메모리와 프로세서 접목한 PIM(Processor in Memory) 기술 첫 상용화
상용화 단계 이행되면 TSMC도 메모리 업체 인수 예상

컴퓨팅 성능을 발전시키기 위해 반도체 업계는 마이크로프로세서의 클럭수를 높이거나, 코어 숫자를 늘리는 등 방법을 써왔다. 

삼성전자 최신 DDR5 D램. /사진=삼성전자

하지만 프로세서 성능만 높다고 컴퓨팅 성능이 전반적으로 올라가는 건 아니다. 1940년대에 확립돼 현재까지 대부분 컴퓨터가 적용하고 있는 폰 노이만(Von Neumann) 구조는 프로세서, 메모리, 소프트웨어(응용프로그램)을 구분해 논리연산, 저장, 실행을 각각 구분 처리한다. 

데이터가 메모리에 저장돼 있기 때문에 프로세서는 데이터를 메모리에서 가져와서 처리하고, 처리한 내용은 메모리에 다시 저장한다. 이 때문에 프로세서 성능만 높여서는 컴퓨팅 속도를 높이기 힘든 ‘컴퓨팅 병목’ 현상이 생긴다. 

최근 컴퓨팅 병목 현상을 해결하기 위한 다양한  기술들이 소개되고 있다. (▶’정부가 밀겠다는 PIM(Processing In Memory), 어떤 기술이길래’ 참고)

프로세서와 메모리 사이에 성능 차이를 발생시키는 병목이 존재한다. /자료=삼성전자

이 중 미래 기술로 꼽히는 PIM(Processor in Memory) 기술을 삼성전자가 D램에 접목, 상용화 단계에 진입했다.

PIM은 프로세서와 메모리간 성능 차이를 줄이기 위해 저장 장치에서 프로세싱을 하는 개념으로, 삼성전자는 수년 전부터 업계, 학계와 스토리지 인 프로세싱(SIP) 프로젝트를 해왔고, 차차 결실이 나오고 있다. 


삼성, D램 기반 PIM 초기 단계 기능 구현 

삼성전자는 최근 D램과 PIM 기술을 시스템온칩(SoC) 형태로 접목한 D램을 개발 GPU(그래픽프로세서) 업체에 공급한 것으로 알려졌다. 

해당 프로세서는 병렬 처리 프로세싱을 위한 SIMD(Single Instruction Multi Data stream) 구조로 설계됐다. SIMD는 하나의 명령에 대해 여러 연산을 동시에 처리하는 구조로, 수만 개 셀에 저장된 데이터를 한꺼번에 관리할 수 있다. 

삼성은 D램+PIM 기술을 D램의 신뢰성을 높이는 알고리즘을 구동하기 위해 사용한 것으로 알려졌다. 

순차 연산 구조와 병렬 연산을위한 SIMD 구조 비교. /자료=인텔

 

TSMC, 메모리 업체 인수 검토...메모리, 시스템LSI, 파운드리 삼각 시너지 필요

삼성이 PIM 상용화 단계에 진입할 수 있었던 가장 큰 이유는 메모리, 시스템LSI(프로세서 기술), 시스템반도체를 위한 파운드리 공정을 모두 활용할 수 있었다는 점이다. 사업 부문이 나뉘어있긴 하지만 협업을 하는 데는 최적의 구조다. 

이미 D램과 낸드플래시 컨트롤러, SSD(솔리드스테이트드라이브) 컨트롤러 등 메모리와 컨트롤러를 최적화 시키는 기술을 많이 축적해 뒀다는 것도 한 이유다. 

업계 전문가는 “앞으로 메모리도 컨트롤러와 프로세싱 기술이 중요해지면서 이를 모두 갖고 있는 삼성전자가 앞서나갈 수밖에 없는 구조”라고 설명했다.

메모리와 프로세서의 접목은 컴퓨팅 성능 발전이라는 목표를 위해서는 거스를 수 없는 대세다. SK하이닉스의 인텔 낸드플래시 사업부 인수도 같은 맥락이다. SK하이닉스 역시 컨트롤러를 비롯한 시스템반도체 자산이 필요하기 때문이다.

TSMC의 메모리 업체 인수도 점쳐진다. PIM 기술이 발전하면 향후 메모리가 SoC 블록의 대부분을 차지하는 상황이 올 것으로 반도체 업계는 내다 보고 있다. 이 때 파운드리 업체가 메모리 기술을 확보하고 있어야 제조가 가능하기 때문이다. 

글로벌 반도체 기업 관계자는 “TSMC가 난야 등 대만 내 D램 업체 인수를 검토하고 있는 것으로 안다”며 “앞으로 메모리와 프로세서의 결합이 각종 방식으로 구현 될 것”이라고 전망했다.

 

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