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ST마이크로일렉트로닉스와 싱가포르국립대학교가 차세대 엣지 AI 기술 개발을 위한 4개년 전략적 연구에 착수한다. 양측은 싱가포르 정부의 연구 지원을 바탕으로 ‘ST-NUS 헬릭스 공동 연구기관(ST-NUS HELIX Corporate Lab)’을 공식 출범하고 AI 알고리즘부터 반도체 설계와 실리콘 구현까지 아우르는 연구 생태계 구축에 나선다.

헬릭스(HELIX)는 ‘Hardware for Embodied Low-power Intelligent Xcceleration’의 약자로, 엣지 환경에서 생성형 AI와 임바디드 AI의 새로운 활용 사례를 구현하는 것을 목표로 한다. NUS 디자인 및 공과대학 산하에 설립된 공동 연구기관에는 컴퓨팅대학도 참여하며, AI 알고리즘과 가속기 아키텍처, 저전력 메모리 시스템, 회로 설계, 실리콘 기술, 애플리케이션 개발 등을 종합적으로 연구한다.

NUS의 총장인 탄 엥 체 교수는 "ST-NUS 헬릭스 공동 연구기관은 연구 성과를 혁신으로 전환하는 산학 협력의 가치를 보여주는 사례"라며 "NUS의 연구 역량과 ST의 산업 역량을 결합해 최첨단 엣지 AI 하드웨어뿐 아니라 싱가포르 반도체 및 AI 산업의 미래를 이끌어갈 인재와 생태계도 함께 구축하고 있다"고 밝혔다.

ST의 글로벌 기술 R&D 부문 수석 부사장인 로랑 말리에는 "ST는 종합반도체회사(IDM)로서 첨단 실리콘 기술과 임베디드 메모리, 회로 설계, 이종 집적 및 칩렛에 이르기까지 폭넓은 기술 역량을 보유하고 있다"며 "헬릭스를 통해 차별화된 AI 컴퓨팅 기술을 탐구하고 유망한 연구 성과를 확장 가능한 반도체 솔루션으로 빠르게 전환할 수 있는 산업적 기반을 마련한다"고 말했다.

저전력 메모리와 AI 가속기 결합

엣지 AI는 데이터를 원격 클라우드로 전송해 처리하는 방식에서 벗어나 기기 내부 또는 인접한 위치에서 직접 데이터를 처리하는 기술이다. 이를 통해 응답 지연을 줄이고 개인정보 보호와 에너지 효율을 높일 수 있으며, 네트워크 연결이 제한적이거나 불안정한 환경에서도 안정적인 AI 서비스를 구현할 수 있다.

특히 로봇과 휴머노이드, 드론 등 물리적 기기에 지능을 구현하는 임바디드 AI에서는 실시간 인식과 추론, 행동이 동시에 이뤄져야 하는 만큼 엣지에서의 연산 효율성이 핵심 과제로 꼽힌다. 제한된 전력과 컴퓨팅 자원을 가진 소형 기기에서 고도화된 AI 모델을 구동하려면 알고리즘뿐 아니라 시스템 아키텍처와 메모리, 회로, 반도체 기술 전반의 최적화가 필요하다.

헬릭스는 AI 모델 및 시스템 아키텍처부터 이종 가속기, 온칩 메모리 계층 구조, 회로 설계, 칩 통합과 실리콘 구현까지 전체 기술 스택을 연구한다. 특히 ST의 P18 18nm FD-SOI(Fully Depleted Silicon On Insulator) 기술과 임베디드 PCM(Phase Change Memory)을 기반으로 메모리 중심 아키텍처와 인메모리 컴퓨팅, 확장 가능한 컴퓨팅 및 메모리 시스템 개발에 집중한다.

P18 FD-SOI는 초저전력 동작과 적응형 바디 바이어싱을 지원하며, 임베디드 PCM은 온칩 SRAM과 함께 동일한 다이에 고밀도 비휘발성 저장공간을 구현할 수 있다. 이를 AI 연산에 활용하면 메모리 접근이 빈번한 AI 워크로드에서 전력 소모와 성능 저하의 주요 원인으로 꼽히는 오프칩 데이터 이동을 줄이는 효과를 기대할 수 있다.

ST는 자사의 P18 18nm FD-SOI 기술로 구현한 전용 설계 기반을 NUS에 제공한다. 이를 통해 연구진은 실리콘과 아키텍처, 통합 및 엔지니어링 역량을 활용해 새로운 AI 가속기 개념을 개발하고 검증할 수 있다. 기초 설계 인프라를 새롭게 구축하는 데 필요한 시간을 줄이고 차별화된 기술 개발과 시스템 수준 검증에 집중할 수 있다는 점에서 연구 결과의 산업화 속도를 높이는 기반이 될 전망이다.

싱가포르 엣지 AI 생태계 경쟁력 강화

헬릭스는 기술 개발과 함께 차세대 반도체 인재 육성에도 초점을 맞춘다. 학생과 연구원, 관련 분야 전문가들이 공동 연구 프로젝트에 참여해 최신 AI 및 반도체 기술을 직접 경험하고 산업계 연구진과 협력하면서 실제 산업 현장에서 요구되는 역량을 확보하도록 지원한다.

양측은 AI 알고리즘과 가속기 아키텍처, 메모리 시스템, 회로 및 반도체 기술을 종합적으로 발전시켜 에너지 효율과 메모리 대역폭, 지연 시간, 확장성, 시스템 통합 등 엣지 AI의 핵심 과제를 해결한다는 계획이다. 연구 과정에서 확보한 지식재산과 기술을 실증하고 산업 적용으로 연결하는 한편, 싱가포르를 엣지 AI와 첨단 반도체 시스템 분야의 글로벌 기술 허브로 성장시키는 데 기여한다는 전략이다.