다가올 AI시대, 차세대 AI 반도체

1. 차세대 AI 반도체

 GDDR은 공급이 부족한 HBM의 일부 수요를 대체할 수 있는 고성능 메모리로 주목받고 있다. AI 시대에 접어들며 GPU가 병렬 컴퓨팅 연산 능력을 인정받아 사용처가 넓어진 것처럼, GDDR 역시 여러 영역에서 관심을 보이는 모양새다.

 

 GDDR의 활용 가능성이 커진 분야는 초고속 대용량 데이터 처리 기술을 요구하는 고성능 컴퓨팅(HPC), AI, 딥러닝, 가상현실, 메타버스 등이다. 또 차량 영역에서의 수요도 있을 것으로 보인다. 차량 내 고해상도 지도, 동영상 스트리밍, 고사양 게임 등 인포테인먼트 시스템이 고도화되는 한편, 자율 주행 시스템의 확대로 대량의 자율주행 데이터를 빠르게 처리해야 하는 기술이 요구되고 있어서다.

 

 이에 최근 반도체 업계에서는 GDDR 시장을 선점하기 위한 기술 패권 경쟁이 한창이다. 이전까지 GDDR의 시장 대세는 마이크론이었다. AI 반도체 '큰 손'인 엔비디아에 GDDR을 주로 공급하는 곳도 마이크론인 것으로 알려져 있다.

 

 국내 반도체 업체들은 기술력을 앞세워 시장 지배력을 넓히고 있다. GDDR은 GDDR3-GDDR5-GDDR5X-GDDR6-GDDR7로 세대가 바뀌고 있는데, 가장 최신 세대인 GDDR7의 시대를 연 것은 삼성전자다.

 

 삼성전자는 2023년 7월 업계 최초로 32Gbps(초당 32기가비트) GDDR7 D램을 개발했다고 밝혔다. 이 제품은 기존 NRZ(1주기마다 1비트 데이터를 전송) 방식보다 동일 신호 주기에 1.5배 더 많은 데이터를 전송할 수 있는 'PAM3 신호 방식(1주기마다 1.5비트 데이터를 전송)'을 적용한 게 특징이다. 데이터 입출력 핀 1개당 최대 32 Gbps 속도로 당시 업계 최고치를 구현했다.

 

 SK하이닉스는 최근 세계 최고 수준 성능을 구현한 GDDR7을 공개했다. SK하이닉스의 GDDR7은 이전 세대보다 60% 이상 빠른 32Gbps의 동작 속도를 구현하고, 사용 환경에 따라 최대 40 Gbps까지 속도가 높아진다.

 

출처: https://www.ajunews.com/view/20240730104422564

 

2. 차세대 반도체 3대장

 생성형 인공지능(AI)을 비롯한 머신러닝, 빅데이터 열풍으로 관련 반도체 시장이 확대되며 HBM(고대역폭 메모리), CXL(컴퓨트 익스프레스 링크), PIM(프로세싱 인 메모리) 등 이른바 '차세대 반도체 3 대장'이 주목받고 있다. 업계는 반도체 불황을 이겨내기 위해 혁신 제품 개발에 나서며 '업 턴(상승 국면)'에 대비하고 있다.

 

 AI를 비롯한 미래 산업에선 무한대에 가까운 데이터 처리가 필요하다. 기존 방식으론 폭발적으로 늘어나는 데이터를 처리하는 데 한계가 있는 만큼, 업계에선 데이터 처리 속도를 높이거나 통신을 활성화하는 방법으로 한계 극복 시도에 나서고 있다.

 

 HBM은 현장에 속속 투입되며 AI 반도체 시장 성장을 이끌고 있다. TSV(실리콘관통전극)로 D램 칩을 수직으로 쌓아 데이터 처리 속도를 높인 고성능 메모리다. 이는 주로 AI 연산을 위한 그래픽처리장치(GPU) 등에 탑재된다. 최근엔 엔비디아, AMD 등 AI용 GPU 제조사가 HBM 주문을 늘리며 시장 주도권 다툼이 치열하다.

 

 최근 주목받고 있는 CXL은 고성능 연산이 필요한 애플리케이션에서 서로 다른 기종의 제품을 효율적으로 통신, 연결할 수 있는 차세대 인터페이스다. 일반적으로 중앙처리장치(CPU) 1개당 사용할 수 있는 D램 모듈이 제한돼 있는데, 데이터 처리량을 늘리기 위해선 CPU를 늘려야 한다. CXL을 활용하면 이들 인터페이스를 하나로 통합해 장치 간 직접 통신을 가능하게 하고 메모리를 공유할 수 있게 된다.

 

 PIM은 데이터 저장 역할만 하는 기존 D램과 달리 비메모리 반도체인 CPU나 그래픽처리장치(GPU)처럼 연산도 할 수 있게 하는 차세대 기술이다. 하나의 칩에서 연산, 메모리 기능을 수행하므로 데이터 병목 현상과 과다한 전력 소모 문제를 해결할 수 있는 게 특징이다. 다만 PIM 채택 시 이를 지원하는 별도 프로그램의 개발, 적용이 필요하므로, 업계에선 상용화까지 시일이 걸릴 것으로 보고 있다. 과학기술정보통신부는 2030년까지 8262억 원을 투자해 PIM 등의 초격차 기술 확보에 나섰다.