초록 ▼

□ 연구개요
기존 경량화 딥러닝 추론 엔진에 관한 연구는 1) 간단한 데이터 세트와 단일 인공신경망을 국한적으로 지원하거나 2) Activation Sparsity를 이용한 연산량 저감에 집중되어 있음. 딥러닝 추론 엔진의 초경량화를 위해서는 소모 에너지 중 압도적 비중을 차지하는 데이터 이동을 획기적으로 줄이는 인-메모리-프로세싱 구조를 개발하는 것이 반드시 필요함.

□ 연구 목표대비 연구결과
연구목표: 인공지능의 비약적인 발전과 더불어 메모리와 비메모리로 구분되던 반도체 업계에 인공신경망 가속기라는 새로운

□ 연구개요
기존 경량화 딥러닝 추론 엔진에 관한 연구는 1) 간단한 데이터 세트와 단일 인공신경망을 국한적으로 지원하거나 2) Activation Sparsity를 이용한 연산량 저감에 집중되어 있음. 딥러닝 추론 엔진의 초경량화를 위해서는 소모 에너지 중 압도적 비중을 차지하는 데이터 이동을 획기적으로 줄이는 인-메모리-프로세싱 구조를 개발하는 것이 반드시 필요함.

□ 연구 목표대비 연구결과
연구목표: 인공지능의 비약적인 발전과 더불어 메모리와 비메모리로 구분되던 반도체 업계에 인공신경망 가속기라는 새로운 형태의 반도체가 등장함. 향후 인공지능 플랫폼의 확장성을 위해 에지 디바이스에 활용 가능한 초경량화된 형태의 딥러닝 엔진에 대한 필요성이 점차 증가할 것으로 예상됨. 본 연구에서는 기존 폰 노이만 컴퓨터 구조를 벗어난 메모리 내부 (어레이 & 주변회로)에서 딥러닝 연산이 수행되는 온-칩인-메모리-컴퓨팅 기법을 개발하고자 함.
연구결과: 2개 이하의 WL을 활성화하여 SRAM 내부에서 기본적인 Boolean Function이 가능하도록 구현하였으며, 메모리 주변 회로부에 Shift & ADD 기능을 탑재하여 곱셈 연산까지 지원하도록 설계함. 해당 기술은 공동으로 국내 특허 출원을 완료하였으며, Top-tier Conference 중 하나인 Design Automation Conference (DAC)에 2020년 발표됨. 또한 기존 인-메모리-컴퓨팅 방식이 공통으로 갖는 문제점 (비트셀 변형 및 다중 비트셀 엑세스로 인한 동작 안정도 저하)을 고려하여, 딥러닝 가속기 도메인에 특화된 임베디드 메모리 설계 기법을 2가지 제안하였음. 딥러닝 학습에 필요한 양방향 데이터 엑세스의 하드웨어 비용을 절감하기 위하여 Transposable SRAM을 개발하였으며, 순차적 메모리 엑세스 패턴을 갖는 알고리즘에 대하여 SRAM의 비트라인 스위칭 전력을 줄일 수 있는 Burst SRAM을 개발하였음. 해당 연구 결과는 TCAS-I에 논문 투고 (심사중) 중에 있으며 칩 레벨의 검증을 위한 후속 작업도 진행 중임.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
본 연구에서 개발된 Transposable SRAM 설계 기법은 양방향 배럴 쉬프터 기반의 Transposable 메모리 설계에 대한 구체적 내용 및 구동 방법을 매우 상세히 정립하였음. 또한 양방향 메모리 엑세스가 가능한 특징은 현재의 딥러닝 알고리즘 뿐 아니라 차세대 뉴로모픽 프로세싱 알고리즘에도 활용 가능성이 클 것이라 예상됨. 순차적 메모리 엑세스 패턴을 갖는 알고리즘에 대하여 메모리 소모전력을 최소화하는 Burst SRAM은 딥러닝 가속기 및 다양한 DSP IP에 활용되어 소모전력을 획기적으로 줄일 수 있는 기법임. SRAM 소모전력에서 가장 큰 비중을 차지하는 BL 스위칭의 횟수를 줄여 저전력 동작이 가능하게 함.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구의 필요성 ... 4
• 나. 연구 목표 ... 4
• 다. 연구 내용 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 7
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 8
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 8
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 13
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• 붙임2 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 20
• 끝페이지 ... 28