범용 튜링 기계는 프로그램을 내장해서 작동하는 현대의 컴퓨터를 많이 닮아 있다. 세계 계산기 학회(ACM)에서는 튜링의 공로를 기리기 위하여, 1966년부터 매년 컴퓨터 과학에 중요한 업적을 남긴 사람들한테 주는 튜링상을 제정하였다. 현재 튜링상은 컴퓨터 과학 분야의 노벨상이라고도 불린다. 또한 튜링 테스트를 통과하는 인공 지능에게는 뢰브너 상이 수여된다.
튜링의 인공지능 개념은 제프리 힌턴이 딥 러닝의 기술을 개발하면서 오늘날의 뼈대를 갖추어갔다. 딥 러닝은 엄청넌 학습을 필요로 한다. 그 학습을 짧은 시간내에 할 수 있도록 해준 것이 바로 엔비디아의 GPU이다. 오늘날 반도체 생태계에서 엔비디아가 우뚝 서게 된 이유는 바로 병렬형 연결로 동시 다발의 교육을 가능케한 GPU 덕이라고 할 수 있다.
인공지능은 그러나 한동안의 침체에 빠진다. 튜링에 의해 AI의 개념은 분명하게 제시되었지만 컴퓨터를 인공지능으로 승화시키기 위해서는 컴퓨터 교육용 의 동시 처리 속도가 빠른 반도체가 필요했다. 이 반도체를 만들어 낸 곳이 바로 엔비디아이다. 엔비디아가 만든 GPU가 동시처리 속도 문제를 해결하면서 컴퓨터를 인공지능으로 발전시키는 이른바 대규모 언어모델 즉 LLM 교육이 가능해진 것이다.
엔비디아의 GPU는 하늘에서 그냥 떨어진 것이 아니다. 새 반도체를 설계하는 데에는 반도체 설계의 모듈이 필요하다. 엔비디아는 GPU를 만들 때 Arm이라는 기업이 만든 반도체 설계 모델을 이용했다, 따지고 보면 Arm은 엔비디아 GPU가 태어난 자궁이라고 할 수 있다. 오늘날 인공지능을 논하면서 Arm을 빼 놓을 수 없는 이유가 바로 여기에 있다. 엔비디아는 Arm의 설계가술이 너무 탐나 아예 합병하려고 하기도 했다. 엔비디아의 Arm 합병시도는 공정거래당국의 독점 우려 판정으로 무산되었으나 엔비디아는 지금도 Arm과 끈끈한 관계를 이어가고 있다.
ARM은 영어 Advanced RISC Machines의 약자이다. 1990년 미국 애플과 영국 에이콘(Acorn Computers) 그리고 VLSI Technology의 공동 출자하여 세운 회사이다. 본사는 영국에 있다. 기술진은 영국 에이콘 컴퓨터의 엔지니어 12명이 주도적으로 참여했다.Arm의 창립자는 제이미 어큐하르트, 마이크 뮬러, 튜더 브라운, 리 스미스, 존 빅스, 해리 올덤, 데이브 하워드, 피트 하로드, 해리 미닝, 알 토마스, 앤디 메리트, 그리고 데이비드 인감 등이다.
사립당시 ARM의 주 사업분야는 전자기기의 CPU였다. 문제는 이 분야의 절대강자인 '인텔'이었다. 인텔의 지배력이 워낙 강해 기존의 CPU로서는 승산이 없었다. Arm은 고육지책으로 인텔과는 다른 방향성으로 프로세서를 설계하기 시작한다. 그 주안점은 바로 '저전력'이었다. 당시만 해도 모바일 기기는 많지 않았디. 지금처럼 IOT라는 이름으로 쓰일만한 스마트워치, AI스피커등은 존재하지 않았다. 2007년 애플이 아이폰을 내놓고 다른 제조사에서도 스마트폰을 비롯해 다양한 모바일 기기를 내놓으면서 ARM은 성장한다.
Arm 프로세서를 설계하고 라이센싱하는 것으로 유명하다. 리얼뷰 및 케일 브랜드로 소프트웨어 개발 도구도 설계, 제조, 라이선스하고 있다. 시스템과 플랫폼, 시스템 온 칩 인프라스트럭처, 기타 소프트웨어도 설계, 제조, 라이선스하고 있다. ARM 홀딩스는 런던 증권거래소 및 나스닥에 동시 상장되어 있다. ARM이라는 이름은 1983년 에이콘 컴퓨터즈(Acorn Computers)의 프로세서인 'Acorn RISC Machine'에서 처음 쓰였다. 이후 1990년 ARM이 설립되면서 'Advanced RISC Machines'의 줄임말로 사용되기 시작했다. 한동안 'Advanced RISC Machines Ltd.'라는 이름을 사용했다. 1998년 기업공개를 하면서 ARM 홀딩스로 이름을 바꿨다. 인텔이나 프리스케일 세미컨덕터. 르네사스 일렉트로닉스와 같은 전통적인 마이크로프로세서 공급자와 다르게 ARM은 기술에 대한 지적재산(IP)만 만들고 라이센스한다. 물리적인 CPU나 GPU, SoC, 마이크로컨트롤러 등을 생산하거나 판매하지 않는다. 이는 ARC 인터내셔널, 이매지네이션 테크놀로지스와 비슷하다.
ARM은 캘리포니아주 산호세, 텍사스주 오스틴, 워싱턴주 올림피아, 인도 벵갈루루, 노르웨이 트론헤임, 스웨덴 룬드, 일본 요코하마시, 대한민국 성남시 등지에 사무소와 설계 센터를 두고 있다. 일본의 소프트뱅크 그룹을 모기업으로 두고 있는 영국의 팹리스 반도체 기업이다. 마이크로프로세서와 GPU, NPU 등 연산유닛 아키텍처를 설계하고 로열티[5] 징수 및 라이센스[6]를 판매하는 행위를 주업으로 삼는다. 한국어 정식 독음은 한글자씩 따로따로 읽는 "에이알엠"이다. 한국지사명 역시 "에이알엠코리아"이다.
1980년대 중반, 영국의 컴퓨터 회사 Acorn Computer는 비즈니스용 고성능 컴퓨터를 만든다는 목표를 세운다. 그 컴퓨터에 쓸만한 기성품 CPU를 찾을 수 없자 직접 RISC 기반 CPU 아키텍처를 개발하기로 했다. 이것이 "Acorn RISC Machine", 즉 ARM(CPU)의 시작이다. 1983년 컴퓨터과학자 소피 윌슨(Sophie Wilson)과 스티브 퍼버(Steve Furber)를 주축으로 개발을 진행했다. 처음에는 Acorn의 "아르키메데스" 시리즈 PC를 위한 RISC 아키텍처 CPU를 만들기 위해서 였다. 이후에 최초의 PDA인 Newton MessagePad에 들어갈 저전력 CPU를 개발하기 위해서 애플(Apple)이 참가했다.
1998년 상호명을 Acorn RISC Machine에서 Advanced RISC Machines 으로 바꾸고 런던증권거래소에 상장하면서 거듭났다. 애플은 ARM 지분을 매각한 돈을 아이팟에 투자하고 ARM 제품을 사용하며 큰 성공을 거두는 계기가 된다. 이후 Arm은 RISC를 이용한 ARM 아키텍처를 개발하여, 직접 CPU를 생산하는 것이 아닌 삼성전자, 텍사스 인스트루먼트 등 여러 반도체 설계 및 제조 회사들에게 라이센스만을 판매하고, 각 회사가 커스텀하고 양산을 하는 방식으로 모바일 시장의 절대 강자의 위치에 올랐다. 아울러 아키텍처 제작 명령어 툴도 라이센스를 판매하여 아키텍처 라이센스를 취득했던 협력사들이 직접 자체 아키텍처를 개발하는 수준까지 올라오게 했다.
2000년대 후반에는 아이폰용 CPU를 위해 인텔과 협상에 들어갔으나, 협상이 틀어져 ARM 기반의 삼성전자 AP를 탑재했다. 이후 모바일 시장을 삼성과 애플이 장악하게 되기 때문에 이 사건을 기점으로 모바일 아키텍처의 패권은 ARM에게 넘어간다. 2010년에는 모바일 AP 개발 연계를 위해 IBM, 삼성전자, TI, 프리스케일 등과 함께 Linaro라는 비영리 목적의 태스크 포스를 만들어 활동하고 있다.
아이폰 6와 안드로이드 진영의 폭발적인 성장과 더불어 IoT 분야에서도 잠재 가능성이 보이자 2016년 7월 18일 일본의 소프트뱅크가 234억 파운드에 인수했다. 손정의 소프트뱅크 회장은 성장여력을 생각하면 싸게 인수한 것이고 ARM 인수가 자신의 인생에서 가장 신나는 일이라고 밝혀왔다. 이후 런던증시에서 상장폐지해 비상장기업으로 돌아갔다가 최근 뉴욕증시에 다시 상장했다.
[김대호 진단] AI 반도체 기업 열전 시리즈 순서
(18) Arm … 소프트뱅크 손정의 승부수
(17) 바이두(百度) 어니봇… 애플· 삼성전자 스마트폰 동맹
[16] 라피더스(Rapidus)… 사무라이 인공지능 일본의 꿈
⑮ 아마존 AWS… 베이조스 엔트로픽 무한 투자
⑭ 인텔(Intel) …바이든 칩스법 황태자 "반 엔비디아 동맹"
⑬ 구글 딥마인드 (DeepMind) … 애플 채택 제미나이
⑫ 마이크론 (Micron)… HBM3E 카나리아 풍향계
⑪ 오라클 (Oracle)… 엔비디아 GPU 동맹
⑩ ASML … 극자외선 노광장비(EUV) 독점 [SNS배포]
⑨ 브로드컴(Broadcom)… 데이터 네트워크 원조
⑧ 델(Dell)… 엔비디아 "GPU 서버" 제작
⑦ AMD … 엔비디아 앞선 GPU 원조
⑥ 마이크론(MICRON) HBM3E SK하이닉스 ·삼성전자 김대호
⑤ 저커버그 메타(META) 대규모 언어모델 라마(LLaMA)
④ 모리스 창 TSMC…엔비디아 GPU 공장
③ 슈퍼마이크로(SMCI) GPU 서버
② 올트먼 오픈AI… 생성형 챗GPT
① 엔비디아 (NVIDIA) …젠슨 황 GPU
영국 케임브리지에 본사를 둔 ARM은 스마트폰의 ‘두뇌’에 해당하는 애플리케이션 프로세서(AP) 설계의 핵심 기술을 보유한 기업이다. 전 세계 스마트폰에 들어가는 AP의 90% 이상이 ARM의 설계도를 사용하며, 삼성전자·애플·퀄컴 등을 고객사로 두고 있다.
손 회장은 14일(현지 시각) ARM 상장을 앞두고 가진 미국 경제전문매체 CNBC와의 인터뷰에서 스스로를 “AI의 열렬한 신봉자(big believer)”라고 소개하며 “소프트뱅크를 설립했을 때부터 모든 종류의 기술을 가능하게 하는 마이크로프로세서를 매우 신봉했고, 혁신은 PC에서 시작해 모바일 인터넷 그리고 이제는 AI로 진화하고 있다”고 말했다.
그는 이어 “인류가 자신보다 더 똑똑한 것을 경험하는 건 이번이 처음이라고 생각한다”며 “인류는 지구상에서 가장 똑똑한 동물이었지만, AI는 앞으로 이를 뛰어넘을 것”이라고 말했다. “핵심은 마이크로프로세서이고, ARM은 AI 혁명의 핵심이 될 것”이라고도 했다.
이날 인터뷰에서 범용 인공지능(AGI) 시대의 도래를 예견한 손 사장은 “잘못 대처하면 자동차 사회에서 교통사고가 나는 것 같은 위험이 있다”며 “AI 사회는 인류를 보호하기 위해 규제해야 한다”고 주장했다. 그러면서도 “AI의 단점보다는 장점이 더 많다”며 “심각한 질병, 자연재해, 교통사고 등 과거 인류가 해결하지 못했던 문제를 AI가 해결할 것이라고 낙관한다”고 덧붙였다.
ARM 주가는 뉴욕 증시 상장 첫날인 이날 25% 가량 오르며 성공적인 데뷔를 했다. 이날 나스닥시장에서 ARM 주가는 공모가(51달러) 대비 24.59%오른 63.49달러에 마감했다. 시초가는 공모가 보다 10% 높은 56.10달러에 시작해 장중 계속 상승세를 타면서 마감한 셈이다. 주가가 급등하면서 ARM의 가치는 약 650억 달러(약 86조3600억원)로 올라섰다.
손 회장은 “최근의 AI 및 머신러닝 붐과 ARM을 연결시키려고 했다”면서 “ARM 지분을 가능한 한 오래 보유할 것”이라고 강조했다. ARM의 지분 전량(100%)을 소유한 소프트뱅크는 이번 기업공개(IPO)로 48억7000만달러를 조달했다. 손 회장이 이끄는 소프트뱅크는 앞서 2016년 Arm을 320억달러에 인수했다.
삼성전자가 미국 실리콘밸리에서 인공지능(AI) 반도체 설계를 위한 연구개발(R&D) 조직을 더 키운다. 최근 업계에서 주목받고 있는 ‘RISC-V’ 설계 기술로 엔비디아의 아성을 무너뜨릴 차별화한 반도체를 만들겠다는 포석이 깔렸다.
18일 업계에 따르면 삼성전자 SAIT(옛 종합기술원)는 미국 실리콘밸리에서 AI 칩 설계 관련 연구 조직인 어드밴스드프로세서랩(APL)을 만들었다.
APL은 차세대 반도체 설계자산(IP)인 리스크파이브(RISC-V) 분야를 중점적으로 개발할 것으로 알려졌다. RISC-V는 반도체 칩을 디자인할 때 기초가 되는 설계 자산의 일종으로, 영국의 반도체 설계 자산 기업인 암(ARM)이 사실상 시장을 독점하고 있다. 삼성은 RISC-V를 기반으로 ‘기술 독립’을 추진하는 것으로 풀이된다.
삼성전자 APL 연구소의 궁극적인 목표는 RISC-V를 기반으로 한 자체 AI 칩 설계다. 삼성은 그동안 ARM 제품을 기반으로 엑시노스 등 최첨단 반도체 칩을 설계해왔다. 하지만 앞으로는 설계 기술 독립을 통해 시장 1위인 엔비디아의 아성을 깰 AI 칩을 준비할 것으로 예상된다.
삼성전자는 RISC-V 기술을 반도체 설계에 도입하기 위해 사내 태스크포스(TF)팀을 운영해왔으며 이번에 정식 조직을 만들면서 이름도 변경했다. 본격적인 연구에 착수한 것이다. 삼성전자는 APL은 물론 실리콘밸리를 중심으로 차세대 반도체 연구에도 박차를 가하고 있다. 삼성은 미국에 범용인공지능(AGI) 컴퓨팅랩을 세웠으며 AI 추론 칩 ‘마하1’의 개발도 진행하고 있다. 기존 D램 패러다임을 뒤집을 수 있는 3D D램 개발을 위한 연구 조직도 신설했다.
삼성, 칩설계·메모리 동시 업그레이드…2030년엔 엔비디아도 넘는다
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삼성전자가 미국의 반도체 연구개발(R&D) 조직을 확대 재편한 것은 인공지능(AI) 반도체 업계에서 독보적인 선두인 엔비디아의 아성에 도전하는 준비 작업으로 풀이된다. 이재용 삼성전자 회장 등 삼성 최고위 경영진은 올해 글로벌 AI 회사 최고경영자(CEO)들과 잇따라 만나며 차세대 반도체 수요를 파악하고 있다.
삼성전자 DS부문장과 SAIT(옛 종합기술원) 원장을 겸임하고 있는 경계현 사장. 사진제공=삼성전자viewer
삼성전자 DS부문장과 SAIT(옛 종합기술원) 원장을 겸임하고 있는 경계현 사장. 사진제공=삼성전자
◇RISC-V·마하1…AI 반도체 돌파구 찾는 삼성=현재 AI 반도체 시장의 1위는 엔비디아다. 다양한 데이터를 한꺼번에 병렬 연산할 수 있는 그래픽처리장치(GPU)로 구글·마이크로소프트(MS) 등 글로벌 데이터센터 회사들의 마음을 사로잡았기 때문이다.
이에 비해 삼성은 AI 반도체 업계에서 후발 주자다. 스마트폰용 애플리케이션프로세서(AP)에 뉴럴프로세싱유닛(NPU)을 탑재한 적이 있지만 고성능컴퓨팅(HPC) 서버용 칩을 설계한 경험은 없다. 삼성은 2030년 시스템 반도체 세계 1위를 노리고 있다. 기라성 같은 AI 반도체 회사들을 꺾으려면 차별화한 기술이 필요하다.
삼성전자와 APL 팀이 고안하는 차별화 포인트가 바로 리스크파이브(RISC-V)이다. 현재 반도체 디자인을 위해 필요한 설계자산(IP)은 영국 암(ARM)의 명령어집합구조(ISA)와 인텔이 만든 x86이 있다. 다만 이 IP들은 ARM과 인텔이 독점권을 쥐고 있어 높은 가격을 지불하고 라이선스를 사야 한다.
RISC-V는 IP 사용료가 없는 ‘오픈소스’ 형태다. AI 칩 설계를 위한 원가를 대폭 낮출 수 있고 비용에 대한 걱정을 덜어내다 보니 칩 기능 확장에도 큰 부담이 없다. RISC-V 시장은 아직 ‘블루오션’ 시장이다. 삼성이 빠른 속도로 RISC-V 기반의 AI 칩 양산에 성공하면 AI 칩 라이벌과 대등한 위치에 올라서서 경쟁을 펼칠 수 있다. RISC-V가 처음 태동한 미국에 전문 연구소를 설립한 이유 역시 이 계획을 빠르게 실행하기 위한 것으로 풀이된다.
삼성전자가 양산 계획까지 세우고 개발 중인 AI 반도체도 있다. 지난달 20일 주주총회에서도 공개한 ‘마하1’이다. 회사는 이를 실현하기 위해 미국 실리콘밸리에 AGI컴퓨팅랩을 설립하고 마하1 개발에 들어갔다. 구글의 자체 AI 칩인 텐서처리장치(TPU)를 설계한 우동혁 부사장이 이 조직의 리더를 맡고 있다. 경계현 삼성전자 사장도 최근 소셜네트워크서비스(SNS)에서 “마하1에 대한 고객들의 관심이 증가하고 있다”며 “생각보다 더 빠르게 마하2 개발해야 할 것 같다”고 밝히기도 했다. 반응이 좋다는 얘기다.
삼성전자가 2023 VLSI 심포지엄에서 공개한 3D D램 내부 이미지. 사진출처=삼성전자 VLSI 논문 캡처viewer
삼성전자가 2023 VLSI 심포지엄에서 공개한 3D D램 내부 이미지. 사진출처=삼성전자 VLSI 논문 캡처
◇메모리도 혁신 도전…3D D램 선점 나서= 삼성전자는 D램 시장에서 40% 이상의 압도적인 점유율을 보유한 1위 회사다. 그러나 2022년 챗GPT 출현 이후 고대역폭메모리(HBM) 시장에서 2위 SK하이닉스에 주도권을 빼앗기면서 체면을 구겼다. 2019년 HBM 개발팀을 해체하면서 다가올 시장에 선제적으로 대처하지 못한 게 원인으로 꼽힌다.
삼성은 이 분위기를 역전시킬 만한 새로운 D램 개발에 몰두하고 있다. 3D D램이 좋은 예다. 이 메모리는 기존에는 평면으로만 배치했던 기억 소자들을 수직으로 적층하는 콘셉트다. 극자외선(EUV) 노광기 등 고가의 장비를 도입하지 않더라도 D램의 용량을 대폭 확대할 수 있는 혁신 기술이다. 이 D램을 구현하기 위해 삼성전자는 새로운 R&D 조직을 신설했다. 업계의 한 관계자는 “본사가 있는 한국에서도 3D D램 연구가 활발하게 진행되고 있지만 고급 인력이 많은 미국에서도 인재 확보에 적극적으로 나설 것으로 예상된다”고 설명했다.
삼성전자는 AI 시대에 맞는 시스템 반도체와 메모리 경쟁력을 동시에 업그레이드하면서 시장 수요 파악에도 나서고 있다. 이 회장은 2월 한국을 방문한 마크 저커버그 메타 CEO와 저녁 만찬을 했는데 고성능 반도체에 관한 심도 있는 대화를 나눴을 것으로 추측된다. 여기에 1월 한국을 찾은 샘 올트먼 오픈AI CEO는 삼성전자 디바이스솔루션(DS) 부문 경영진과 회동하기도 했다.
업계의 한 고위 관계자는 “올트먼은 엔비디아 솔루션만으로는 AI 인프라 투자에 한계가 있다고 느낄 것이고 이 문제를 해결할 수 있는 업체로 삼성전자를 선택한 것으로 보인다”며 “삼성전자와의 만남에서도 이 문제를 해결하고자 하는 의지를 드러냈던 것으로 안다”고 말했다.
김대호 글로벌이코노믹 주필/ 경제학 박사 tiger8280@g-enews.com
