 인간의 뇌처럼 낮은 전력으로 대규모의 데이터를 빠르게 처리해 복잡한 상황 인식, 학습·추론 등 지능형 서비스에 최적화되어 있다 

◈ 서버용 초저전력 AI 반도체 개발  

ETRI와 SKT는 AI 응용 서비스를 제공하는 클라우드 데이터센터 등 고성능 서버에 활용 가능한 AI 반도체를 국내 최초로 개발했다.

현재 AI 연산에 활용되는 반도체(CPU, GPU 등)는 전력 소모량이 크고 반도체 칩(Chip)의 크기가 커서 효율적인 생산·활용에 한계가 있었다.

연구진은 전력 소모 및 제작 비용 등 실용성을 고려해 칩의 크기를 최소화하면서도 AI 연산에 최적화된 설계 기술을 적용해 높은 연산능력과 전력효율을 구현했다.

특히, 동전 크기(17mm x 23mm)의 작은 면적에 16,384개에 달하는 다수의 연산장치(Core)를 고집적해 성능을 극대화하면서도, 각 연산장치의 전원을 동작․차단할 수 있는 소프트웨어 기술을 적용해 전력 소모는 최소화했다.

이를 통해, 초당 40조번(40TFLOPS)의 데이터 처리가 가능하고 15~40W 수준의 낮은 전력을 소모하는 AI 반도체를 개발했으며, 클라우드 데이터센터 등에 적용시 AI 서비스에 대한 전력효율(연산성능/소모전력)이 10배 이상 향상될 수 있을 것으로 기대된다.

연구진은 금년 하반기부터 지능형 CCTV, 음성인식 등을 서비스하는 SKT 데이터센터 적용을 통해 개발된 칩을 실제 환경에서 실증하고 사업화를 본격화할 예정이다.

◈ 모바일․IoT 디바이스용 시각지능 AI 반도체

사람의 시각처럼 객체를 인식하고, 지능형CCTV․드론 등에 적용 가능한 시각지능 AI 반도체는 ETRI와 전자부품연구원(KETI), 팹리스 기업 등이 협력해 개발했다.

연구진은 낮은 전력에서도 높은 정확도를 갖는 고효율의 설계와 소프트웨어 기술을 적용해, 다양한 모바일·IoT 디바이스가 사람 수준으로 사물을 인식할 수 있는 소형의 칩 개발에 성공했다.

성인 손톱 크기의 절반 수준(5mmx5mm)으로 회로면적을 최소화하면서도, 초당 30회의 물체인식이 가능한 성능을 기존 반도체 대비 1/10 이하의 0.5W 전력으로 구현했다.

연구진은 금년 하반기부터 영상 감시·정찰 분야 등 AI 기반 지능형 디바이스 제품화와 연계한 실증과 사업화를 추진할 계획이다.

한편, 과기정통부는 연구 성과물의 기술이전(팹리스 등), 원천 소프트웨어 배포 등을 통해 국내 AI 반도체 생태계의 활성화를 지원하고, 국제반도체표준협의기구(JEDEC) 가입(ETRI, 2.26), 국내 산·학·연 협력 등을 통해 우리 기술의 국제 표준화에도 적극 대응할 계획이다.

과기정통부 최기영 장관은 “AI 반도체는 우리나라가 AI 시대에 ‘ICT 강국을 넘어 AI 강국’으로 도약하기 위한 핵심기반”이라며, “독자적인 AI 반도체 개발은 국내 AI·데이터 생태계 혁신을 위한 중요한 도전이 될 것이다”고 강조했다.

이어 “민·관 협력을 통해 ‘AI 반도체 발전 전략’을 수립하여 AI 반도체를 미래 혁신성장 동력으로 집중 육성해 나가겠다”며, “혁신적 설계, 저전력 신소자 등 AI 반도체 핵심기술 투자를 금년 본격화*하고, 기억·연산을 통합한 신개념 반도체 기술(PIM**) 등 세계시장을 선도하는 도전적 연구도 적극 지원하겠다”고 밝혔다.