카메라 센서 안에서 바로 보고 판단…KAIST, 차세대 AI반도체 개발

[이데일리 강민구 기자] 한국과학기술원(KAIST) 연구진이 센서·연산·메모리를 하나로 통합하는 초저전력 반도체 핵심 기술을 선보였다.

KAIST는 전상훈 전기전자공학부 교수 연구팀이 지난 8일부터 10일까지 미국 샌프란시스코에서 열린 반도체 학회 ‘국제전자소자학회(IEEE IEDM 2025)’에서 총 6편의 논문을 발표했다고 31일 밝혔다.

(왼쪽부터)전상훈 KAIST 교수, 김승엽 박사과정, 조홍래 박사후연구원, 이상호 박사과정, 정태승 박사과정, 박선재 석사과정.(사진=KAIST)

연구팀의 논문은 하이라이트 논문과 최우수 학생 논문으로도 동시에 선정됐다. 하이라이트 논문으로 선정된 M3D 집적 신경모방 시각 센서 연구는 사람의 눈과 뇌를 하나의 칩 안에 쌓아 올린 반도체다. 이를 통해 연구팀은 카메라 센서 안에서 바로 보고 동시에 판단하는 AI 연산 기술이 동시에 이뤄지는 ‘인-센서 스파이킹 컨볼루션(In-Sensor Spiking Convolution)’ 플랫폼을 만들었다.

기존에는 이미지를 찍고(센서), 숫자로 바꾼 뒤(ADC), 메모리에 저장하고(DRAM), 다시 연산하는(CNN) 여러 단계를 거쳐야 했다. 이번 기술은 센서 안에서 바로 연산이 이뤄져 불필요한 데이터 이동을 없앴다. 그 결과 전력 소모는 줄이고, 반응 속도는 높여 실시간·초저전력 엣지 AI 구현이 가능해졌다.

AI가 생성한 연구 개념도 자료.(자료=KAIST)

연구팀은 학회에서 이러한 접근을 바탕으로 AI 반도체의 입력부터 저장까지 전 계층을 아우르는 6가지 핵심 기술도 제시했다. 기존 반도체 공정을 그대로 쓰면서도 전기를 훨씬 덜 쓰는 뇌처럼 작동하는 뉴로모픽 반도체와 AI에 최적화된 차세대 메모리를 동시에 제시했다.

센서 쪽에서는, 이미지를 찍는 부품과 계산하는 부품을 따로 두지 않고 센서 단계에서 바로 판단이 이뤄지도록 설계했다. 사진을 찍어 다른 칩으로 보내 계산하던 기존 방식보다 전력 소모는 줄고 반응 속도는 빨라졌다.

또한 메모리 분야에서는, 같은 재료를 활용해 더 낮은 전압으로 동작하면서도 오래 쓰고, 전원이 꺼져도 데이터를 안정적으로 저장할 수 있는 차세대 낸드 플래시를 구현했다.

전상훈 교수는 “센서·연산·저장을 각각 따로 설계하던 기존 AI 반도체 구조에서 벗어나, 전 계층을 하나의 재료와 공정 체계로 통합할 수 있음을 실증했다”며 “앞으로 초저전력 엣지 AI부터 대규모 AI 메모리까지 아우르는 차세대 AI 반도체 플랫폼으로 확장해 나가겠다”고 전했다.