전북대-카이스트 공동연구…뉴로모픽 반도체칩 MINT 개발

▲사진*전북대학교 배학열 교수(공대전자공학부)

[전주시 소비자저널=최훈 기자] 전북대학교 배학열 교수(공대 전자공학부)가 대표이사를 맡고 있는 스타트업인 ㈜페블스퀘어가 메모리기반컴퓨팅(Processing-In-Memory, PIM)기술을 활용하는 뉴로모픽 반도체 칩(코드명 MINT)를 개발, 양산하고 판매를 실시한다고 4일 밝혔다.

페블스퀘어는 초저전력/고성능 엣지 인공지능 칩(Edge AI Chip)을 개발하는 스타트업 기업으로 지난해 7월 전북대와 카이스트 관련 분야 연구팀과 차세대 메모리 기반 지능형 반도체 공동연구 수행을 위한 MOU를 맺고 대학-기업 간 기술협력과 공동연구를 지속적으로 수행하고 있다. 

Edge AI Chip의 설계 및 공정에 관한 원천기술로 특허출원도 완료했다.

이번에 개발한 반도체 칩 MINT는 세계 최초 PIM 기반 고성능/초저전력 'Edge AI Chip'이다. 

기존 프로세서와 메모리를 분리해 이용하는 폰 노이만 컴퓨팅 구조를 넘어 3세대 뉴로모픽 컴퓨팅 구조인 PIM기반의 인공신경망과 빅데이터 기반 초경량 딥러닝 AI학습 모델을 구현해 고성능/초저전력/초소형 엣지 인공지능 칩을 개발한 것.

미래 반도체 시장은 '기억(메모리)과 연산(프로세서)'이 통합된 구조로서 인공지능 기술이 핵심으로 부상하면서 새로운 패러다임을 맞고 있다. 

MINT는 메모리와 프로세서 간 데이터 전송없이 인공신경망 내에서 연산처리를 가능하게 해 데이터 처리시간 단축 및 전력소모를 최소화하는 등 성능을 극대화했다. 

MINT의 인공신경망은 4백만개의 시냅스를 내장해 30 GOPS (Giga Operation Per Second)의 연산 능력을 지원한다. 17.6 TOPS/W의 에너지 효율을 갖췄으며 페블스퀘어의 자체 AI알고리즘을 기반으로 고성능 컴퓨팅과 초저전력 동작을 가능하게 한다.

기존의 컴퓨터 시스템(폰 노이만 구조)에서는 데이터가 입력되면 데이터를 순차적으로 처리하기 때문에 정밀하게 작성된 프로그램을 실행하는데 탁월하나 전력소모 한계를 비롯해 실시간 데이터 처리 및 음성 인식, 이미지 인식 등에서 효율성이 낮다는 문제가 지적돼 왔다. 

반면, 페블스퀘어가 자체개발한 MINT는 인간의 뇌 구조를 모방한 인공신경망 형태의 집적회로로 구성되어, 데이터를 0, 1과 같은 디지털이 아닌 다양한 상태가 점진적으로 변하는 아날로그 동작을 사용한다. 

병렬로 구성된 인공 뉴런들은 클럭(Clock) 동작 없이 이벤트 구동 방식으로 작동되며, 기존의 컴퓨터가 직관적으로 인식하기 어려운 비정형적인 문자, 음성, 영상 등을 효율적으로 처리할 수 있다.

특히 MINT는 학습된 음성 및 이미지 데이터를 기반으로 네트워크 연결없이 실시간 데이터 처리가 가능하기 때문에 스마트 홈, IoT, 웨어러블 디바이스 등 다양한 분야에 최고의 확장성과 활용성을 제공할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

배학열 교수는 "전북대 및 카이스트 연구팀과의 긴밀한 협력을 통해 MINT를 시작으로 음성 및 이미지인식이 강화된 고성능 엣지 인공지능 칩 패밀리를 계속 선보일 예정"이라며 "이를 통해 맞춤형 딥러닝 알고리즘 솔루션을 제공, 인공지능 반도체 시장을 주도할 계획이다"고 말했다.