AI의 두뇌, 신경망 가속 칩이 부상하고 있습니다.

Intel에서 개발 한 신경망 가속 칩 Nervana. (사진 = 인텔)

코로나 19는 번개처럼 나왔습니다. 그리고 그것은 많이 바뀌 었습니다. 그중 하나가 ‘4 차 산업 혁명의 대중화’입니다. 4 차 산업 혁명이 선언적 슬로건으로 만 느껴진 것은 사실이다. 그러나 코로나 19 이후 인식이 크게 바뀌 었습니다. 4 차 산업 혁명은 단순한 슬로건이 아니라 생존의 문제라는 것을 깨달았습니다. GDNET Korea는 새해 (辛丑 年)에 10 개의 키워드로 4 차 산업 혁명의 진화 방향을 기대합니다.[편집자주]

② 차세대 반도체 : 인공 지능 뇌, 신경망 가속기 칩 등장

4 차 산업 혁명의 핵심 기술로 꼽히는 인공 지능 (AI) 시대를 열려면 신경망 가속 칩 등 딥 러닝과 추론 등 AI 처리에 특화된 반도체가 필수적이다.

신경망 가속기 칩은 기존 CPU보다 적은 전력을 소비하고 훨씬 빠른 속도로 계산을 수행 할 수있어 PC와 스마트 폰은 물론 AI 처리가 필요한 모든 분야에서 주목을 받고있다.

2021 년 새해에는 글로벌 기업의 R & D 경쟁과 시장 선점 경쟁이 가속화 될 것으로 예상됩니다. 시스템 반도체 (SoC) 강점을 가진 글로벌 기업과 팹리스 기업뿐만 아니라 기존 반도체 기업들도 비 메모리 반도체 포트폴리오 강화를 위해 신경망 가속기 칩 투자를 확대하고있다.

리포트 링커 등 시장 조사 기관에 따르면 딥 러닝을 수행하는 신경망 가속기 칩 시장은 2025 년 245 억 달러 (약 36 조원)에이를 것으로 예상된다. 연간 시장 성장률도 37 %로 매우 가파르다.

■ 기존 프로세서를 보완하여 AI 계산 가속화

원래 신경망 가속기 칩은 사람들이 자주 생각하는 것처럼 스스로 생각할 수있는 능력이 없었습니다. 그러나 여러 단계를 거쳐야했던 복잡한 작업을 단일 명령으로 처리하거나 AI 처리에 필요한 데이터에 특화된 작업을 훨씬 빠르게 수행 할 수 있습니다.

신경망 가속기 칩은 크게 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 첫째, 딥 러닝, 추론 등 AI 구현을위한 다양한 작업을 가속화하는 칩입니다. 비트 수가 다른 데이터를 처리하거나 행렬 곱셈 및 덧셈과 같은 전용 작업을 통해 전력 소비와 처리 시간을 줄일 수 있습니다.

신경망 가속기 칩과 기존 프로세서의 비교. (그림 = ASML Korea)

다음으로, AI에 필요한 계산을 가속화 할뿐만 아니라 인간의 뇌 세포 자체를 모방하여 더 나아가 유사한 방식으로 작동하는 칩이 있습니다. IBM TrueNorth 및 Intel Loihi와 같은 일부 제품을 사용할 수 있지만이를 사용하는 시판 제품은 아직 보유하고 있습니다.

■ 차세대 지능형 반도체 프로젝트 팀 출범 … 2029 년 총 1 조원

글로벌 메모리 반도체 시장의 슈퍼 사이클 (2017 ~ 2018) 이후 정부는 공급 과잉으로 인한 단가 하락으로 위기가 닥치면 서 비 메모리 반도체 경쟁력 강화를 위해 2019 년부터 시스템 반도체 (SoC) 육성을 시작했다. .

문재인 사장, 2019 년 4 월 ‘시스템 반도체 비전 및 전략’발표 (사진 = 청와대 포토 리포터)

국가 차원의 정책 지원 운동도 가속화되고 있습니다. 2019 년 4 월 ‘시스템 반도체 비전과 전략’발표를 통해 메모리 반도체 강국에서 종합 반도체 강국으로 도약하겠다는 비전을 공개했다.

이어 과학 기술 정보 통신부와 산업 통상 자원부는 지난해 9 월 차세대 지능형 반도체 사업단을 출범 해 총원을 투자 해 AI 관련 반도체 기술 개발을 추진하고있다. 2029 년까지 1 조 96 억.

기업 차원에서 AI 반도체는 현대 모비스, 삼천리, SK 텔레콤, 한화 테크윈 등의 기업과이를 개발하는 텔레 칩스, 스카이 칩스 등 국내 팹리스 기업, 삼성 전자, SK 하이닉스, DB 하이텍 등을 요구하고있다. 그들을 지원하고, 개념을 확인하고, 개발하고, 사전 제작합니다. 우리는 시행 착오를 줄이기 위해 각 단계와 긴밀히 협력하고 있습니다.

9 월 차세대 지능형 반도체 사업단 발족식. (사진 = 산업 통상 자원부)

지난해 103 개 기업, 32 개 대학, 12 개 연구소가 총 82 개의 관련 프로젝트에 참여했다. 또한 초고속 · 저전력 메모리, 신경망 하드웨어, 뇌 시뮬레이션 프로세서 등 신경망 가속 칩에 필요한 원천 기술 확보에 약 3 년 동안 총 60 억원이 투입 될 예정이다. 올해부터 2023 년까지.

■ 신경망 가속기 칩은 2025 년 36 조원으로 성장

신경망 가속기 칩의 가장 큰 장점은 과거 클라우드 컴퓨팅에 의존해야했던 AI 처리를 에지에서 처리 할 수 ​​있다는 것입니다. 디바이스 내부의 데이터를 클라우드로 전송하고 결과 값을 다시받는 과정에서 발생하는 지연이 사라집니다.

5G가 확산되면서 데이터 전송 지연 시간이 획기적으로 줄어들고 있지만 국방, 의료 등 분야에서 데이터 유출 가능성을 배제 할 수 없다. 또한 신경망 가속기 칩은 음성 인식 및 자율 주행과 같은 실시간 처리가 필요한 분야에서 매우 중요합니다.

Apple A14 Bionic AP. 블록 형태로 빌드 된 16 코어 신경 엔진이 있습니다. (사진 = 애플)

작년에 출시 된 대부분의 스마트 폰에는 AP (애플리케이션 프로세서) 내부에 내장 된 신경망 가속 칩 블록이 있습니다. 신경망 가속기 칩은 산업용 로봇, 가전 제품 등 AI 관련 처리가 필요한 모든 기기와 컴퓨팅 관련 기기에 탑재 될 것으로 예상된다.

리포트 링커 등 시장 조사 업체에 따르면 딥 러닝을 수행하는 신경망 가속기 칩 시장은 2025 년 245 억 달러 (약 36 조원)에이를 것으로 예상된다.

올해의 시장 규모는 각 회사에 따라 39 억 달러 (Tractica 기준)에서 97 억 달러 (Gartner 기준)까지 다양합니다. 그러나 효과적인 인공 지능 처리가 필요한 시장 상황에서는 축소가 실용적이지 않다는 것이 일반적인 의견입니다.

■ 글로벌 AP 및 프로세서 회사가 경쟁

오늘날 시장에 나와있는 대부분의 신경망 가속기 칩은 독립적이지 않고 AP 또는 PC / 서버 프로세서에 블록 형태로 내장되어 있습니다.

Apple은 2017 년부터“신경 엔진 ”을 포함 시켰으며 Qualcomm은 12 월에 공개 된 Snapdragon 888 AP에서 AI 처리를 가속화하는 Hexagon 프로세서를 구축했습니다.

삼성 전자는 2019 년부터 NPU 역량 강화를 위해 노력하고있다. (사진 = 삼성 전자)

삼성 전자도 ‘시스템 반도체 2030 비전’으로 NPU 개발에 박차를 가하고있다. 스마트 폰용 AP 엑시 노스의 경쟁력을 강화하는 동시에 D 램, 낸드 플래시 등 메모리 반도체 중심의 포트폴리오를 무너 뜨리기위한 것이다.

지난해 출시 된 갤럭시 노트 20에 탑재 된 엑시 노스 990 AP는 자체 개발 한 2 개의 NPU와 1 개의 DSP를 탑재 해 AI 연산 성능을 높였다.

현재 삼성 전자는 글로벌 주요 반도체 기업처럼 독립적 인 신경망 가속기 칩을 출시하지 않았다. 하지만 관련 업계에 따르면 삼성 전자는 모바일 제품은 물론 가전 제품 등 다양한 제품에 장착 할 수있는 신경망 가속 칩과 관련 기술을 다수 보유하고있는 것으로 추정된다.

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인텔 인공 지능 칩 로이 히 프로세서 (사진 = 인텔)

2017 년 인텔은 인간의 뇌 세포를 모방 한 칩인 로이 히 칩을 개발했습니다. 인텔은 기존 프로세서에 비해 1/45의 전력을 소비하지만 처리 속도는 100 배 이상이라고 설명합니다. 최근 싱가포르 국립 대학교의 연구원들은 Roihi 칩을 사용하여 촉각 로봇을 만드는 데 성공했습니다.

IBM이 개발 한 Trunos 칩은 최대 200mW의 전력 소비를 억제하고 초당 46 억 번 실행되는 시냅스 작업을 수행 할 수 있습니다. 이러한 특성을 이용하여 미 공군은 향후 5 년 이내에 무인 항공기 (드론)에 Trunos 칩을 설치하기위한 연구를 진행하고 있습니다.





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