인-메모리 컴퓨팅과 삼성전자의 M램

안녕하세요 돌담 아빠입니다. 최근 삼성전자가 M램을 세계 최초로 구현함에 따라서 M램의 관심이 높아지고 있습니다. 이에 따라서 이번 시간에는 삼성전자의 M램과 인-메모리 컴퓨팅에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 

 

삼성전자 M램 구현

삼성전자의 연구진이 또 한 번 세계 최초의 기술을 선보였습니다. 이번에 선보인 삼성전자의 기술은 바로 자기 저항 메모리인 M램을 기반으로 한 인-메모리 컴퓨팅이며 삼성전자는 인-메모리 컴퓨팅을 세계 최초로 구현하는 모습을 보여주며 반도체를 선도하는 기업으로서의 초격차를 증명하였습니다. 이번에 구현한 삼성전자의 연구 결과는 영국의 학술지인 네이처에 게재된 것으로 알려져 있으며 기술을 지속적으로 개발하여 상용화할 경우 새로운 개념의 인공지능(AI) 반도체가 탄생할 수 있을 것으로 전망되고 있습니다. 

 

M램은 이론적으로 데이터의 안정성이 높고 속도가 빠르다는 장점을 가지고 있지만 이전까지는 낮은 저항값을 가지고 있는 특성으로 인하여 인-메모리 컴퓨팅에 적용해도 전력 이점이 크지 않아 이때까지는 구현하지 못한 것으로 알려지고 있으나 이번에 삼성전자 연구진은 기존의 전류 합산 방식이 아닌 새로운 개념의 저항 합산 방식을 이용하여 저전력 설계에 성공한 것으로 알려지고 있습니다. 

 

이번 삼성전자의 M램 기반의 인-메모리 컴퓨팅 칩의 성능을 AI 계산에 응용해본 결과 숫자 분류에서는 최대 98%, 얼굴 검출에서는 최대 93%의 정확도를 보여주었으며 향후 생물학적 신경망을 다운로드하는 뉴로모픽 플랫폼으로서의 활용 가능성까지 이번 연구에서 제안한 것으로 알려지고 있어 차세대 AI반도체 분야에서 좋은 모습을 보일 수 있을 것으로 전망되고 있습니다.

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인-메모리 컴퓨팅이란

인-메모리 컴퓨팅은 메모리의 대량 정보가 CPU로 이동하는 과정이 없어 데이터가 더욱 빠른 속도로 처리될 수 있으며 전력 소모 역시도 현저히 낮아지는 장점을 가지게 됩니다. 최근 반도체에서 저전력, 고효율, 초소 화가 중요해지면서 인-메모리 컴퓨팅이 상용화된다면 반도체 산업에 새로운 패러다임을 가지고 올 것으로 생각하고 있습니다. 또한 미래산업인 인공지능(AI), 자율주행, 스마트 글라스 등의 많은 산업에서 필수적인 반도체로 사용될 수 있을 것으로 보이고 있습니다. 인-메모리 컴퓨팅 기술은 M램뿐만이 아니라 R램과 P램이 활용되었으며 R램과 P램은 성과를 보여주었으나 M램의 성과는 상대적으로 적었기 때문에 이번 삼성전자의 M램 연구는 매우 의미가 높은 것으로 보이고 있습니다.

 

• M램(엠렘) 반도체란

M램(엠램)은 자기 저항 메모리의 컴퓨터 메모리 기술로서 빠른 속도, 대용량, 고집적화가 가능한 메모리 반도체로서 전류와 함께 자기장이 가해지면 물체의 자성이 변하고 저항값도 변하는 원리를 활용한 반도체입니다.

M램은 1990년대부터 개발이 진행되고 있으며 현재의 플래시 램과 디램(DRAM)의 밀도가 늘어나게 되면서 M램은 틈새 제품이라는 위치를 벗어나지 못하였습니다. 하지만 차세대 메모리 반도체의 후보 중 하나로서 삼성, SK하이닉스 등의 기업들이 제품을 개발하고 연구하고 있으며 다양한 분야에서 기존의 메모리를 대체할 것으로 전망되고 있습니다.

 

• P램(피램) 반도체란

P램(피램) 반도체는 물질에 전류를 가하면 내부구조가 변하는 원리를 이용한 반도체로서 크기가 작으며 낮은 전압에서도 작동하여 차세대 반도체중 생산비용이 제일 저렴하다는 특징을 가지고 있습니다.

 

• F램(에프램) 반도체란

F램(에프램) 반도체는 *강유전체라는 물질의 성능을 활용하여 전극을 가해 반대 성질을 갖도록 하여 메모리 반도체로 사용할 수 있는 반도체입니다. 다만 F(에프램)은 조기 상용화에 성공한 것으로 알려지고 있지만 대용량화의 어려움을 겪고 있어 시장 확대가 한계에 달한 것으로 알려지고 있습니다.

 

*강유전체란 자연 상태에서 전기 편극을 갖고 있는 물질로서 전기장을 가하지 않아도 자발적으로 전기 편극이 있는 물질을 의미합니다.

• R램(알램) 반도체란

R램(알램)은 전기가 통하지 않는 부도체에 일정 수준 이상의 전압을 가하면 미약한 전류가 흐르는 현상을 이용한 반도체로서 금속전극과 절연막으로 이루어져 있기 때문에 구조가 매우 간단한 것으로 알려지고 있습니다. 현재 휴대기기용 플래시 메모리의 대체용으로 개발이 이루어지고 있습니다.

 

M램 전망

M램은 데이터 센터, 자율주행, IOT, 인공지능(AI) 부문의 다양한 분야에서 활용될 것으로 전망되고 있으며 비 휘발성 및 고집적화가 가능하기 때문에 대용량으로 만들 수 있어 스토리지 메모리 역할을 수행할 뿐만 아니라 높은 속도를 바탕으로 작업 메모리의 역할까지 가능한 것으로 알려지고 있습니다. 이에 M램뿐만이 아니라 CPU나 AP와 결합된 임베디드 메모리(E-MRAM) 역시도 주목되고 있으며, IOT기기 등의 소형 전자 제품에 사용되는 MCU의 저장 장치인 플래시 메모리를 대체하거나 SoC와 같은 시스템 반도체에서 작업 메모리로 사용되는 SRAM을 대체할 것으로도 기대가 되고 있습니다.

• M램 시장 전망

2019년 시장 조사기관인 욜 디벨롭먼트가 발표한 자료에 따르면 MRAM(엠램) 시장은 1조 5천억 원 이상의 사장으로 확대될 것으로 전망하고 있으며 임베디드형 MRAM(엠렘)의 기술 발전으로 인해 기존 메모리들은 대체될 것으로 전망되고 있습니다.

 

차세대 반도체가 가지고 있는 잠재성은 매우 크다고 생각합니다. 하지만 기존 제품과는 달리 다양한 화합물 신소재를 이용하기 때문에 제작 단가가 높으며 대중화를 위해서는 원천 기술만큼이나 싼 가격에 대량 생산할 수 있는 공정 기술 또한 중요하다고 생각합니다. 따라서 앞으로 신물질을 어떻게 활용하여 생산 효율을 높일 수 있을지에 따라 상용화 시점이 빨라질 수 있을 것으로 생각합니다. 지금까지 인-메모리 컴퓨팅과 삼성전자의 M램에 관련하여 알아봤습니다. 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.