'뇌 모방 반도체' 마지막 퍼즐, 삼성이 맞췄다…M램 기술 첫 구현

(왼쪽부터) 정승철 삼성전자 전문연구원, 함돈희 삼성전자 펠로우, 김상준 삼성전자 마스터./사진제공=삼성전자

삼성전자 연구진이 M램(자기저항메모리)을 기반으로 한 '인-메모리' 컴퓨팅을 세계 최초로 구현했다. 연구 결과는 12일(영국 현지시간) 세계적인 학술지 네이처에 게재됐다.

이번 연구는 정승철 삼성전자 종합기술원 전문연구원이 제1저자로, 함돈희 삼성종합기술원 펠로우 겸 미국 하버드대 교수와 김상준 삼성종합기술원 마스터가 공동 교신저자로 참여했다. 삼성전자 종합기술원, 반도체연구소, 파운드리사업부 연구원들도 공동으로 연구에 참여했다.


인-메모리 컴퓨팅은 메모리반도체에서 데이터 저장뿐 아니라 데이터 연산까지 수행하는 최첨단 칩 기술이다. 기존 컴퓨터는 데이터 저장을 담당하는 D램이나 낸드플래시 등 메모리반도체와 데이터 연산을 책임지는 CPU(중앙처리장치) 등 프로세서 칩이 별도로 탑재된다.

인-메모리 컴퓨팅 기술은 메모리반도체에서 대량의 정보를 이동 없이 병렬 연산해 전력 소모가 현저히 낮은 것이 특징이다. 이 때문에 차세대 저전력 AI(인공지능) 칩을 만드는 유력한 기술로 주목받는다.

인-메모리 컴퓨팅에 활용할 수 있는 비휘발성 메모리 후보군으로는 R램(저항메모리), P램(상변화메모리), M램 등이 있다. 지금까지 M램만 구현 사례가 없었다. 낮은 저항값 특성으로 인-메모리 컴퓨팅에 적용해도 전력 이점이 크지 않았기 때문이다.


업계 관계자는 "삼성의 연구는 인-메모리 소자 후보군의 마지막 퍼즐을 맞추는 동시에 소자 영역을 확대했다는 데 의미가 있다"고 말했다.

삼성전자 연구진은 기존의 '전류 합산' 방식이 아닌 새로운 개념의 '저항 합산' 방식의 인-메모리 컴퓨팅 구조를 제안해 M램의 한계를 풀어냈다. 연구진은 M램 기반 인-메모리 컴퓨팅 칩의 성능을 인공지능 계산에 응용해 숫자 분류에서는 최대 98%, 얼굴 검출에서는 93%의 정확도로 동작하는 것을 검증했다.

연구진은 새로운 구조의 MRAM 칩을 인-메모리 컴퓨팅으로 활용할 뿐 아니라 생물학적 신경망을 다운로드하는 뉴로모픽 플랫폼으로 활용할 수 있는 가능성도 제안했다. 정승철 전문연구원은 "인-메모리 컴퓨팅은 메모리와 연산이 접목된 기술로기억과 계산이 혼재된 사람의 뇌와 유사한 점이 있다"며 "이번 연구가 향후 실제 뇌를 모방하는 뉴로모픽 기술 연구와 개발에 도움이 될 수 있을 것"이라고 말했다.

삼성전자는 초격차 메모리 기술 역량을 시스템 반도체 기술과 접목해 차세대 컴퓨팅 및 인공지능 반도체 분야에서 지속적으로 기술 리더십을 확장해 나갈 계획이다.