인공지능(AI) 반도체 기술 개발 동향

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인공지능(AI) 기술은 현대 사회의 핵심 동력으로 자리 잡으며, 다양한 산업 분야에 혁신을 가져오고 있습니다. 이에 따라 AI의 성능을 극대화할 수 있는 하드웨어, 특히 인공지능 반도체의 중요성이 점점 더 강조되고 있습니다. 인공지능 반도체는 AI 알고리즘을 효율적으로 처리할 수 있도록 특화된 칩으로, 고속 데이터 처리와 에너지 효율성을 동시에 달성하는 것을 목표로 합니다. 본 보고서에서는 AI 반도체 기술의 개발 동향과 그 핵심 요소를 살펴보며, 향후 산업적, 경제적 영향에 대해 탐구해보고자 합니다.

AI 반도체 정의 및 구분

AI 반도체는 인공신경망의 학습과 추론 기능을 효율적으로 처리할 수 있도록 특화된 반도체로, SW 기반 AI 반도체와 HW 기반 AI 반도체로 구분됩니다. SW AI 반도체는 전통적인 폰 노이만 구조에서 인공신경망을 모델링하여 학습과 추론을 수행하는 방식이며, HW AI 반도체는 뉴로모픽 칩과 같은 생체 신경 시스템을 모방하여 반도체 소자에서 직접 학습과 추론을 실행하는 방식입니다.

AI 기술의 발전 트렌드

인공지능 기술이 발전함에 따라 데이터와 연산 요구가 급격히 증가하고 있습니다. SW AI 반도체는 CPU와 GPU의 성능을 넘어서는 효율성을 제공하며, 현재 다양한 상용화된 제품이 개발 중입니다. HW AI 반도체는 경량화된 시스템에서 병렬 컴퓨팅이 가능해져 새로운 형태의 AI 시스템을 개발할 수 있는 가능성을 제시합니다.

 

AI 기술은 고도화, 거대화, 다양화로 발전 중입니다. 고도화는 CPU와 GPU에서 시작해 SW AI 반도체, HW AI 반도체로 이어지고 있으며, 거대화는 자연어 처리 등 대규모 인공신경망을 통해 높은 지능을 구현합니다. 다양화된 기술로는 Transformer, Autoencoder 같은 신경망이 주류로 자리 잡고 있습니다.

AI 반도체 시장 현황과 전망

AI 반도체 시장은 2022년 422억 달러에서 2025년 711억 달러 규모로 빠르게 성장할 것으로 예상됩니다. AI 반도체는 시스템 반도체 시장에서 중요한 부분을 차지하며, 특히 데이터센터와 엣지 디바이스용 반도체가 주요 시장을 형성하고 있습니다. 데이터센터에서는 엔비디아와 인텔이 시장을 주도하고 있으며, 엣지 디바이스 시장에서는 스마트폰과 자율주행차 등이 AI 반도체를 주로 사용하고 있습니다.

SW AI 반도체 현황

주요 SW AI 반도체 기업으로는 엔비디아, 구글, 애플, AMD, 인텔 등이 있으며, 각 사는 GPU, TPU, NPU 등 다양한 AI 반도체 제품을 개발해 시장을 선도하고 있습니다. 특히 엔비디아의 GPU는 인공지능 학습과 추론에서 강력한 성능을 발휘하며 시장을 지배하고 있습니다. 국내에서도 퓨리오사AI, 사피온, 리벨리온 등 여러 스타트업이 NPU 개발에 성공하며 글로벌 경쟁력을 강화하고 있습니다.

HW AI 반도체 개발 현황

HW AI 반도체는 뉴로모픽 칩과 같은 생체 신경망을 모방한 기술이 핵심입니다. 현재 상용화된 제품은 많지 않지만, 삼성전자와 같은 기업이 HBM-PIM과 같은 제품을 발표하며 기술력을 입증하고 있습니다. 또한, 뉴로모픽 프로세서 분야에서는 인텔의 Loihi, 퀄컴의 Zeroth, IBM의 TrueNorth 등이 대표적이며, 메모리 중심의 컴퓨팅(CIM) 방식도 개발되고 있습니다.

 

주요 기업의 프로젝트

다양한 기업이 AI 반도체 개발에 참여하고 있습니다. 인텔의 Loihi, IBM의 TrueNorth, 퀄컴의 Zeroth는 뉴로모픽 아키텍처를 기반으로 한 칩을 개발하고 있으며, 중국의 Tianjic, 호주의 Akida 등도 이 분야에 뛰어들어 AI 기술의 새로운 가능성을 제시하고 있습니다.

 

AI반도체의 향후 전망

AI 반도체는 자연어 처리, 자율주행차, 클라우드 컴퓨팅, 엣지 컴퓨팅 등 다양한 응용 분야에서 핵심적인 역할을 할 것으로 전망됩니다. 특히 HW AI 반도체는 에너지 효율성과 성능 면에서 새로운 돌파구를 마련할 수 있는 중요한 기술로 주목받고 있습니다.

 

인공지능 반도체 기술은 AI 시대를 선도할 핵심 기술로, 그 잠재력은 무궁무진합니다. 지속적인 기술 발전과 함께 다양한 분야에서 인공지능 활용이 증가하면서 AI 반도체의 수요는 더욱 확대될 것으로 예상됩니다. 이러한 기술 개발은 국가 및 기업의 경쟁력에 직접적인 영향을 미치며, 이에 대한 선제적 투자와 연구 개발이 중요한 과제로 부상하고 있습니다. 앞으로도 AI 반도체 분야의 혁신은 인공지능의 진화와 함께 가속화될 것이며, 우리는 이 기술이 가져올 새로운 미래를 기대할 수 있습니다.

 

출처 : KISA ISSUE REPORT(2023.4.12)

 

반도체 첨단 패키징과 HBM(High Bandwidth Memory) 시장 전망