삼성전자, AI 반도체 확장…"융복합으로 메모리 초격차 이끈다"

삼성전자가 개발한 세계 최초 메모리 반도체-인공지능(AI) 프로세서 결합 제품 'HBM-PIM'[사진제공=삼성전자]

[아시아경제 김흥순 기자, 정현진 기자] 삼성전자 가 종합반도체 선도기업으로 도약하기 위해 속도를 높이고 있다. 주력인 메모리 반도체에서 30년 가까이 이어온 시장 점유율 선두를 굳건히 하면서 인공지능(AI) 엔진을 접목한 차세대 제품을 내세워 시스템반도체 분야와의 융복합을 주도하는 등 기술력 강화에 열을 올리는 것이다.

삼성전자 는 24일 온라인으로 열린 반도체 업계 국제학회 '핫칩스(Hot Chips)'에서 지난 2월 세계 최초로 개발한 'HBM-PIM(Processing-in-Memory)'과 PIM 기술을 적용한 다양한 제품군의 응용 사례를 소개했다. HBM-PIM은 지능형 메모리 반도체로 저장을 담당하는 메모리에 연산을 담당하는 AI엔진을 더한 PIM 기술이 특징이다. 이 반도체를 활용하면 기존 컴퓨터 중앙처리장치(CPU)와 메모리, 연산 프로세서가 주고받았던 데이터 이동이 줄어 성능이 향상되고 전력효율을 높일 수 있다. 이 때문에 슈퍼컴퓨터나 AI시스템 등 초고속 데이터를 빠르게 분석·처리하는데 유리하다.

AI 반도체, 모바일까지 제품군 확대

삼성전자 는 이날 학회에서 D램 모듈에 AI엔진을 탑재한 'AXDIMM'의 성능 테스트 결과를 공개했다. 앞서 글로벌 고객사를 대상으로 진행한 평가 결과에 따르면 지능형 메모리를 사용할 경우 서버의 성능은 약 2배 향상되고, 전력 사용률은 40% 이상 감소하는 것으로 확인됐다.

현재 이 기술을 모바일 D램으로 확대한 'LPDDR5-PIM'도 개발을 마쳤다. PIM 기술이 모바일 D램과 결합할 경우 데이터센터와 연결 없이도 휴대폰이 자체적으로 정보를 수집하고 연산하는 AI 기능을 수행할 수 있다. 이 기술의 성능 점검 결과 음성인식, 번역, 챗봇 등에서 2배 이상의 성능 향상과 60% 이상의 에너지 감소를 확인했다고 삼성전자 는 설명했다.

시장조사업체 가트너와 정보통신정책연구원 등에 따르면 시스템반도체 핵심으로 주목받는 AI 반도체 시장은 2018년 70억달러에서 2030년 1179억달러 규모로 크게 성장할 것으로 예상된다. 같은 기간 전체 시스템반도체 시장 가운데 AI 반도체가 차지하는 비중도 2.8%에서 31.3%까지 향상될 전망이다.

김남승 삼성전자 메모리사업부 DRAM 개발실 전무는 "내년 상반기 안에 PIM 기술 플랫폼을 표준화하고 에코 시스템 구축을 마무리해 AI 메모리 시장을 확대해 나갈 예정"이라며 "PIM 기술이 빅데이터 시대의 새로운 메모리 패러다임이 될 것"이라고 강조했다.

메모리·시스템반도체 동반 강화

앞서 삼성전자 는 메모리반도체 초격차를 유지하면서 설계와 제조, 신기술 경쟁을 아우르는 시스템반도체 분야의 경쟁력을 키우기 위해 2030년까지 시스템반도체에 171조원을 투자하겠다는 내용의 '시스템반도체 비전 2030' 수정안을 지난 5월 공개하고 차근차근 이를 이행하고 있다.

시장조사업체 트렌드포스에 따르면 글로벌 D램 시장에서 삼성전자 의 올해 2분기 매출은 1분기 대비 30.2% 증가한 105억1000만달러를 기록했다. 시장점유율도 43.6%로 전분기 대비 1.6%p 올랐다. 1992년부터 30년 가까이 점유율 1위를 달린다. 영업이익률은 1분기 34%에서 2분기 46%로 향상됐다. 견조한 D램 수요와 가격 상승세를 감안할 때 3분기에는 50%를 넘어설 것으로 트렌드포스는 전망했다.

AI 반도체와 같은 차세대 메모리 기술에서도 성과를 내고 있다. AI, 머신러닝, 빅데이터 등 데이터센터의 성능을 획기적으로 개선할 수 있는 '컴퓨트 익스플레스 링크(CXL) D램'이나 비슷한 성격의 데이터를 구역(Zone)별로 분류해 저장하는 ZNS 기술 적용한 서버용 저장장치(SSD) 등을 잇따라 선보인 사례가 대표적이다.

제조 분야에서도 170억달러 규모의 미국 파운드리(반도체 위탁생산) 공장 신·증설 투자를 위해 텍사스, 애리조나, 뉴욕 등 현지 관련 당국과 세제 혜택 등 협상을 진행하고 있다. 텍사스주 회계감사관실은 이 중 가장 최근 삼성전자 가 세제 감면 혜택 지원 신청서를 제출한 것으로 공개된 테일러 독립교육구(ISD)에 대해 "이 투자가 세금 인센티브 프로그램인 챕터 313에 해당한다"면서 "향후 15년간 3억1400만달러 규모의 세금 감면 혜택을 제공할 수 있다"는 유권해석을 내린 사실을 삼성 측에 전달했다.

삼성전자 는 앞서 텍사스주에 있는 매너 독립교육구에 대해서도 투자를 단행할 경우 3억달러에 가까운 감세 혜택을 받을 수 있다는 유권해석을 받은 바 있다. 이를 바탕으로 현지 당국과 협상을 진행, 투자 지역을 검토·결정할 것으로 보인다.

김흥순 기자 sport@asiae.co.kr
정현진 기자 jhj48@asiae.co.kr