네이버와 삼성전자가 AI 반도체 개발을 위해 MOU를 체결했습니다. 그리고 1년 후, 기술 성과를 공개했는데요. 이들이 공개한 AI 반도체는 LLM(대규모언어모델)을 구동했을 때 경쟁사의 AI 반도체보다 더 빠르게 데이터를 처리하는 것에 집중했다고 합니다. 그리고 이들이 선택한 반도체는 ‘FPGA’로, 프로그램이 가능한 비메모리 반도체의 일종이며 전력 효율을 높이기 최적화 된 반도체입니다. 그래서 이번 포스팅에서는 CPU, GPU보다 생소한 FPGA가 무엇인지, 어떤 장점을 가지고 있기에 삼성과 네이버가 AI 반도체로 선택했는지에 대해 알아보려고 합니다.

FPGA란?

FPGA는 ‘Field Programmable Gate Array’의 약자로 ‘프로그래밍’이 가능한 비메모리 반도체의 일종입니다. 한 번 회로를 설계하면 변경이 불가능하거나 변경을 하더라도 제한적인 일반 반도체와는 달리 FPGA는 논리 회로, 반도체 회로를 프로그램처럼 썼다 지웠다 할 수 있으며 특정 기능을 빠르고, 효과적으로 처리하는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)의 장점과 우수한 범용성으로 다양한 프로그램을 돌릴 수 있는 CPU, GPU의 장점을 모두 가지고 있다는 것이 특징입니다.

CPU, GPU에 비해 FPGA는 아직 잘 알려지지 않았는데요. 그 이유는 FPGA의 경우 ASIC을 만들기 이전에 설계했던 회로가 정상적으로 동작하는지 검증하기 위한 도구로써 사용되고 있었기 때문입니다. ASIC은 제조 비용이 워낙 높기 때문에 대량으로 생산하기 어려웠지만 제대로 동작하고 있는지 검증은 반드시 필요했습니다. 때문에 ASIC 제조 전, FPGA는 한시적으로 검증을 위해 사용되어 왔었고 CPU, GPU보다 한정적인 산업 분야에서만 사용하고 있었기 때문에 아직 많이 알려지지 않았죠.

하지만 일상 속에서 컴퓨터를 사용하는 범위가 확장되면서 사용자들은 더 많은 곳에서 더 효율적인 컴퓨팅 자원을 사용하고 싶어했고, ASIC을 사용하기에는 효율성은 좋지만 ‘다양한 목적’, ‘다양한 응용력’이라는 니즈를 만족시키기는 어려웠습니다. 게다가 CPU와 GPU는 범용성을 가지고 있지만 효과적인 연산 처리가 어려웠기 때문에 여러 프로그램을 돌릴 수 있는 범용성을 보유하면서 빠르고, 효율적인 처리가 가능한 FPGA가 주목받기 시작한 것입니다.

지금 가장 떠오르는 반도체, ‘FPGA’

이러한 이유로 주목받기 시작한 FPGA는 현재 아마존 웹서비스(AWS), 마이크로소프트 애저(MS Azure)를 포함한 모든 클라우드 기업들이 컴퓨팅 인스턴스로 제공하기 시작했으며, 인텔은 알테라(Altera Corporation), AMD는 자일링스(Xillinx)와 같은 세계 1, 2위 FPGA 제조사를 인수했고 분기 최대 매출을 기록했다고 발표했으며 최근에는 삼성과 네이버의 AI 반도체로 낙점되어 많은 사람들에게 알려지고 있죠.

하지만 반도체를 설계하는 사람의 입장에서는 이처럼 FPGA가 주목받기 시작한 이후 살짝 아쉬운(?)부분이 있다고 하는데요. 설계자는 FPGA속에 더 많은 기능, 빠른 기능을 추가하면서 사용자에게 더 나은 제품을 제공하고 싶지만 대량으로 생산되는 기성 제품이 되면 안에 놓을 수 있는 회로의 크기, 동작 속도와 같은 부분에 제한이 많아져 아쉬움이 남는다고 합니다. 하지만 CPU, GPU도 시간이 흐르면서 ‘차세대’라는 이름으로 기능이 더욱 업그레이드 되고 있기 때문에 FPGA도 이와 같은 루트를 겪을 것으로 기대하고 있습니다.

‘탑(Top)’ FPGA 반도체 설계 전문가만 모인 기업 블루닷

블루닷은 동영상 솔루션을 반도체 IP로 설계합니다. 특히 자체 제작한 AI를 FPGA로 구동해 실시간 수준의 빠른 처리 속도를 자랑하는데요. 엄청난 연산량으로 실시간 처리가 거의 불가능한 동영상 AI를 FPGA 전문가들이 모여 IP로 설계해 우수한 성능은 그대로 유지하면서 처리 속도를 가속했습니다. 특히 블루닷의 FPGA 설계 기술은 2020년 대표적인 글로벌 FPGA 제조사 Xillinx(현재 AMD로 인수)가 개최한 FPGA 대회에서 세계 1위를 차지해 그 실력을 입증했습니다.

블루닷은 현재 화질 개선과 압축 효율을 높인 기술을 선보이고 있습니다. 빠른 속도로 실시간 화질 개선 및 업스케일링이 가능한 ‘DeepField-SR’과 화질은 그대로 유지하면서 용량을 줄인 ‘DeepField-PQO’, 그리고 압축 효율이 높아 차세대 코덱으로 주목받고 있는 AV1, AVIF의 인코딩 속도를 높인 ‘Pulsar-AV1’, ‘Pulsar-AVIF’, 마지막으로 화질 측정 솔루션 VMAF의 화질 측정 속도를 4배 빠르게 해 효율성을 높인 ‘Pulsar-VMAF’까지 다섯 개의 동영상 기술을 반도체 IP로 개발했으며 더 빠르고 효율적인 미디어 솔루션을 제공하기 위해 계속해서 연구하고 개발 중에 있습니다.

*이번 포스팅에서 소개한 FPGA에 대해 더 자세히 알고 싶다면 아래 영상을 확인해주세요.