4차 산업혁명 이후 AI·자율주행·메타버스 등 첨단 기술의 융합이 주목되며, 시스템 반도체 시장은 메모리 반도체 시장의 2배 이상 규모를 달성했다. 파운드리(반도체 생산) 경쟁력 확보를 위해 우리나라 팹리스(반도체 설계) 시장이 성장해야 한다는 주장이 강조되고 있다.
 
메모리 강국인 한국은 시스템 반도체 시장에서 고작 1.5% 비중을 차지하며 두각을 드러내지 못하고 있다. 연간 인재 배출규모도 50명 정도로, 미국과 중국, 대만에 비해 경쟁력 확보가 어려운 실정이다.
 
이에 메모리 강국인 우리나라에 시스템을 접목하는 ‘CIM(Compute-in-Memory)’ 기술을 통해 ML/AI 분야를 중심으로 기술 주도권을 획득할 수 있을 것이라는 기대가 증폭되고 있다.
 
■ ISSCC서 거대 규모 투자한 중국계 논문 다수 제출·채택
 
ISSCC(International Solid-State Circuits Conference, 국제 고체회로 학회)는 16일 성남시 분당구 판교 이노밸리에서 ‘ISSCC 2023 프리뷰’ 행사를 열고, 내년 2월 미국 샌프란시스코에서 열리는 ISSCC 2023 프로그램 및 논문에 대한 정보 및 최신 기술 트렌드를 공유했다.
 
ISSCC는 반도체 집적회로 관련 학회 중 세계적으로 큰 규모의 학회로서 ‘반도체 올림픽’으로 불린다. 매년 30여개국에서 빅테크 기업을 포함 3,000명 이상의 산학연 관계자들이 다양한 반도체 집적회로 및 시스템 관련 최신기술을 발표하고 공유한다.
 
70회를 맞는 이번 대회에서는 △ANA(아날로그) △이미지·MEMS·메디컬·디스플레이 분야(IMMD) △PM(전원 관리) △DAS(디지털 아키텍처·시스템)/DCT(디지털 서킷) △WLS/RF(무선주파수) △DC(데이터 컨버터) △MEM(메모리) 등 분야에서 총 629건의 논문이 제출됐으며, 총 198건이 채택됐다.
 
한국은 삼성전자 8편을 필두로 총 32편의 논문이 채택됐다. 작년보다 9편 줄어 중국과 미국보다 적은 수를 기록했지만, 발표 기관 수는 꾸준히 증가했으며, AI 가속기 분야에서는 높은 수준을 유지한 것에서 고무적이다.
 
이어 각 분과별 발표자료에 따르면, 전체적으로 중국의 거대 투자로 인해 메모리, IMMD 등 일부 분야를 제외하면 아날로그, PM, 데이터 컨버터 등에서 중국계 논문이 비약적으로 증가한 것으로 드러났다.  
메모리 분과에서는 최근 ML/AI와 연관된 연구가 늘었으며, 한국이 여전히 강세로, 고용량 메모리 개발을 위해 300층 이상 NAND, 이외에 DRAM 기술 등이 소개되고 있다고 보고했다.
 
DAS/DCT 분과 김지훈 교수는 지속적으로 IoT·오토모티브 분야 수요가 높아지고 있으며, “3나노 이하 등 최신 공정을 기반으로 하는 기술에 노력을 기울이고, 지속적인 관심을 가져야 한다”고 말했다.
 
이종우 삼성전자 상무는 "파운드리 경쟁력을 올리기 위해서는 결국 팹리스가 성장해야 한다고 생각한다"며, “파운드리 공정 기술 자체도 결국 설계 능력과 피드백-인풋 관계로 성장하기 때문에 팹리스 가치 성장에도 지속적인 관심과 투자가 필요하다”고 말했다.
 
■ ML/AI 분야, 전체 시스템 성능 및 효율성 향상 연구 多
 
사피온코리아 류수정 대표는 ML/AI 분야 관련 전체적 동향을 발표했다.
 
ML/AI 분야에서는 56편 논문 제출 및 16편이 채택됐다. 대부분 학교에서 제출되었다.
 
류 대표는 메모리 내 컴퓨팅, 즉 시스템과 메모리를 하나의 칩에 구현한 ‘CIM(Compute-in-Memory)’ 기술에 대한 관심이 커졌다고 전했다.
 
CIM 기술은 ML/AI 워크로드에 대한 요구 사항이 지속적으로 증가함에 따라 높은 에너지 효율성을 해결하기 위해 연구되기 시작한 분야다. 대용량 데이터를 처리해야 하는 AI 반도체의 병목 현상을 해결할 수 있을 것으로 기대된다.

류 대표는 "CIM, 합성곱신경망(CNN), 인공두뇌를 구현하는 스파이킹 신경망(SNN) 기술 등이 지속 연구되고 있다"며, “큰 성장폭을 보인 건 아니나, 국내 AI 반도체 기술 산업은 지속적으로 확장되고 있다. 메모리 강국인 한국에서 메모리에 시스템 관련 기술을 접목해, 기술 주도권을 잃지 않도록 협력을 이어나가야 한다”고 말했다.
 
한편 사피온은 우리나라 최초 AI 반도체로, 지난 9월 X220가 MLPerf에서 엔비디아 제품比 약 2.3배 빠른 처리 성능을 기록했다고 밝혀진 바 있다.
 
류 대표는 “사피온은 원천기술 NPU(Neural Processing Unit)의 HW, SW 100%를 자체 기술로 개발”했으며, “데이터센터용 추론 서비스 반도체 시장과 자율주행 반도체 시장 공략을 강화하고 있다”고 말했다.
 
차세대 반도체 산업을 선도하기 위해 역할 분담에 대한 중장기적 견해를 가지고, 범국가적인 관심과 지원 및 지속적인 산학연의 협업이 필요해 보인다.