인더뉴스 이진솔 기자ㅣ 5세대(5G) 이동통신과 사물인터넷(IoT)으로 모든 전자기기에 인공지능(AI)기술이 녹아들고 있다. 지금까지 AI 연산 대부분은 클라우드 서버가 있는 데이터 센터에서 처리해왔다. 하지만 하드웨어 성능이 높아짐에 따라 단말 자체에서 AI를 구동하는 엣지 AI 기술도 활용되고 있다.
AI가 보편화할수록 CPU나 GPU보다 딥러닝(Deep Learning)에 최적화된 ‘신경망처리장치(NPU·Neural Processing Unit)’가 차세대 반도체로 주목받고 있다. 시스템 반도체 강화를 천명한 삼성전자도 AI 핵심 기술인 NPU 사업 육성에 나선다.
삼성전자는 18일 서울 중구 태평로빌딩에서 NPU 기술과 삼성전자의 육성전략을 설명하는 기자 간담회를 열었다고 이날 밝혔다. 강인엽 삼성전자 DS부문 시스템 LSI 사업부장, 황성우 삼성전자 종합기술원 부원장, 장덕현 삼성전자 시스템 LSI 사업부 SoC 개발실장 등이 참석했다.
NPU는 뛰어난 딥러닝 알고리즘 연산 능력을 갖추고 있다. 딥러닝은 인간 신경계를 본뜬 인공신경망으로 학습하는 머신 러닝이다. 이를 수행하려면 수천 개가 넘는 연산을 동시에 처리하는 병렬 컴퓨팅 기술이 필요하다.
기존 CPU와 GPU는 대규모 연산을 동시에 처리할 수 없지만 NPU는 병렬 연산을 효율적으로 수행한다. AI 구현에 있어 핵심 기술로 꼽히는 이유다.
NPU시장은 지난해 43억 달러에서 오는 2023년 343억 달러로 연평균 52% 성장률을 이어갈 것으로 전망된다. 클라우드 시장 확대와 사물인터넷(IoT) 단말이 증가하며 채용되는 제품 수가 늘기 때문이다.
삼성전자는 시스템 LSI사업부와 종합기술원에서 관련 선행 연구와 제품 개발을 진행해왔다. 첫 결과물로 다양한 반도체를 칩 하나에 집약한 모바일 단일 칩 체제(SoC·System on Chip)에 삼성전자가 만든 NPU를 넣은 ‘엑시노스 9(9820)’을 지난해 선보였다.
이 제품은 클라우드 서버와 데이터를 주고받으며 수행하던 AI 연산을 기기에서 자체적으로 수행하는 ‘온 디바이스 AI(On-Device AI)’다. 삼성전자는 모바일부터 전장, 데이터센터, 사물인터넷(IoT) 등 정보기술(IT) 전 분야에 NPU를 탑재할 계획이다.
◇ 모바일·전장부터 데이터센터까지..NPU 적용 범위 늘린다
IT 기술 생태계는 방대한 연산을 수행하는 데이터센터를 중심으로 다양한 엣지 디바이스가 활용되는 형태가 될 가능성이 크다. 자율주행차량, 스마트폰, 스마트시티 등 엣지 디바이스와 인프라를 구성하는 클라우드 서비스에는 AI가 도입되면서 새로운 가치를 창출하게 된다.
삼성전자는 향후 모든 IT제품과 서비스에 AI기능이 내장될 것으로 전망했다. 우선 강점이 있는 모바일분야와 전장분야 SoC에 NPU를 적용할 계획이다. 스마트폰에 NPU가 적용되면 AI카메라, 음성인식 등 자연어처리 등 기기 활용도를 높일 수 있다.
인포테인먼트 시스템(IVI·In-Vehicle Infotainment), 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS·Advanced Driver Assistance Systems) 등 차량용 제품 개발에도 집중한다. 인포테인먼트용 엑시노스 오토 V9은 차량에 탑재돼 모든 전장부품을 제어하며 AI기능을 더하게 된다.
아직 상용화 단계는 아니지만, 차량에 접목될 수 있는 기능은 대표적으로 운전자 얼굴을 인식해 졸음운전을 방지하는 기술이 있다. 이 밖에 운전자 음성을 인식해 차량 보안을 높이는 기능도 개발할 수 있다.
ADAS를 지원하는 엑시노스 오토A 시리즈에는 인포테인먼트보다 최대 4배 높은 NPU가 내장된다. 주변 사물을 감지해 운전을 보조하는 기능 등 초보적인 자율주행을 지원한다.
데이터 센터에 빅데이터 처리 성능을 높이는 딥러닝 전용 NPU를 적용하는 등 활용 범위를 넓힐 방침이다. 그동안 데이터 센터용 메모리 반도체에 치중해왔다면 딥러닝을 담당하는 Co-Processor 개발에도 속도를 낸다.
향후 삼성전자는 NPU 기술을 발전시켜 ‘뉴로모픽(Neuromorphic) 프로세서’ 기술로 확대해 나갈 계획이다. 이는 인간 뇌 신경신호 전달방식처럼 생물학적 신경 네트워크를 모사하는 기술이다. 정보처리와 인식이 사람 두뇌 수준으로 높아진다.
◇ AI전문가와 전략적 협업..국내외 핵심인재 끌어모아 경쟁력 높여
삼성전자는 지난 2014년 캐나다 몬트리올대(University of Montreal) 요슈아 벤지오(Yoshua Bengio) 교수와 전략산학에 착수했다. 2016년부터 본격적으로 종합기술원과 시스템 LSI에서 NPU를 개발하기 시작했다.
그 결과 지난해 3월 ‘엑시노스 9610’을 개발해 갤럭시 A시리즈에 탑재했다. 올해 출시된 갤럭시S10에는 삼성전자가 자체개발한 NPU가 적용된 ‘엑시노스 9820’이 들어간다. 모바일에 맞춰 연산 성능과 전력 효율을 개선한 제품이다.
삼성전자는 독자적인 NPU 기술 확보로 2030년까지 시스템 반도체 분야 세계 1위 달성을 목표로 하는 ‘반도체 비전 2030’에 한 걸음 더 다가서겠다는 전략이다. 오는 2030년까지 NPU 분야 인력을 2000명 규모로 10배 이상 확대한다.
지난달 삼성전자는 캐나다 몬트리올에 있던 ‘종합기술원 몬트리올 AI랩’을 딥러닝 전문 연구기관 ‘캐나다 밀라연구소’로 확장 이전했다. 이곳에서 요슈아 벤지오 교수 등 몬트리올대, 맥길대(McGill University) 연구진과 협업하고 있다.
또한 지난 2017년부터 뉴럴프로세싱연구센터(NPRC·Neural Processing Research Center)에서 국내 대학과 인공지능 관련 공동 연구를 진행하며 미래 인재 양성에 힘쓰고 있다.
전략적 인수·합병에 나설 가능성도 있다. 강인엽 시스템 LSI사업부 사장은 “우리에게 부족한 기술을 갖춘 스타트업을 인수할 수 있다”며 “앞으로 필요하다면 인수 작업은 많이 할 계획이다. M&A에는 열려있다”고 말했다.
장덕현 시스템 LSI 사업부 SoC 개발실장은 “NPU는 특히 고속성장이 전망되는 분야”라며 “모바일·데이터센터·전장·IoT까지 용처를 발굴하는 동시에 인력을 10배 늘려 시장을 선도하겠다”고 말했다.
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