"미래 AI 핵심, GPU 대체"...韓, 뉴로모픽 선도 개발 나섰다

국내 대학 '네오 칩' 개발 성과...미국 인텔·유럽 신센스 등도 상용화 경쟁

"현재 뉴로모픽 반도체는 미국과 유럽 등을 중심으로 개발이 진행되고 있습니다. 대표적으로 인텔이 자체 뉴로모픽 프로세서와 이를 기반으로 한 시스템을 지속 개발하고 있죠. 한양대학교도 '네오2(Neo v2)' 칩을 개발하는 등 성과를 내고 있습니다." 

27일 정두석 한양대학교 신소재공학부 교수는 서울 양재 엘타워에서 열린 '2024 뉴로모픽 반도체 워크샵'에서 뉴로모픽 반도체 연구동향에 대해 이같이 밝혔다.

뉴로모픽 반도체는 인간 뇌의 구조와 기능을 모방해 설계된 반도체다. 신경 세포를 뜻하는 뉴런(neuron)과 형태(morphic)라는 단어가 결합됐다. 병렬 연산으로 방대한 양의 데이터를 빠르게 처리하며, 저전력 특성을 갖춰 AI 산업에 특화된 점이 가장 큰 특징이다.

정두석 한양대학교 교수가 '2024 뉴로모픽 반도체 워크샵'에서 발표를 진행하는 모습(사진=장경윤 기자)

김형준 차세대지능형반도체사업단 단장은 "현재는 엔비디아의 GPU(그래픽처리장치)가 AI 산업에서 강세를 보이고 있으나, GPU의 시대가 지속가능하지는 않을 것으로 본다"며 "AI 데이터센터에 필요한 전력이 향후 급증하기 때문"이라고 밝혔다.

김 단장의 설명에 따르면, 데이터센터의 전력소모량은 2020년 260TW/h(테라와트시)에서 2022년 460TW/h로, 2027년에는 1060TW/h까지 증가할 것으로 예상된다. 국내 원전의 전력 생산량이 약 8TW/h라는 점을 고려하면 매우 막대한 양이다.

때문에 국내 반도체 학계는 기존 GPU나 대안격인 NPU(신경망처리장치) 대비, 전력을 더 적게 쓰는 뉴로모픽 반도체가 미래 AI 시대를 주도할 것으로 전망하고 있다.

유회준 반도체공학회 회장은 "인간의 뇌가 가장 적은 에너지를 소비하면서 가장 앞선 지능을 보여주기 때문에, 이를 모방하는 뉴로모픽 반도체로 나아가야 한다"며 "특히 정부에서도 뉴로모픽 반도체를 과감하게 사업화하겠다고 선언하고 지원하고 있어, 우리나라가 확실히 선두에 설 수 있을 것"이라고 강조했다.

정두석 한양대학교 교수는 디지털 뉴로모픽 반도체의 연구동향에 대해 발표했다.

현재 뉴로모픽 반도체를 개발하는 주요 국가로는 미국, 유럽이 있다. 미국에서는 주요 반도체 기업인 인텔이 '로이히(Loihi)'라는 이름의 프로세서를 개발하고 있다. 지난 2018년 1세대 칩이, 2022년 2세대 칩이 공개됐다.

정 교수는 "인텔은 로이히 프로세서와 더불어 뉴로모픽 반도체용 소프트웨어 및 시스템 개발을 지속 개발하고 있다"며 "이외에도 미국 스탠포드대학교와 샌디아국립연구소가 관련 칩을 개발 중이고, 유럽 신센스(SynSense) 등이 뉴로모픽 프로세서 상용화에 성공했다"고 설명했다.

국내에서는 한양대학교 연구진이 스파이킹신경망(SNN)-합성곱신경망(CNN) 전용의 32코어 칩인 '네오2'를 개발했다. SNN, CNN은 각각 딥러닝 알고리즘의 한 종류다.

정 교수는 "28나노미터(nm) 기반의 네오2는 네트워크 재구성도가 매우 높고, 데이터 처리 효율성을 극대화한 것이 특징"이라며 "현재 컴파일러(프로그래밍 언어를 기계어로 바꿔주는 프로그램)를 만들어 성능 테스트를 진행하고 있는 상황"이라고 말했다.