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[칩톡]AI 보급 늘수록 삼성·SK에 유리…차세대 반도체 개발에 사활

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HBM-PIM, 3D D램 반도체 개발
향후 퍼셉트론 AI 반도체 쟁탈전

"빅테크 기업은 메모리 안 만들 듯"

[아시아경제 문채석 기자] 삼성전자 SK하이닉스 , 미국 마이크론 등 메모리 반도체 업체들이 치열한 인공지능(AI) 반도체 개발 경쟁을 벌이고 있다. 마이크로소프트, 구글 등이 대화형 AI 서비스 프로그램을 내놓았기 때문이다. AI 서비스에 사용할 고급 반도체 개발 속도도 높아질 것으로 보인다. 메모리 반도체 업체들은 고대역폭-지능형 메모리(HBM-PIM) 반도체와 차세대 3D(3차원) D램 반도체를 만들어 AI 프로그램에 넣는다는 계획을 세웠다.


업계는 AI 제품이 늘수록 D램 수요가 폭증할 것으로 과거부터 예상해왔다. AI 컴퓨터에서 계산 결과를 빠르게 저장하려면 효율 높은 D램이 필요하기 때문이다. AI 반도체는 병렬 처리 방식으로 많은 데이터를 한꺼번에 계산한다. AI 성능을 높이려면 딥러닝(심층학습) 알고리즘 병렬 데이터 계산 시간을 줄여야 한다. 스마트폰이나 클라우드 컴퓨터 AI 서비스를 위해서는 GPU(그래픽처리장치)와 D램이 1밀리초(1000분의 1초) 안에 데이터를 주고 받을 수 있어야 한다.

오픈AI 로고와 챗GPT.[이미지 출처=AFP연합뉴스]

오픈AI 로고와 챗GPT.[이미지 출처=AFP연합뉴스]

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가장 효과적인 AI 반도체 병렬 처리 장치는 GPU다. GPU에 HBM(고대역폭 메모리) 반도체가 들어간다. SK하이닉스는 HBM3 반도체를 세계 1위 GPU 업체 미국 엔비디아에 공급한다. 삼성전자는 HBM에 지능형 메모리(PIM) 반도체를 합친 HBM-PIM 반도체를 세계 2위 GPU 기업 미국 AMD와 같이 만든다. HBM-PIM 반도체는 데이터 저장 위주 메모리 반도체에 연산 능력을 갖춘 AI 프로세서를 결합해 만든 부품이다.


HBM-PIM 반도체 다음은 3D D램 차례다. 앞으로 3~4년 뒤면 3D D램 기술 개발이 끝날 것으로 보인다. 메모리 반도체 업체들은 3D D램 IP(지식재산)을 내놓고 있다. 지금은 D램 셀 크기를 줄여 효율을 높인 제품을 3D 작업에 쓰고 있다. 3D D램이 보급되면 셀을 눕히거나 모양을 바꾸는 경쟁으로 바뀐다.


AI 서비스가 발달할수록 고용량 서버 D램 시대가 앞당겨질 것으로 보인다. 지금은 64GB(기가바이트) 서버 D램 위주로 공급한다. 128GB로 바뀌는 건 시간 문제였다. AI 서비스 프로그램이 공개되면서 속도가 더 빨라질 것으로 예상된다. 삼성전자와 SK하이닉스는 지난해 4분기 실적 발표 컨퍼런스 콜에서 "서버 메모리 반도체 시장이 64GB 중심에서 128GB급으로 넘어가는 시점이 빨라질 것"이라고 했다.

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마이크로소프트, 구글 등이 AI 반도체를 직접 만들지 않을까. 전문가들은 "그럴 가능성은 작다"고 했다. 실익이 크지 않다는 분석이다. 빅테크 기업이 만드는 AI 프로그램은 저장 기능보다 높은 연산 기능을 필요로 한다. 굳이 메모리 반도체 개발까지 할 필요가 없다.


AI 반도체 시장이 커질수록 메모리 반도체 업체들이 유리해진다는 이야기다. 김양팽 산업연구원 전문연구원은 "메모리 반도체는 저장 기능 위주로 제한돼 있어 굳이 빅테크 기업이 자체 메모리 칩을 개발하진 않을 것"이라고 했다. 황철성 서울대 재료공학부 석좌교수도 "빅테크 기업이 D램을 만들지 않는 이상 AI 서비스가 늘수록 D램 업체에 이득"이라고 했다.


HBM-PIM, 3D D램 이후 새 저전력 AI 반도체를 언제 어느회사가 개발할지에도 주목해야 한다. 저전력AI 반도체를 만들려면 퍼셉트론 개념을 내부 회로 안에 구현해야 한다. 퍼셉트론은 딥러닝에 쓰이는 인공신경망 모델이다. 퍼셉트론 반도체가 보급되면 AI 컴퓨터 수준의 고밀도 프로세서를 반도체 안에 넣을 수 있게 된다. 김정호 KAIST 글로벌전략연구소장은 "퍼셉트론 개념을 구현한 새 저전력 AI 반도체가 보급되면 모든 사물에 AI 기능이 들어갈 것"이라며 "이 AI 프로세서 시장을 차지하기 위해 삼성전자, SK하이닉스와 미국 인텔, IBM, AMD, 엔비디아 등이 경쟁할 것"이라고 했다.




문채석 기자 chaeso@asiae.co.kr
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