[아이티데일리] 지난해 1월 시작된 코로나19(COVID-19) 팬데믹으로 인해 전 세계는 격변의 소용돌이에 휘말렸다. 각국의 봉쇄조치 등으로 인해 세계 경제는 심각한 충격을 받았으며, 경제 및 사회적 구조도 빠르게 변화하고 있다. 전 세계는 코로나19가 불러온 ‘뉴노멀(New Normal)’ 시대를 대비하기 위해 지금까지 동분서주하고 있다.

이에 지난해 7월 우리 정부는 코로나19가 불러온 경제위기를 극복하고, 더 나아가 새로운 미래를 설계하기 위해 ‘한국판 뉴딜 종합계획’을 발표했다. 특히 한국판 뉴딜은 경제 전반의 디지털 혁신과 역동성을 확산하기 위한 ‘디지털 뉴딜’이 중요한 한 축을 담당하고 있다.

‘디지털 뉴딜’은 우리나라가 강점을 갖고 있는 정보통신(ICT) 산업을 기반으로 데이터 경제를 활성화시키기 위한 전략이다. 데이터의 활용도를 높여 전 산업의 생산성을 비약적으로 높일 수 있도록 관련 인프라를 빠르게 구축한다는 계획이다. 디지털 뉴딜 정책에는 ▲D·N·A(Data, Network, AI) 생태계 강화 ▲교육인프라 디지털 전환 ▲비대면 산업 육성 ▲사회간접자본(SOC) 디지털화 등의 목표가 담겨 있다.

이제 2021년 7월, 정책 발표 이후 1년이 지났다. 그동안 ‘디지털 뉴딜’과 관련해 많은 내용이 발표됐다. 정부의 빠른 지원에 힘입어 본격적으로 사업이 추진된 분야도 있으며, 아직 세부 정책을 설정하는 단계에 머문 분야도 있었다. 1주년을 맞이한 디지털 뉴딜 정책을 점검해본다. 

AI반도체 중요성 확대

4차 산업혁명 시대 미래 산업을 이끌 핵심 키워드인 ‘인공지능(AI)’의 개발과 활용에 필요한 인프라의 중요성이 확대되고 있다. 특히 그동안 업계는 GPU(그래픽처리장치)를 활용해 학습·추론 등 AI 개발에 필요한 연산능력을 확보해왔으나, 이제는 한층 더 효율적인 ‘AI 전용 반도체’를 개발하기 위해 팔을 걷어붙이고 있다.

AI반도체는 전 산업에 AI 적용이 확대됨에 따라 서버나 클라우드 인프라에 필요한 수요뿐만 아니라 모바일, 자동차, 가전 등 다양한 기기로 확대되고 있다. 즉, 단말기 단의 에지(edge) 인프라에도 AI반도체가 적용되는 것이다. 따라서 저전력에도 고성능을 내야 하며, 자동차용 반도체의 경우 내구성과 안정성까지 요구받는 등 앞으로 발전해야 하는 기술적 목표가 매우 높다 할 수 있다.

이런 상황에서 우리가 AI반도체 기술발전을 주도해 시장을 선점하기 위해서는 연구 개발(R&D) 및 기술 확보(M&A)가 중요한데, 현재 국내 기술 수준은 객관적으로 뒤처져 있다고 상당수 전문가들이 평가하고 있다. 일반적으로 반도체 시장 대표 주자로 꼽히는 삼성전자나 하이닉스도 메모리 반도체 생산 부문의 강자이지 AI반도체 설계 측면에서 세계 수준이라 하기에는 부족하기 때문이다.

이에 정부는 국가 차원의 육성이 필요하다는 업계와 전문가들의 지적 아래, ‘AI’와 ‘시스템반도체’ 두 가지를 모두 혁신성장 전략투자 분야로 지정하고 전략 수립 및 집중 지원을 하고 있다. 이미 정부는 2019년 4월에 ‘시스템반도체 비전과 전략’ 발표를 통해 종합 반도체 강국으로의 도약을 선언하고, 시스템반도체 전반을 본격 육성하고자 관련 계획을 수립해 시행해왔다. 여기에 지난 2020년 7월 발표한 디지털 뉴딜 계획에 따라 한 단계 더 구체화, 최신화된 계획을 실행해나가고 있다.

AI 반도체 분야의 최근 성과로는 ETRI의 주도로 개발한 AB9(알데바란9)이 있다. 다년간의 지속적인 연구를 통해 개발한 반도체로, 73억 3천만 원 규모의 정부 R&D사업 예산 지원을 받아 지난해 4월 개발이 완료됐다. 연산성능 40TFLOPS(테라플롭스)에 전력소모 15~40W 수준으로 기존 GPU 대비 상당히 높은 연산효율을 보여준다.

ETRI는 이제 2022년을 목표로 K-AB21 버전 개발에 돌입했다. K-AB21은 추론과 학습 모두 가속이 가능한 반도체로 개발한다는 목표를 갖고 있으며, AI가속뿐만 아니라 HPC에 필요한 일반 연산(CPU)까지 가능하도록 해 ETRI가 개발하는 슈퍼컴퓨터(HPC, 고성능컴퓨팅)에도 적용할 계획이다.

정부는 알데바란과 같이 독자적으로 개발한 반도체를 다수 확보할 수 있도록 지원을 강화해 나가고 있다. 현재 삼성전자뿐만 아니라 SK텔레콤이 자체 개발한 AI반도체 ‘사피온(SAPEON)’, 퓨리오사AI의 ‘워보이(Warboy)’, 리벨리온의 ‘리벨(REBELL)’ 등 다양한 국내 기업들이 속속 투자를 유치하며 AI반도체 개발에 나서고 있다. 정부는 이들 기업들을 적극적으로 지원해 세계시장에서 통할 수 있는 AI반도체 경쟁력을 기르고, 오늘날 D램과 같은 세계 최고 수준의 기술력을 갖출 수 있도록 할 계획이다. 1차적으로 2024년, 2차적으로는 2030년까지 단계적인 지원을 통해 AI 및 종합반도체 강국으로 거듭난다는 게 목표다.

AI반도체 기술력 확보 본격 추진

세계시장에서는 AI반도체 기술 개발이 한창이다. 인텔이 지난 2019년 20억 달러에 인수한 이스라엘의 하바나랩스는 인간의 뇌신경을 모방해 AI 알고리즘 연산에 최적화된 프로세서인 NPU(Neural Processing Unit) 기술을 혁신했고, 프랑스의 UPMEM은 메모리와 프로세서를 통합한 DRAM 기반 PIM(Processing In-Memory) 반도체 시제품을 최초로 개발하는 등 변화가 빠르게 진행되고 있다.

그러나 우리나라는 현재 세계 AI반도체 관련 기술을 주도하지는 못하고 있다. 조사에 따르면 2018년을 기준으로 미국 대비 84%에 달하는 반도체 기술력을 보유하고 있는 것으로 평가됐다. AI반도체 특허에서도 전 세계 시장에서 10% 정도의 지분을 보유한 것으로 집계되고 있다. 미국과 중국이 각각 40%, 30%대 점유율을 갖고 있는 데 비하면 크게 밀리고 있다 할 수 있다. 삼성전자 및 LG전자와 같은 대기업뿐만 아니라 중소 팹리스, 그리고 스타트업과 비 반도체 기업들이 AI반도체 시장에 도전하고는 있지만, 아직까지 눈에 띄는 기술적 성과를 보였다기엔 미흡하다는 평가다.

이에 정부는 세계 최고 수준의 기술력을 확보할 수 있도록 ‘AI반도체 플래그십 프로젝트’를 추진 중이다. AI반도체 기술 리더십을 확보하고, 이를 통해 국내 산업 경쟁력을 끌어올리기 위해 설계, 소자, 공정 측면에서의 기술혁신을 이루겠다는 것이다. ‘차세대 지능형반도체 기술개발’로 불리는 해당 프로젝트는 △혁신적인 NPU 설계 기술과 △미래 신소자, △초미세공정 기술을 독자 개발하고, 분야별 핵심기술의 연계 및 융합으로 세계 최고 기술을 확보하는 것을 목표로 한다. 즉, NPU가 본격적으로 상용화될 것으로 예상되는 2024년경에는 글로벌 제품과 경쟁할 수 있는 독자 개발 NPU를 개발할 수 있도록 한다는 것이다.

특히 서버용 고성능 NPU, 모바일용 경량 NPU, 에지용 저전력 NPU 뿐만 아니라 자율주행용 고성능 NPU까지 다양한 산업에 활용될 반도체를 개발한다는 계획이다. 10nm 이하 공정과 두뇌모사 소자(CMOS+) 등 미세화 한계를 극복할 수 있는 신소자 개발에도 나설 예정이다. 여기서 더 나아가 2025년부터 2029년까지는 3세대인 뉴로모픽 반도체를 세계 최초로 개발한다는 계획도 포함돼 있다.

한편으로 메모리와 프로세서가 통합된 PIM 반도체 기술 선점도 본격화했다. 우선 앞선 D램 부문 기술력을 기반으로 2024년까지 단기적인 성과를 낼 수 있는 PIM 반도체 개발을 추진해 시장 주도권을 확보하고, 이후에는 차세대 PIM AI반도체 기술개발과 함께 관련 산업 생태계의 구축·확산에도 힘을 쏟는다는 계획이다. D램과 같이 ‘초격차 기술력’을 확보할 수 있도록 핵심기술 개발에 지원을 아끼지 않을 예정이다.

수요기업-공급기업 간 협력으로 실증사례 확보

과학기술정보통신부는 AI반도체의 선제적인 도입과 초기 시장수요 창출을 위해 민·관 협력을 통한 지원에도 나섰다. 우선 2022년까지 클라우드 데이터센터에서 국산 AI반도체 적용을 장려하고 있다. 그간 NHN과 같은 AI반도체 수요기업은 국산 반도체의 성능 등에 대한 정보가 부족해 고가의 외산 반도체에 의존해왔고, 공급기업 역시 시장 창출에 필수적인 실증사례를 확보하는 데 어려움이 있었다.

이에 지난 6월 과기정통부의 주도로 △네이버클라우드 △더존비즈온 △카카오엔터프라이즈 △NHN △KT △인공지능산업융합사업단 등 수요기관과 △리벨리온 △퓨리오사AI △SK텔레콤 △ETRI 등 공급기관이 모여 상호 협력을 위한 업무협약을 체결했다. 이에 따라 NHN은 SK텔레콤의 ‘사피온’을 자사 데이터센터에 적용하고 기술 실증을 진행 중이다.

임혜숙 장관은 이날 “반도체 공급난이 심화되고 반도체를 둘러싼 국가 간의 기술패권 경쟁이 확대되는 엄중한 시기에 우리 반도체 산업의 경쟁력을 강화하기 위해서는 민·관이 긴밀하게 힘을 합쳐야 한다”면서, “앞으로 성공적인 협력모델이 만들어질 수 있도록 정부가 적극 지원하겠다”고 강조했다.

7개 분야 인공지능 융합(AI+X) 서비스 개발

AI를 산업과 사회 전반에 접목해 각 분야를 혁신하고 신시장을 창출하는 것이 목적인 ‘AI 융합(AI+X) 프로젝트’는 지난해 △신종감염병 예후·예측 △의료영상 판독·진료 △국민안전 신속대응 △해안경비·지뢰탐지 △불법복제품 판독 △지역 특화산업 품질관리 △산업단지 에너지효율화 등 7대 분야의 편의를 증진하기 위해 서비스 개발이 이뤄졌다.

올해는 407억 원 규모의 신규과제 18개를 수행할 컨소시엄 24개가 선정됐으며 지난해와 동일한 7개 분야에 대한 데이터의 안전한 학습과 알고리즘 개발, 현장 활용 등을 지원하게 된다. 여기에는 △공장 에너지 소비 효율화 솔루션 개발 △의료비 심사 영상 판독 솔루션 개발 △지뢰탐지 솔루션 개발 △영상검색 및 대상물 추적 솔루션 개발 △감염병 예측 모델 솔루션 개발 등이 포함된다. 이와 더불어 민간의 AI서비스 확산 지원을 위한 60억 원 규모 6개 과제, AI 기술 실증 테스트베드 조성을 위한 70억 원 규모의 1개 과제가 추가 선정돼 지원이 이뤄지고 있다.

AI+X 프로젝트는 지난해 추경으로 사업이 진행됐지만 의료, 통관 등 그간 데이터 활용이 어려웠던 분야에서 50만 건 이상의 데이터를 활용해 56개 기업·기관이 AI 알고리즘을 개발하고 있다. 또한 교통·금융 등 27개 민간 서비스 현장에서 시범적으로 AI활용을 확산해나가고 있으며, 사업 참여를 통해 확보한 AI기술력을 사업화하는 성과도 냈다. AI얼굴인식 솔루션을 개발한 알체라, AI기반 장애 예지 서비스를 개발한 엠아이큐브 등이 대표 사례다. 과기정통부는 격오지 군병원에 의료영상 판독 솔루션 적용, 산업단지 내 공장 에 에너지 효율화 솔루션 적용 등 시범사업을 통해 올해도 계속해서 성과 확산에 나설 계획이다.

공공부문에 5G 융합서비스 우선 구축

모바일 에지 컴퓨팅(MEC) 기술에 기반해 5세대 이동통신(5G)을 활용하는 다양한 융합 서비스 모델을 공공부문에 구축, 이로써 5G 산업 생태계를 활성화키는 것을 목적으로 하는 ‘5G 융합서비스 발굴 및 공공선도 적용’ 사업에는 2022년까지 1,200억원의 예산 투입이 계획돼 있다. 지난해 400억 원을 투입해 △안전·방역 △원격교육 △도로관리 △방역·교육 △건강관리 △지능형 산단 △환경 등 총 7개 분야에 서비스 모델을 구축하고 현재 운영하고 있으며, 올해 역시 400억 원의 예산이 투입된다. 2021년 선정된 영역은 △국방 △스마트캠퍼스 △항만 △스마트시티 △스마트산단 △헬스케어 등 6개 영역이다.

공군 서산비행단 내 자율주행 및 차량 실시간 관제 서비스와 해군사관학교 가상학습 콘텐츠 및 원격강의 등 기지털 가상 교육 환경 구현 등 2가지를 KT가 주관하며, 항만 근무환경 개선을 위한 크레인 원격제어와 물류창고 자동화 지원, 스마트폴 및 자율주행로봇 등을 활용한 공원 및 산단 인근 주거지역 환경 관리, 위험 모니터링 생체신호 분석 안전모와 대기 관리 모니터링 등 산단 안전·환경 관리 등 3가지는 LG유플러스가 주관한다. 노인전문병원을 대상으로 비접촉 터치 기반의 혈압 및 맥박을 포함하는 건강정보 사이니지 관리 사업은 대전테크노파크에서 수행한다.

MEC 기반기술 상용화 과제도 진행된다. 대전도시철도공사, 스마트쿱, 스위트케이, 엔텔스, 팀그릿, 이루온이 각각 주관하는 상용화 과제가 선정됐다. 이밖에 MEC 관련 시장 선점을 위한 표준화 추진도 병행 추진된다.

고성능컴퓨팅(HPC) 인프라 지원 확대

일반적으로 슈퍼컴퓨터라고 불리는 국가 규모의 초대형 고성능컴퓨팅(HPC) 인프라는 AI와 데이터 활용의 중요성이 높아지면서 연구목적뿐만 아니라 기업에서의 활용 수요 또한 크게 늘고 있다. 미국, 중국, 일본, 유럽 등은 초고성능컴퓨팅 기술을 국가 전략기술화하고, 신규 인프라 확보와 차세대 기술 개발에 매년 조 단위의 대규모 투자를 하는 등 국가적 역량을 집중하고 있다. 최근에는 엑사플롭스(Exaflops, 1초에 100경회 연산)급 슈퍼컴퓨터를 확보하기 위한 경쟁에 불이 붙었다. 정부도 이러한 세계적 추세에 뒤처지지 않기 위해 장기 계획인 ‘국가초고성능컴퓨팅 혁신전략’을 발표하고 관련 산업의 성장과 활용 활성화에 힘을 싣고 있다.

우선 2030년까지 △컴퓨팅파워 세계 5위 △선도기술 24개로 확대 △신서비스 10개 창출을 목표로 설정하고 관련 과제를 수행해나가게 된다.

핵심 내용을 살펴보면 우선 세계 5위급 수준의 국가 슈퍼컴퓨터 6호기와 7호기를 순차적으로 구축 및 운영하고, 소규모 슈퍼컴퓨터 운영 확대 및 국가센터 내 다양한 컴퓨팅자원의 통합 운영체계 구축 등을 추진한다. 6호기는 2023년부터 2027년까지, 7호기는 2028년부터 사업이 진행될 계획이다. 기존 구형 국가 슈퍼컴퓨터 자원을 활용하는 소규모 초고성능컴퓨터 운영 성능 확대와 테스트베드 구축뿐만 아니라 소재데이터, 바이오/유전체데이터, 계산과학 등 각 분야별 플랫폼을 통합하는 컴퓨팅 자원 운영체계를 마련하게 된다.

또한 점차 다양화되는 초고성능컴퓨팅 수요에 적극 대응하고 분야별 전문성을 높이고자 분야별 전문센터를 10대 전략 분야와 연계해 2030년 10개까지 단계적으로 확대해 나간다. 초고성능컴퓨터 운영 희망기관의 센터 진입을 돕기 위한 퇴역자원의 무상이전 및 관련 인력의 기술교육 지원 등 인큐베이션 프로그램도 운영해 나간다.

‘초고성능컴퓨팅자원 공동활용체계 2.0’ 구축 계획도 세웠다. ‘(가칭)국가초고성능컴퓨팅 공동활용 협의체’ 운영을 통해 공동활용자원을 전략적으로 배분한다. 초기에는 자원 제공 센터에서 직접 서비스하고, 2025년부터는 모든 자원이 서로 연동된 클라우드 플랫폼을 통해 통합 서비스한다는 계획이다. 이밖에 초고성능컴퓨팅을 통해 생산된 양질의 데이터를 공동활용할 수 있도록 통합저장소와 데이터 표준체계까지 마련하는 등 초고성능컴퓨팅 데이터 허브 구축에도 나선다.

마지막으로 CPU, 가속기, 통합프로세서, 메인보드, 냉각기술, 패키징, 시스템연결망 기술, 메모리 및 메모리 관리, 스토리지 및 병렬파일시스템, AI/HPDA(High Performance Data Analysis), 응용라이브러리, 병렬프로그래밍 모델, 작업 및 자원관리 등을 포함하는 원천기술들을 확보하기 위해 △프로세서 △플랫폼기술 △데이터집약형기술 △활용기반기술 등 4개 카테고리로 나눠 전략적인 기술 개발을 지원할 예정이다. 이를 기반으로 산·학·연이 힘을 합쳐 엑사급 슈퍼컴퓨터의 설계부터 제작, 설치까지 모두 우리 기업의 기술로 할 수 있도록 하는 것을 목표로 한다.

다만 업계 많은 전문가들이 현실적으로 슈퍼컴퓨터 관련 기술을 10년 내에 100% 국산 기술로 대체하는 것이 가능한 것인지에 대한 의문을 갖고 있는 것도 사실이다. 세계적인 기업들이 수십 년간 쌓아온 기술력을 단기간에 따라잡는 것은 매우 어려운 일이기 때문이다. 세계 5, 6위 수준의 슈퍼컴퓨터를 구축한다는 계획 역시 목표로 잡은 2028년이 되면 이미 한참 뒤처진 수준의 슈퍼컴퓨터가 될 확률이 커 걱정을 사고 있다. 매년 시장 상황을 봐 가며 계획이 수정돼 발표되기는 하지만 미국과 중국, 일본의 천문학적 투자 규모를 따라가기가 버거운 게 사실이다. 그런 측면에서 초고성능컴퓨팅 투자는 지금까지 계획된 것보다 더 큰 규모의 투자가 이뤄져야 할 것으로 보인다.