기업(91개), 대학(29개), 연구소(8개)가 참여하는 45개 과제 착수

정부가 인공지능(AI) 반도체로 대표되는 신기술 개발에 나선다. 시스템반도체 상용화, 미세화 한계 극복 원자단위 공정·장비, 전력소모 감소·고성능 구현 미래소자, AI반도체 설계 등이 핵심 기술로 거론된다.

3일 산업통상자원부(이하 산업부)는 '차세대 지능형 반도체 기술개발 사업'을 위한 45개 과제 수행기관을 선정했다.

‘차세대 지능형 반도체 기술개발 사업’은 차세대 반도체 시장을 좌우할 고성능, 저전력의 반도체 핵심기술 개발을 통해 반도체 생태계의 균형 발전 및 미래 산업 경쟁력을 확보하는 사업이다.

이를 위해 산업부는 올해부터 2026년까지 5216억원, 과기정통부는 2029년까지 4880억원 등 총 1조 96억원을 투입한다.

초저전력 경량 엣지 AI반도체는 지능형 CCTV 등 재난‧사고 모니터링 디바이스에 활용된다./출처=산업통상자원부

산업부는 2020년 467억원 등 향후 7년간 민관합동으로 5216억원(국비 4277억원)을 투입할 계획이다. AI반도체 상용화 등 시스템반도체 기술개발과 반도체 제조 경쟁력 강화를 위해 10나노 이하의 미세공정용 장비·부품 개발을 위한 과제가 핵심 내용이다.

차세대 지능형 반도체 시장, 고성능 저전력 기술이 핵심... 5대 전략 분야 수요와 연계

AI반도체란 인공지능의 연산 성능 고속화와 소비전력 효율을 최적화시킨 반도체로 시스템반도체의 일종(subset)이다. 

AI반도체는 초기 클라우드 서버, 딥러닝 등 학습용에서 모바일, 자율차 등 엣지 디바이스 및 추론용으로 발전하고 있다. 아키텍처 구조 및 활용범위에 따라 CPU, GPU 등 기본반도체와 FPGA, ASIC 등 AI 가속기(NPU)부터 뉴로모픽 반도체까지 다양한 유형을 포괄한다.

시스템   구현목적 학습용 추론용
  서비스  플랫폼 서버용 엣지 디바이스용
기술구현 방식 시스템반도체
기본 반도체 AI 반도체
CPU / GPU NPU (신경망 처리장치 : Neural Processing Unit) 뉴로모픽 반도체
(NeuroMorphic Chip)
  FPGA / ASIC / ASSP  
특징 유연성이 높으나 AI 연산성능과 소비 전력 효율이 낮음 AI 연산성능과 소비전력 효율이 높지만 가격이 비싸고 유연성이 떨어짐 인간의 뇌를 모방한 非폰노이만 방식의 반도체
제품 Intel, nVidia Xilinx, Google, Intel IBM TrueNorth

올해 정부의 기술개발과제 지원내역은 시스템반도체(AI반도체 포함) 설계 27개 과제(270억원), 반도체 제조공정 18개 과제(174억원) 등 총 45개 과제다.

AI반도체를 포함한 시스템반도체는 수요맞춤형 다품종 소량생산을 주요 특징으로 한다. 미래차, 바이오, 사물인터넷(IoT)가전, 로봇, 공공(에너지 포함) 등 5대 전략 분야에서 발굴된 수요와 연계한 기술개발 중심으로 과제가 기획됐다.

첫째, 미래차용 AI반도체는 자동차 산업의 디지털화 핵심 요소인 자율주행차량에 탑재될 AI 반도체 등 미래차용 시스템반도체 기술개발 과제다.

올해는 자율주행차량용 ①주행 보조AI 반도체(NPU, Neural Processing Unit) ②차량간 안전거리 확보 등 안전운행 지원 칩 등 10개 과제에 93억원을 지원한다. NPU란 인간 뇌의 신경망을 모방해 대규모 연산을 병렬 처리하는 반도체를 뜻한다.

둘째, IoT가전용 AI반도체는 최근 코로나19 유행에 따라 시장이 확대되고 있는 홈이코노미와 연관된 IoT가전용 AI반도체 등 시스템반도체 기술개발 과제다.

올해는 ①초저전력 경량 엣지 디바이스용 AI 반도체 ②음성 인식 작동지원 스마트가전용 칩 등 8개 과제에 92억원을 지원한다.

셋째, 바이오용 시스템반도체는 포스트코로나 대응을 위한 디지털 방역인 가정용 자가진단 키트에 적용 가능한 시스템반도체 기술개발 과제다.

세부 과제로 ①혈액채취 없이 소아당뇨 감지가능 반도체 ②맥파 측정용 영상처리 칩 등 4개 과제에 34억원을 지원한다.

넷째, 로봇용 시스템반도체는 로봇 탑재용 반도체로 거리인지 및 자동 모터 제어 등 기계적 제어를 자동화하는 기술개발 과제다.

세부 과제로 ①위치센서를 활용한 로봇 팔 제어 모터용 반도체, ②물류 이송 로봇용 거리 감지 반도체 등 2개 과제에 20억원을 지원한다.

다섯째, 공공용(에너지 포함) 시스템반도체는 국민의 안전, 삶의 질 향상을 위해 공공수요와 연계한 기술개발 과제다.

올해는 ①5G 기반 전자발찌용 반도체 ②지하 매설시설의 가스 누수 감지 칩 등 3개 과제에 33억원을 지원한다.

미래차, IoT, 바이오, 로봇, 공공 등 5대 전략 분야로 시스템반도체 수요 확대

한편 차세대지능형반도체 첨단 제조기술은 고성능‧저전력이 핵심요소로 이를 구현하기 위한 경쟁력의 핵심인 공정 미세화(10나노급)를 위한 미세공정용 장비·부품 기술을 개발하는 과제다.

대표적으로 ①원자 레벨 식각 장비 및 자동 검사 기술, ②중성자를 활용한 소프트 에러 검출기술 등 18개 과제에 174억원을 지원한다.

산업부는 사업 종료시점에 미래차, IoT, 바이오, 로봇, 공공 등 5대 전략분야를 중심으로 전방위적인 시스템반도체 수요처 확보, 다양한 수요맞춤형 시스템반도체 개발을 통해 팹리스 경쟁력이 강화될 것으로 내다봤다.

또 AI 반도체 등 차세대반도체 핵심경쟁력인 고성능‧저전력 특성을 달성하기 위한 세계 최고 수준의 10나노 이하 공정 장비와 3D 패키지 기술 등의 확보로 반도체 산업 전반의 경쟁력을 뒷받침할 것으로 기대했다.

산업부는 분야간 연계 사업 추진을 위해 단일 사업단도 운영한다.

개발된 기술이 최종 사업화 성과로 이어질 수 있도록 자동차, IoT가전, 바이오, 에너지, 로봇 분야 반도체 수요기업과 설계전문기업(팹리스)이 참여하는 협력 플랫폼인 얼라이언스 2.0을 강화할 계획이다.

또 대기업의 양산라인 등을 활용한 중소기업의 소재·장비를 검증하는 성능평가 사업과도 연계를 강화할 예정이다.

산업부 성윤모 장관은 “시스템반도체는 우리 미래 먹거리를 책임질 3대 신산업(Big3) 중 하나"라며 "시스템반도체의 일종인 AI반도체는 고성능·저전력이 핵심 경쟁요소로 정부 뿐만 아니라 산·학·연이 함께 힘을 모아야 할 시기”라고 전했다.

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