모바일 자가 학습 NPU 국책과제 중간성과 발표
사피온 등과 칩렛 이용한 초고성능 AI 반도체 개발 사업 진행 중
반도체 후공정 전문 기업 네패스가 후공정뿐만 아니라 다양한 인공지능(AI) 반도체 기술을 공개하며 영역을 확대하고 있다.
온디바이스 AI에 사용되는 모바일용 자가학습 가능한 신경망처리장치(NPU) 기술과 칩렛을 이용한 초고성능 AI 반도체 개발이 대표적이다.
19일 네패스에 따르면 첨단 과학기술정보통신부가 주최하는 ‘2023 인공지능반도체 미래기술 컨퍼런스’에서 네패스는 AI 반도체 연구개발 국책과제인 '모바일 자가 학습 가능 재귀 뉴럴 네트워크 프로세서 기술 개발'의 중간 성과를 공개했다.
네패스가 공개한 기술은 객체 분류향 모바일 자가학습 NPU가 내장된 '야누스(JANUS)’와 분산 학습 IP 구동 시스템이다.
'야누스'는 최근 사용자 개발 환경에서의 AI 모델 최적 재구성(재학습)을 위한 온디바이스 학습의 필요성이 대두되는 시장 니즈에 맞춰 개발된 경량 자가 학습 NPU IP 내장 인공지능 반도체다.
네패스는 야누스를 신규 사용자 인증을 통한 스마트키, 드라이버 모니터링 시스템 등 지능형 자동차 시스템 분야부터 불량 인식률 개선을 위한 현장 학습 시스템 등 지능형 팩토리 분야까지 다양한 분야에 적용할 수 있다고 설명했다.
네패스는 자사가 보유한 AI 설계 기술을 바탕으로 ‘모바일 자가 학습’, ‘AI 반도체 경량화’ 등 온디바이스에 특화된 AI 반도체 원천기술 확보뿐만 아니라 온디바이스 AI 통합 플랫폼 기술을 개발했다.
네패스의 박연숙 주관 책임자는 "온디바이스용 AI 반도체 시장이 개화되고 있으며 특히 디바이스 단에서 학습이 가능한 AI 반도체는 우리 실생활에서 응용분야가 무궁무진하다"며 "본 사업의 결과물은 온디바이스용 AI 기술의 고도화를 위한 원천적인 기술 확보가 될 것"이라고 말했다.
네패스는 지난 2020년 4월 과기정통부가 주관하는 '차세대 지능형 반도체 기술개발사업'에서 '모바일 자가 학습 가능 재귀 뉴럴 네트워크 프로세서 기술 개발' 과제의 주관기관으로 선정돼 5개년의 연구를 수행 중이다.
이번 연구는 개인 및 보안 데이터의 프라이버시와 사용자 환경의 최적화를 위한 학습 기능을 디바이스 내 탑재하여 경량 준지도 학습(semi-supervised learning) 및 분산 학습을 가능케하는 핵심 기술력 확보를 목표로 진행됐다. 한국전자기술연구소, 충북대학교, 한양대학교, 서울과학기술대학교 등 다수의 기관이 협력해 진행 중이다.
올해 네패스는 사피온, 포항공대, 광주과학기술원(GIST) 등과 과기정통부로부터 440억 규모의 '칩렛 이종 집적 초고성능 인공지능(AI) 반도체 개발' 사업 과제를 수행 중이다.
네패스는 해당 과제를 통해 ▲발열 모델링 및 시뮬레이션을 통한 방열 최적화 아키텍처 개발 ▲전력·발열 분석에 따른 설계 기술을 반영한 아키텍처 개발 ▲10개 이상의 이종 반도체를 집적하는 칩렛 반도체 통합 패키지 기술 등을 개발, 구현할 계획이다.
칩렛은 개별 칩을 이어 붙여 하나의 반도체로 만드는 방식이다. 이를 통해 반도체 제조 공정에서 비용과 수율을 개선할 수 있다. 여기에 네패스는 자사가 보유한 최첨단 후공정 패키징 기술인 FOPLP(Fan-out Panel Level Packaging), nSiP(system in Packaging)를 활용할 계획이다.
대표적인 칩렛 기반 고성능 반도체 개발 사례는 5나노와 6나노 프로세서를 단일 패키지로 제공한 AMD의 4세대 에픽 프로세서와 22개의 프로세서 타일을 붙여 만든 인텔의 사파이어 레피즈 등이 있다.
과제에 참여한 SK의 자회사 사피온은 데이터센터, 엣지 컴퓨터 영역으로 네패스는 고사양 컴퓨팅(High Performance Computing, HPC) 영역의 네패스 고객 대상으로 시장을 확장해 나간다는 방침이다.
네패스 김종헌 반도체기술개발본부 부사장은 "현재, AI 모델 크기나 연산량은 기하급수적으로 증가하고 있으며 이를 위해 연산 처리 코어 개수 증가 및 코어 성능 향상에 대한 요구가 가속화되고 있는 상황"이라며 "반도체 집적도의 한계, 고속처리에 따른 발열 및 기능 저하를 극복할 수 있는 대안으로 '칩렛' 기술 확보에 중점을 두고 있다"고 말했다.
네패스는 이밖에도 산업통사자원부 주관의 ‘FOWLP를 이용한 3D IC 제조를 위한 핵심소재 및 공정기술 개발’ 등 자사가 보유한 첨단 패키징 제조 기술 기반으로 시스템반도체 및 AI 반도체 패키징 핵심 기술 개발을 위한 다양한 국책 과제를 수행하고 있다.