멤리스터 배열에서 회로 배치와 데이터 이동 경로 자동화
제한된 메모리 공간서 기존 미배치 회로까지 구현했다는 평가
핵심 요약
- UNIST 전기전자공학과 박희천 교수 연구팀은 7월 26일 멤리스터 기반 로직인메모리 반도체 자동 설계 기술을 개발했다고 밝혔다.
- UNIST 연구팀의 기술은 기존 최고 수준 기술보다 전체 연산 사이클 수를 평균 19.6% 줄였다.
- UNIST 김익겸 연구원과 김민홍 연구원이 참여한 연구 결과는 IEEE TCAD 6월 2일자에 온라인 게재됐다.
울산과학기술원(UNIST) 전기전자공학과 박희천 교수 연구팀이 멤리스터 기반 로직인메모리(Logic-in-Memory, LiM) 반도체의 회로 배치와 데이터 이동 경로를 자동 최적화하는 설계 기술을 개발했다고 7월 26일 밝혔다. 연구팀은 메모리와 연산을 함께 수행하는 차세대 AI 반도체에서 전체 동작 횟수를 기존 최고 수준 기술보다 평균 19.6% 줄였다.
로직인메모리는 메모리 내부에서 저장과 연산을 동시에 수행해 데이터 이동을 줄이는 반도체 기술이다. 기존 컴퓨터는 메모리와 프로세서가 분리돼 데이터 이동 과정에서 시간과 전력을 많이 쓰는 ‘메모리 벽(Memory Wall)’ 문제가 생기는데, 로직인메모리는 AI와 빅데이터 처리의 성능·전력 효율을 높일 대안으로 주목받는다.
연구팀은 “단순히 회로를 메모리에 배치하는 것이 아니라 병렬 연산이 가능하도록 최적화하는 것이 인메모리 컴퓨팅 성능을 좌우한다”며 “면적 제약이 큰 환경에서도 안정적으로 동작하는 자동 설계 기술이라는 점에서 의미가 크다”고 설명했다.
UNIST 연구팀은 멤리스터가 바둑판 형태로 배열된 구조에서 연산 블록 배치와 데이터 이동 경로를 자동으로 찾는 알고리즘을 만들었다. 계산 회로를 효율적으로 배치하고, 연산 결과를 다음 단계로 넘기는 최적 경로를 탐색하도록 설계했다.
이번 기술은 가로와 세로 방향에서 병렬 연산을 동시에 수행하도록 지원한다. 연산이 끝난 데이터는 자동으로 재배치해 메모리 공간 활용도를 높였고, 수학적 경로 탐색 기법으로 데이터 이동도 최소화했다.
성능 평가에서 UNIST 연구팀의 기술은 기존 최고 수준 기술보다 전체 연산 사이클 수를 평균 19.6% 줄였다. 메모리 공간이 제한된 환경에서도 기존 기술이 배치하지 못했던 회로까지 구현해 설계 효율을 높였다고 연구팀은 밝혔다.
이번 연구는 한국연구재단(NRF)과 정보통신기획평가원(IITP)의 지원으로 수행됐다. 칩 설계 도구는 반도체설계교육센터(IDEC)의 지원을 받았다.
UNIST 김익겸 연구원이 제1저자, 김민홍 연구원이 제2저자로 참여했으며 박희천 교수가 교신저자를 맡았다. 연구 결과는 반도체 설계자동화 분야 국제학술지 ‘IEEE 집적회로 및 시스템 설계자동화 회보(IEEE TCAD)’ 6월 2일자에 온라인 게재됐다.