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[뉴스줌인] 칩 하나로 저장에서 연산까지, ‘인메모리 컴퓨팅’에서 성과 낸 삼성전자

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[IT동아 김영우 기자] IT동아 편집부에는 하루에만 수십 건을 넘는 보도자료가 온다. 대부분 새로운 제품, 혹은 서비스 출시 관련 소식이다. IT동아는 이 중에 독자들에게 도움이 될 만한 것 몇 개를 추려 기사화한다. 다만, 기업에서 보내준 보도자료 원문에는 전문 용어, 혹은 해당 기업에서만 쓰는 독자적인 용어가 다수 포함되기 마련이다. 이런 용어에 익숙하지 않은 독자를 위해 IT동아는 보도자료를 해설하는 기획 기사인 '뉴스줌인'을 준비했다.

출처: 삼성전자(2022년 1월 13일)
제목: 삼성전자, MRAM 기반 인-메모리 컴퓨팅 세계 최초 구현

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네이처에 게재된 삼성전자 연구진의 MRAM 기반 인메모리 컴퓨팅 연구결과(출처=네이처)

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요약: 삼성전자 연구진이 MRAM(자기저항메모리, Magnetoresistive Random Access Memory)을 기반으로 한 인메모리(In-Memory) 컴퓨팅을 세계 최초로 구현하고, 연구 결과를 영국 현지시간 12일 세계적인 학술지 '네이처(Nature)'에 게재했다고 전했다. 인-메모리 컴퓨팅은 메모리 내에서 데이터의 저장뿐 아니라 데이터의 연산까지 수행하는 칩 기술이며 차세대 저전력 인공지능(AI) 칩을 만드는 유력한 기술로 주목받고 있다. 연구진은 MRAM 기반 인메모리 컴퓨팅 칩의 성능을 인공지능 계산에 응용해 숫자 분류에서는 최대 98%, 얼굴 검출에서는 93%의 정확도로 동작하는 것을 검증했다.

해설: 기존의 컴퓨터는 데이터를 연산하는 프로세서(CPU)와 데이터를 보관하는 스토리지(SSD, HDD 등), 그리고 프로세서와 보조기억장치 사이에 위치하는 시스템 메모리(RAM)로 구성된다. 기본적으로 데이터는 SSD나 HDD에 저장되지만, CPU가 여기에서 직접 데이터를 끌어와 연산 작업을 하는 것은 비효율 적이다. CPU와 SSD/HDD 사이의 처리 속도 차이가 크기 때문에 전반적인 처리 효율이 낮아지는 병목현상이 발생할 수 있다.

그래서 일반적인 컴퓨터 시스템에서는 SSD/HDD에서 필요한 데이터를 RAM으로 일부 옮긴 뒤 CPU와 RAM 사이에서 데이터를 교환하며 연산 작업을 한다. RAM은 SSD/HDD보다 속도가 훨씬 빠르기 때문에 병목현상을 줄이고 처리 효율을 높일 수 있다.

그런데, 최근에는 이러한 컴퓨터의 구조 자체를 바꿔 획기적으로 성능을 높일 수 있는 ‘인메모리 컴퓨팅’이 연구되고 있다. 스토리지와 RAM, CPU의 경계를 허물어 하나의 칩으로 모든 것을 구현하자는 것이 핵심이다. 이는 성능의 향상 뿐 아니라 제품의 크기를 줄이고 소비전력까지 낮출 수 있는 이점이 있다.

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인텔에서 개발한 ‘옵테인’ 기반 메모리 제품 (출처=인텔)

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스토리지와 RAM을 하나로 만드는 시도가 우선적으로 진행되고 있다. 2016년, 인텔에서 ‘옵테인(OPTANE)’ 메모리를 내놓고 이를 이용해 스토리지와 램을 결합하고자 하는 계획을 세웠다. 하지만 옵테인은 기존 시스템의 속도를 높이는 용도의 추가 액세서리, SSD 등의 몇 개 제품만 선보이고 시장에서 큰 반향을 일으키지는 못했으며, 본래 의도했던 인메모리 컴퓨팅 분야에서도 이렇다할 성과를 내지 못했다.

삼성전자는 RRAM(저항메모리, Resistive RAM)과 PRAM(상변화메모리, Phase-change RAM) 등 비휘발성 메모리를 활용한 인메모리 컴퓨팅을 지속적으로 시도했다. 그리고 이번에 MRAM 기반의 인메모리 컴퓨팅을 세계 최초로 구현했다고 발표했다. 메모리 내에서 데이터의 저장뿐 아니라 데이터의 연산까지 수행할 수 있다고 밝혔다. 이는 마치 인간의 두뇌와 유사하다.

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삼성전자가 2019년에 선보인 28nm FD-SOI 공정 기반 eMRAM의 구조 (출처=삼성전자)

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MRAM은 읽기와 쓰기 속도가 빠른 RAM이면서 전원이 꺼져도 데이터가 지워지지 않는 비휘발성 메모리이기도 하다. 데이터 안정성이 높고 속도가 빠르다는 점은 차세대 저전력 AI 칩 개발을 위한 최적의 조건이기도 하다. 이번 MRAM 기반 인메모리 컴퓨팅 기술의 개발로 인해, 메모리 및 비메모리 분야를 융합해 새로운 시장을 개척하고자 했던 삼성전자의 목표 달성에도 청신호가 켜질 것으로 보인다.

글 / IT동아 김영우(pengo@itdonga.com)

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