메모리가 계산까지’…PIM, 차세대 반도체 주역으로 부상

(지디넷코리아=전화평 기자)“GPU(그래픽처리장치)-HBM(고대역폭메모리) 시장이 계속 확대될 것으로 예상됨에 따라, HBM에 탑재되는 PIM(프로세스 인 메모리) 상용화가 가장 가까운 것 같습니다.”

신현철 반도체공학회 학회장은 지난 15일 전남 여수시 소노캄 호텔에서 열린 '2025 반도체공학회 하계종합학술대회' 기자간담회에서 차세대 반도체 기술 중 가장 먼저 상용화 될 가능성이 높은 기술에 대해 묻자 이같이 답했다.

현재 업계에서는 PIM과 함께 CXL(컴퓨트익스프레스링크), 뉴로모픽반도체 등을 미래 반도체 기술로 보고 연구 개발에 박차를 가하는 중이다.

그는 “HBM은 안정화된 시장이라 조금만 더 힘주면 보완된 성능 향상을 이뤄낼 수 있다”며 근거를 설명했다.

PIM은 기존 데이터 저장 장치 역할에 그쳤던 메모리가 직접 연산을 수행하는 기술이다. 데이터가 메모리에서 CPU(중앙처리장치) 등 프로세서로 이동하지 않는 만큼 병목 현상을 줄일 수 있다. 또 데이터 이동이 반도체 구동에서 가장 큰 전력을 소모하는 만큼 칩의 에너지 효율도 상승한다.

반도체공학회 기자간담회.(왼쪽부터) 남일구 부산대 전기컴퓨터공학부 교수, 이한호 인하대 정보통신공학과 교수, 신현철 반도체공학회장, 강석형 포항공대 전자전기공학과 교수.(사진=전화평 기자)

실제로 학계에서는 PIM 반도체에 대한 연구가 활발하게 진행 중이다. 반도체공학회 하계학술대회에서는 ‘PIM 인공지능 반도체 과제 협의체’가 삼성전자, SK하이닉스 등 기업 차원에서 PIM 활용방안에 대해 논의했으며, 기조 강연과 특별 세션에서도 PIM 반도체에 대한 연구 진행 상황과 성과들이 집중적으로 소개됐다.

신 학회장은 “지능형 반도체 사업단을 중심으로 PIM 관련 시스템 구성이 활발히 이뤄지고 있다”며 “다만 아직 글로벌 시장이 형성된 단계는 아니며 국내부터 적용 사례를 확보하는 게 선결 과제”라고 설명했다.

반도체기술 로드맵 발표에서도 PIM이 핵심 기술로 다뤄졌다. 특히 반도체 기술 발전 방향을 미리 볼 수 있는 로드맵에서도 PIM이 핵심을 담당했다. 공학회에서는 이번 행사에서 기존 3개였던 로드맵을 9개로 세분화했다고 밝혔다. 9가지 기술 중에서 청중에 세부적인 로드맵이 발표된 기술은 PIM이 유일했다.

남일구 부산대 전기컴퓨터공학부 교수는 “9개 로드맵 중 가장 주목하는 건 PIM”이라며 “이 외에도 양자컴퓨팅, 패키징 등이 성장할 것으로 전망된다”고 밝혔다.

PIM 기술 로드맵 발표.(사진=전화평 기자)

이날 발표에 따르면 PIM은 성능 향상폭이 완만해지는 메모리 성능을 획기적으로 올려줄 것으로 기대를 모으고 있다. 오늘날 AI 시스템에서 가장 문제는 D램이다. AI 속도를 결정하는 밴드위스(대역폭)를 담당하는데, 반도체 미세화가 한계에 도달하며 밴드위스의 급격한 향상을 기대하기 힘들기 때문이다.

PIM은 메모리 단위에서 추가 연산을 진행해 프로세서의 부담을 줄여준다. 쉽게 말해 고속도로(대역폭) 자체를 넓히기 보다, 길 위의 자동차(데이터)를 줄여 데이터 속도 문제를 해결하는 것이다.

신 학회장은 “PIM은 한국에서 열심히 밀고 있는 기술”이라며 “엔비디아 GPU-HBM 시장에 대응해 일부 어플리케이션 성능을 만들고 있다. 우선 시스템 전체를 구성하고 제품 상용화해, 국내 시장만이라도 일부 제품에 적용되는 사례가 나와야 한다”고 강조했다.

전화평 기자(peace201@zdnet.co.kr)

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