인공지능 반도체 선도국가 도약 지원사업 본격 착수

인공지능 반도체 선도국가 도약 지원사업 본격 착수

 

작성일 2021-01-12 부서 인공지능산업팀, 원천기술과

인공지능 반도체 선도국가 도약 지원사업 본격 착수


- 핵심기술 개발, 혁신기업 육성, 산업기반 조성 등 3대 분야 13개 지원사업에 지난해보다 약 75% 증가한 1,253억원 투자

- 인공지능 반도체 개발 4건, 국산화 실증 2건, 전문인력 270명 양성 목표

□ 과학기술정보통신부(장관 최기영, 이하 ‘과기정통부’)는 지난해 10월 발표된 관계부처 합동 『인공지능 반도체 발전전략』의 후속조치로 인공지능 반도체 선도국가 도약을 위한 13개 지원사업에 지난해(9개 사업, 718억원) 보다 약 75% 증가한 총 1,253억원을 투자하는 것으로 확정하고, 사업공모 등 본격적으로 사업을 추진한다고 밝혔다.

1. 추진배경과 전체사업 구조

□ 인공지능 반도체(NPU: Neural Processing Unit)는 학습·추론 등 인공지능 구현에 특화된 고성능·저전력 시스템반도체로 모바일·자동차·가전 등 다양한 산업분야와 융합해 새로운 시장을 창출할 것으로 전망되며 디지털 댐 등 디지털 뉴딜의 핵심 인프라이다.

□ 이에 정부는 아직 초기단계인 인공지능 반도체 세계시장 선점을 위해 2030년 세계 시장의 20%를 점유하여 ‘제2의 DRAM’으로 육성하는 것을 목표로 지난해부터 관계부처 합동 중장기 발전전략 수립 등 적극적인 정책적 노력을 기울이고 있다.
ㅇ 올해 지원사업은 △ 핵심기술 개발(R&D) 지원, △ 혁신기업 육성, △ 산업기반 조성 등 3대 분야 13개 사업으로 구성되어 있으며,

ㅇ 미래 반도체 패러다임을 바꿀 수 있는 신개념 PIM 반도체 개발을 비롯하여 소프트웨어 역량 강화, 국산 반도체 실증 지원, 혁신기업 육성 등 4개 사업이 새롭게 추진된다.

< 전체 사업 구조도 >

< 연도별 예산규모 추이 > < 분야별 투자규모 >

2. 분야별 주요 추진내용

➀ 핵심기술 개발

□ 인공지능 반도체 기업의 성장 단계별로 필요한 원천기술 개발 → 상용화 응용기술 개발 → 실증 등 전주기적 R&D를 지원한다.

? 원천기술 개발

□ (NPU) 세계 최고 수준의 인공지능 반도체 기술 확보를 목표로 지난해 착수하여 향후 10년간 1조원 규모를 투자하는 대규모 R&D 사업 관련, 설계·소자·공정기술 혁신을 지속지원하고 뇌 신경모사 신소자 기술 개발 등 19개 과제를 신규 지원한다.
* 차세대 지능형 반도체 기술개발(’20∼’29) : 1조 96억원(과기정통부 4,880억원, 산업부 5,216억원)
* (’20) 37개 과제, 364억원 → (’21) 56개 과제 586억원

□ (PIM) 세계 1위 메모리 반도체 역량을 활용하여 저장(메모리)과 연산(프로세서)을 통합한 신개념 PIM(Processing In Memory) 반도체 기술을 선점하기 위한 R&D 사업도 단계적으로 추진된다.

ㅇ (1단계) 1단계로 우선 초기시장 선점을 위한 선도 사업으로 국내 상용·주력 공정(DRAM, 임베디드 메모리)과 연계하여 상용화 가능성이 높은 PIM 반도체 선도기술 개발이 신설된다.
* (신규) 신개념 PIM 반도체 선도기술 개발 : ‘21년 5개 과제 115억원

ㅇ (2단계) 2단계로 초격차 기술력 확보를 위해 차세대 메모리 신소자 공정(PRAM, MRAM 등) 기반 PIM 개발 등 1조원 규모의 범부처 중장기 예타 사업을 기획·추진한다.

? 상용화 응용기술 개발

□ (응용기술 개발) 팹리스 기업(설계 전문기업)이 제품을 조기에 상용화할 수 있도록 연구소와 대학이 보유한 R&D 원천기술(특허 등)에 대한 기술이전, 인력지원 등 산·학·연 협력 응용기술 개발 지원도 확대된다.
* 인공지능 반도체 응용기술 개발 : ’20년 2개 과제 19억원 → ’21년 7개 과제 71억원

□ (SW 기술) 국내 기업이 취약한 소프트웨어(SW) 분야 역량 강화를 위한 시스템 SW(컴파일러, 라이브러리 등) 고도화, 설계도구 개발 등의 지원사업도 새롭게 추진한다.
* (신규) 인공지능 반도체 SW 핵심기술 개발 : ‘21년 5개 과제, 75억원

? 국산 반도체 실증 지원

□ 국내에서 개발된 인공지능 반도체 기술·제품을 △ 공공·민간데이터 센터, △ 디지털 뉴딜 프로젝트(AI+X, 5G 융합서비스, 헬스케어 등) 등에 시범도입하여 초기시장 수요 창출을 지원하는 실증사업도 신규로 추진된다.
* (신규) 인공지능 반도체 실증 지원 : ’21년 2개 과제 28억원

➁ 혁신기업 육성

□ 인공지능 반도체 시장을 선도할 혁신기업을 육성하기 위해 8개 스타트업, 중소·벤처 팹리스 기업을 선발하여 미세공정 전환, 신규 설계자산(IP) 개발·활용, SW 최적화 등 맞춤형 집중 지원을 통해 기술애로를 해소하는 사업이 신설된다.
* (신규) 인공지능 반도체 혁신기업 집중 육성 : ’21년 8개 과제 55억원

□ 또한, 초기 팹리스 기업을 대상으로 고가(高價)의 설계 도구를 공동으로 활용할 수 있도록 지원하는 사업의 지원 설계도구를 단계적으로 확대하고 전문교육도 실시할 계획이다.
➂ 산업기반 조성

□ 인공지능 기술·산업 발전을 위한 기반 조성을 위해 인공지능 반도체 설계인력 등 고급인력을 양성하기 위한 사업도 지속 추진된다.

ㅇ 대학 내에 인공지능/시스템반도체 연구인력 양성 전문센터 3개소를 추가 설치*하여 원천기술 개발이 가능한 석·박사급 고급인재를 양성하고,
* 시스템반도체 융합전문인력 양성센터: ’20년 3개 → ’21년 2개 추가, 인공지능 반도체 분야 대학ICT연구센터(ITRC): ’20년 2개 → ’21년 1개 추가(잠정)

ㅇ 해외 거주중인 박사학위자 등 최고급 인재 국내유치, 인공지능 대학원(’21년 10개)에 ‘인공지능 반도체 관련 과목’ 개설도 추진된다.

□ 아울러, 대학생·예비창업자 등의 창의적 아이디어 구현 및 인공지능 반도체 분야로의 인력 유입을 촉진하기 위한 ‘인공지능 반도체 설계 경진 대회’도 지속 추진된다.

3. 기대효과 및 향후 계획

□ 과기정통부는 이번에 추진되는 대규모 사업들의 체계적인 사업관리와 성과 고도화를 위해 지난해 출범한 ‘차세대지능형반도체사업단’ 및 산·학·연 전문가로 구성된 ’인공지능반도체 포럼‘ 등과 지속적으로 소통·협업하여,

ㅇ 전문적인 사업·기술 컨설팅 등을 통해 글로벌 기술·시장을 고려한 유연한 사업 목표 및 추진내용을 점검하고 발전시킬 계획이다.

ㅇ 아울러, 사업 성과물이 공유·확산될 수 있도록 성과 발표 및 투자 상담회, 기술이전·활용 지원, 수요기업과의 연계 등도 추진할 계획이다.

ㅇ 또한, 인공지능 반도체를 중심으로 설계기업-파운드리-수요기업간 연대와 협력을 제고하고, 기술·산업 생태계 발전에 필요한 정책과제들을 지속 발굴·지원해 나갈 계획이다.

□ 이러한 주요 사업들의 성공적인 추진을 통해 지난해 있었던 인공지능 반도체 국내 최초 개발 등의 초기 성과*에 이어,

* ETRI : 고성능 서버, IoT 디바이스 등에 적용 가능한 인공지능 반도체 개발(‘20.4)
SKT : 데이터센터 등 고성능 서버에 활용 가능한 인공지능 반도체 개발·출시(‘20.11)

ㅇ 올해는 인공지능 반도체 4건 추가 개발, 2건 상용화 지원·실증, 전문인력 270명 양성 등 보다 가시적인 성과가 창출될 것으로 기대된다.

□ 최기영 과기정통부 장관은 “지난해는 범부처 중장기 발전전략 수립, 핵심기술 개발 R&D 기획·착수 등을 통해 인공지능 반도체 산업의 획기적 발전을 위한 기틀을 마련하는데 주력한 한 해”였다고 평가하며,

ㅇ “올해는 대형 R&D 및 혁신기업 육성, 인력 양성 프로젝트, 디지털 뉴딜과 연계한 초기시장 창출 등 지난해 마련된 제반정책을 차질없이 본격적으로 시행해,

ㅇ 우리나라가 메모리반도체 뿐만 아니라 인공지능 반도체 분야에서도 선도국가가 되게 하여 2030년 종합 반도체 강국을 실현하겠다”고 밝혔다.

붙임 1. 2021년 인공지능 반도체 관련 예산 현황
2. 2020년 사업 주요 실적
3. 2021년 신규사업 개요. 끝.


붙임 1 2021년 인공지능 반도체 관련 예산 현황

구분 사업명 예산(억원) 공고
‘20년 ‘21년
핵심기술 개발 차세대지능형반도체기술개발(설계) 244.5 246.3 -
차세대지능형반도체기술개발(소자) 120 339.8 ‘21.1월 예정
혁신성장연계 지능형반도체 150 150 -
선도기술개발
ICT융합산업혁신기술개발(지능형반도체) 83.6 29 -
신개념 PIM 반도체 선도기술 개발 - 115.3 ‘20.12.18
(신규) ∼’21.2.1
http:// www.iitp.kr
SW컴퓨팅산업원천기술개발 - 75 ‘20.12.18
(내역 : 인공지능 반도체 SW 핵심기술 개발) (신규) ∼’21.2.1
http:// www.iitp.kr
(과제 : 인공지능 시스템을 위한 뉴로모픽 컴퓨팅 SW 플랫폼 개발) 29 30 -
인공지능반도체응용기술개발 18.5 70.8 ‘20.12.18
∼’21.2.1
http:// www.iitp.kr
인공지능반도체 실증지원 - 27.5 ‘21.2월
(신규) 예정
혁신기업 육성 인공지능반도체 혁신기업 집중육성 - 55.2 ‘21.2월
(신규) 예정
AI 반도체 클러스터(설계도구 공동 활용) 24 21.7 -
핵심기반조성 시스템반도체융합전문인력양성 36 72 ‘21.1월
예정
대학ICT연구센터육성지원 12 20 ‘21.3월
(인공지능 반도체 분야) (잠정) 예정
합 계 717.6 1,252.60
※ 산업부·중기부 등은 시스템반도체(인공지능 반도체 포함) 육성 관련 별도사업 추진 중
붙임 2 2020년 사업 주요 실적

□ (독자기술 확보) 혁신적 설계, 저전력 신소자 기술 등 세계적 수준의 국내 인공지능 반도체 기술력 확보를 위한 대형 R&D 착수(‘20.4~)

< 차세대 지능형반도체 기술개발 사업 주요내용(예타, 총 1조 96억원) >

‣ 과기정통부 4,880억원(‘21년 586억원), 산업부 5,216억원(‘21년 637억원)

- (설계) 서버·모바일·엣지·공통 분야별 인공지능 프로세서, 초고속 인터페이스 등

- (소자) 신소자 원천 기술 및 집적·검증 기술, 신개념 소자 기초기술, 뉴로모픽 신소자 기술 등

ㅇ 국가 R&D를 통한 출연연·기업 협력(ETRI·SKT)으로 데이터센터용 인공지능 반도체 국내 최초 개발*(’20.4) 등 연구성과 가시화

* 성능 : 초당 40조번 처리(40TFLOPS)/15~40W → 기존 대비 전력효율 10배 이상 향상 기대

※ SKT : 고성능 서버에 활용 가능한 인공지능 반도체 개발·출시(‘20.11, 100TOPS/60W)

□ (중·장기 전략) 민간의 혁신역량과 정부의 전략적 지원으로 글로벌선도국가 도약을 위한 ‘인공지능 반도체 산업 발전전략’ 수립(’20.10)

< 인공지능 반도체 산업 발전전략 개요 >

□ 인공지능 반도체 육성 정책목표
구 분 2026년 2030년

글로벌 시장 점유율 10% 20%
인공지능 반도체 혁신기업 10개 20개
인공지능 반도체 고급인재 1,000명(’24) 3,000명

□ 추진전략
전략1 : (퍼스트무버형) 혁신 기술·인재 육성 전략2 : (혁신성장형) 산업 생태계 활성화
? 대형 국가 R&D 프로젝트를 마중물로 세계 최고 기술력에 도전 ? 민간·공공 분야의 초기수요 창출
? 초기 레퍼런스 확보, 기술애로 지원 등 기업의 기술·사업화 장벽 해소 ? 연대·협력의 밸류체인* 구축
* IP기업-팹리스-디자인하우스-파운드리
? 인공지능 반도체 시장을 선도할 차세대 전문인재 양성 ? 대규모 자금지원, 팹리스 지원체계 구축 등 기업 성장 인프라 강화

붙임 3 2021년 신규사업 개요

➀ 신개념 PIM 반도체 기술개발

□ 목적

ㅇ 연산(프로세서)과 저장(메모리) 기능으로 분리된 전형적 반도체 구조를 통합하는 PIM* 반도체 기술이 미래 컴퓨팅 패러다임으로 대두

* Processing-In-Memory : CPU 중심 컴퓨팅을 뇌 구조와 같은 메모리 중심 컴퓨팅으로 바꾸는 반도체(현재의 메모리-프로세서의 속도효율 저하, 전력증가 문제 해결 기대)

⇨ 세계 1위 메모리 반도체 역량을 기반으로 신개념 PIM 반도체를 선제적으로 개발하여 글로벌 기술 주도권 확보 필요

□ 주요내용

ㅇ (지원 대상) 인공지능 반도체 분야 기술력을 보유한 국내 팹리스‧학‧연 등으로 구성된 컨소시엄

* ‘21년 : 4개 과제 선정(일부 경쟁형), 과제 당 최대 20억원 지원

ㅇ (지원 내용) DRAM 기반 고성능 PIM 제품, 파운드리 서비스 활용이 가능한 임베디드 메모리 기반 저전력 PIM 제품 개발

< 신개념 PIM 반도체 선도기술개발 지원 내용 >

현 재 주요 과제
메모리-프로세서 칩간 와이어를 통해 데이터 이동(속도↓, 전력↑) ⇨ ➊ 메모리 공정
【DRAM 기반】
➋ 로직 공정
【eFlash 기반】
❸ 시스템 SW
➁ 인공지능 반도체 SW 핵심기술 개발

□ 목적

ㅇ 인공지능 반도체 활용·확산을 위해서는 칩의 성능을 최대로 끌어내고, 사용자가 쉽게 활용할 수 있도록 지원하는 SW*의 성능이 중요

* 칩의 특징에 맞는 컴파일러, 런타임 라이브러리, API 등의 기본적인 시스템 SW와 인공지능 반도체에 최적화된 학습 프레임워크 등

< 인공지능 반도체에서 SW의 중요성 >

▪ 엔비디아는 GPU의 범용적 활용을 위해 칩에 최적화된 SW 플랫폼 “CUDA” 제공 → GPU 생태계 조성 및 시장 지배력 강화의 핵심

⇨ 인공지능 반도체 활용·확산 및 상용화 촉진을 위해서는 칩의 성능을 극대화하고 이용자가 쉽게 활용할 수 있도록 시스템 SW 역량 강화 필요

□ 주요내용

ㅇ (지원 대상) 인공지능 반도체 분야 기술력을 보유한 국내 팹리스‧학‧연 등으로 구성된 컨소시엄

* ‘21년 : 5개 과제 선정, 과제 당 최대 20억원 지원

ㅇ (개발 방향) 인공지능 반도체 관련 SW 스택 중 핵심 부분(컴파일러 등)을 중심으로 ①성능 최적화를 위한 고도화 및 ②핵심 기반기술 개발(‘21년 5개 과제)


➊ (칩 특화지원) 민·관에서 개발 중인 인공지능 반도체의 성능 최적화*를 위한 시스템SW(컴파일러, 라이브러리 등) 고도화 지원(2개 과제)

* 《서버》 고성능 + 다양한 서비스 접목(유연성), 《모바일·엣지》 초저전력 구현 등

➋ (기반기술) 서버-엣지 간 협업 기반 응용서비스 개발이 가능한 SW 프레임워크, 인공지능 반도체 최적화 인공신경망 자동생성 기술(3개 과제)

- 인공지능 반도체 설계(고집적·저전력)에 최적화된 ‘설계 SW’ 원천기술 확보


➂ 인공지능반도체 혁신기업 집중육성

□ 목적

ㅇ 인공지능‧데이터 생태계의 핵심기반인 인공지능 반도체 시장에 도전하는 유망기업(팹리스, IP기업 등)의 연구개발 및 기술 사업화에 대한 맞춤형 집중 지원을 통해 ‘인공지능 반도체 혁신기업’ 육성




□ 주요내용

ㅇ (지원 대상) 독자적 기술력(IP) 또는 성장 잠재력을 보유한 유망기업을 발굴하여 성장단계별 맞춤형 지원(‘21년 8개 기업)


➊ 초기성장 지원형 : 팹리스 스타트업(‘21년 3개社, 기업당 3.7억원 내외)
➋ 혁신성장 집중지원형 : 스케일업 및 글로벌 유망 기업(‘21년 5개社, 기업당 8.4억원 내외)

ㅇ (지원 내용) 첨단 인공지능 반도체 기술개발 과정에서 직면하는 미세공정 전환, 신규 IP 개발·활용, SW 최적화 등 기술애로 특화 지원

< 맞춤형 기술지원 프로그램(예시) >
미세공정 전환 10~14나노 이하 미세공정 파운드리 활용 ⇨ 칩 집적도 향상
IP·SW 고도화 독자 기술·IP 스케일업, 인공지능 최적화 컴파일러·라이브러리 개발 등
추가 IP 활용 최신 고속 메모리 인터페이스 도입 ⇨ 칩 성능·전력효율 향상
➃ 인공지능 반도체 실증지원

□ 목적

ㅇ 인공지능‧데이터 생태계의 핵심기반인 인공지능 반도체 산업 육성을 위해 국내 기술로 개발한 인공지능 반도체의 활용‧확산을 위한 기술실증 지원

* 서버용 인공지능 반도체는 대부분 외산 제품에(GPU)에 의존 중이며, 국산 인공지능 반도체는 제품 개발․실증 비용 부담, 시장기회 부족(레퍼런스 확보) 등 진입장벽 존재

□ 주요내용

ㅇ (지원 대상) 인공지능 반도체 분야 기술 보유 기관 및 데이터센터 운영기관, 인공지능 서비스 제공기관 등 컨소시엄 구성
* ’21년 : 2개 과제 선정, 과제 당 최대 11억원 지원

ㅇ (지원 내용) 국산 인공지능 반도체를 활용한 고성능 서버 제작, 다양한 인공지능 SW 운용, 데이터센터 환경에서 실증 및 성능검증 등 지원

- (검증대상) 민·관에서 연구 개발한 서버용 인공지능 반도체

- (검증항목) 데이터센터 환경에서의 칩 성능·신뢰성·안정성 등 검증

※ 실증이 완료된 인공지능 반도체는 민·관의 인공지능 인프라에 적용 추진

< 서버용 인공지능 반도체 실증지원 체계(안) >