인공지능 시대의 반도체를 대비하고 있는 삼성전자 - (2)

국가별 특허 현황

 인공지능 HW의 기술분류 각각에 대한 연구개발 국가별 출원동향을 살펴보면 전체적으로 미국과 중국의 각축전이라는 사실을 확인할 수 있다. 수퍼컴퓨팅 부문과 NPU 부문은 중국의 출원이 미국에 비해 활발하게 이루어지고 있으며, 그 외 나머지 분야는 전반적으로 미국의 출원점유율이 높다. 주목할 부문은 차세대 반도체 메모리 소자 부문이다. NAND와 FLASH 등의 메모리에 대한 특허 출원이 활발한 삼성전자와 SK하이닉스를 보유한 한국이 가장 앞서리라 생각할 수 있겠으나, 실제로는 차세대 메모리 부문은 미국의 출원이 가장 많은것으로 나타나므로 미국은 미래 먹거리에 대한 기술적 포지션을 정확하게 잡고 가는 것으로 볼 수 있겠다.

 중국은 산업영역에서 과거의 기술카피나 도용, 가로채기 등의 안좋은 이미지를 가지고 있으나, 인공지능SW에서는 미국을 오히려 앞서나가고 있다는 의견도 존재할 정도로 고도화된 기술수준을 보유하고 있다. 인공지능HW에서도 수퍼컴퓨팅 분야에서 특허수는 소수이긴 하나 타국에 비해 월등한 점유율을 보이고 있고, GPU 부문에서도 NVIDIA를 보유하고 있는 미국에 비해 점유율에서는 소폭뒤지고 있으나 필적할만큼의 특허수를 보유하고 있다. NPU 부문에서는 미국을 밀어내고 가장 높은 점유율을 보이고 있어 국가의 지원아래 엄청난 기술적 성장을 이루어가고 있는 것으로 보인다.

기술분야별 상위 출원인

범용컴퓨팅 분야(수퍼컴퓨팅/GPU/GPGPU)

순위	출원인 (수퍼컴퓨팅)	국적	출원수	출원인 (GPU)	국적	출원수	출원인 (GPGPU)	국적	출원수
1	RICHARD PAIZ	미국	8	NVIDIA	미국	566	NVIDIA	미국	827
2	CLIMATEAI	미국	5	INTEL	미국	256	INTEL	미국	214
3	NVIDIA	미국	5	AMD	미국	167	AMD	미국	26
4	GOOGLE	미국	4	BAIDU	중국	63	ADVANCED NEW TECHNOLOGIES	미국	4
5	UNIV XIAN JIAOTONG	중국	4	삼성전자	한국	48	BAIDU	중국	3
6	IBM	미국	3	SUZHOU INSPUR INTELLIGENT	중국	32	MUXI INTEGRATED CIRCUIT	중국	2
7	COMPUTER NETWORK INF CT CAS	중국	3	IBM	미국	30	SUZHOU INSPUR INTELLIGENT TECHNOLOGY	중국	2
8	BAIDU	중국	3	MICROSOFT	미국	26	ERICSSON	유럽	2
9	NAT SUPERCOMPUTER CENTER	중국	3	HUAWEI	중국	19	KUNLUN CORE TECHNOLOGY	중국	1
10	UNIV SUN YAT SEN	중국	2	MOHAMMAD A. MAZED	미국	18

   수퍼컴퓨팅 분야는 특허의 수가 많지 않아서 통계적 의미를 부여하기 보다는 읽으시는 그대로 '아! 이런 회사들이 수퍼컴퓨터를 인공지능에 활용하기 위한 연구를 하고 있구나' 정도만 이해하시면 될 것으로 같다.

 GPU와 GPGPU는 위 표를 보지 않더라도 누구나 NVIDIA를 생각할 수 있을 것이다. 생각한 NVIDIA가 어느정도로 출원하고 있는지 수치적으로 가시화시켰다고 보면 될 것이다. GPU에서는 우리가 상식적으로 알 수 있듯이, NVIDIA, INTEL, AMD 순으로 나타나며 그 외에는 특허의 수에서 많은 차이가 있어서 기술적 독점이 심하게 일어나고 있는 분야이며 타 기업에서 위 세 기업에 대한 기술적인 장벽을 극복하기는 쉽지 않아 보인다. GPGPU 또한 GPU와 마찬가지, 오히려 GPU 보다는 인공지능에 활용하기 위한 GPGPU가 세 기업의 장벽도가 더 높다.

 그럼에도 불구하고 GPU 부문에서 삼성전자는 세 기업에 비해서는 특허의 수가 부족하나 글로벌 5위에 랭크되어 있어 산업계를 주도하지는 못하나 나름 열심히 연구개발을 하고 있는 것으로 확인된다.

AI 컴퓨팅 분야 (PIM/뉴로모픽/NPU)

순위	출원인 (PIM)	국적	출원수	출원인 (뉴로모픽)	국적	출원수	출원인(NPU)	국적	출원수
1	삼성전자	한국	248	IBM	미국	256	삼성전자	한국	265
2	마이크론	미국	139	삼성전자	한국	166	GOOGLE	미국	131
3	INTEL	미국	104	QUALCOMM	미국	125	SHANGHAI CAMBRICON INF TECH	중국	101
4	SK 하이닉스	한국	74	INTEL	미국	92	MICROSOFT	미국	92
5	AMD	미국	52	SK 하이닉스	한국	91	VIA ALLIANCE SEMICONDUCTOR	중국	81
6	QUALCOMM	미국	30	SILICON STORAGE TECHNOLOGY	미국	68	INST COMPUTING TECH CN ACADEMY	중국	63
7	마이크로닉스	대만	29	TDK	일본	67	INTEL	미국	43
8	TSMC	대만	27	HRL LABORATORIES	미국	55	AMAZON	미국	35
9	IBM	미국	19	마이크론	미국	43	ETRI	한국	35
10	GSI	미국	18	FRENCH ALTERNATIVE ENERGIES AND ATOMIC ENERGY COMMISSION	유럽	36	마이크론	미국	34

 이 글을 쓰는 가장 큰 이유가 이 표에 있다. 차세대 반도체 메모리 혹은 차세대 인공지능 프로세서를 포함하고 있는 분야이며, PIM(Processing in Memory)와 Neuromorphic(뉴로모픽), 및 NPU(Neural Processing Unit)을 포함하고 있다. 

 PIM 분야는 메모리에 프로세서를 포함하여 구성되므로 전통적인 폰 노이만 구조의 컴퓨팅에서 중앙처리장치와 메모리 사이에서 발생하는 지연을 최대한 줄이기 위한 구조이므로 처리 속도에서 지금의 메모리 단독 대역폭 확대(HBM)를 위한 기술보다 더 진일보한 기술로 여겨진다. PIM 분야에서 가장 많은 특허를 출원한 기업은 놀랍게도 삼성전자이다. 2위 그룹군인 미국의 마이크론과 INTEL의 특허를 합친것 만큼의 특허 출원수를 나타낸다. 그 외 SK 하이닉스, AMD, QUALCOMM 등 글로벌 반도체 기업들이 그 다음순에 위치하고 있다. 

 뉴로모픽 분야는 인간의 뇌 신경망을 모방한 아키텍쳐와 프로세싱 방법을 구현하기 위한 기술로 아직 시작단계에 있는 기술이다. 이 또한 차세대 반도체 기술에 해당하며 INTEL이 가장 많은 출원 활동을 영위하고 있으며, 그 다음으로 삼성전자의 특허출원이 많이 이루어지고 있다.

 NPU는 인공지능 연산에 최적화된 연산처리를 수행하는 프로세서로서 많이 알려진 구글의 텐서프로세싱유닛 등이 있다. 이 또한 삼성전자의 특허 출원이 글로벌 Top 1에 올라있으며 2위와 3위 특허출원의 합 보다도 삼성전자의 특허 출원수가 더 높아 기술적 수준을 고려하지 않은 양적인 부문에서는 삼성전자가 압도적인 연구개발 성과를 보이고 있다.

 인공지능HW 중 범용컴퓨팅과 AI컴퓨팅의 기업별 기술개발 현황을 살펴봤다. 범용컴퓨팅 분야는 NVIDIA와 INTEL, AMD의 3파전 그 중 NVIDIA의 가장 우세로 나타나고 있으며, AI 컴퓨팅 분야는 놀랍게도 뉴로모픽(삼성전자 2위)을 제외한 나머지 PIM과 NPU 분야는 삼성전자가 연구개발을 가장 활발하게 영위하고 있는 것으로 나타났다. 물론 질적인 부문과 이를 제품화할 수 있는 수율 부문을 기술 내용을 담은 특허가 담보할 수는 없으나 옛말에 '양중질'이라는 말이 있듯이 삼성전자의 연구개발의 다양화와 특허 창출의 다각화는 폄하받을 이유는 없다고 생각한다. 다가올 미래에 차세대 반도체로 적절히 대응하고 있어 현재 HBM에서 고전하고 있어 미래에 대한 우려가 커지는 상황에서 삼성전자의 미래에 대해 두려워만 할 필요는 없어보인다. 

 다음 시간에는 기술분류체계 중 남은 차세대 메모리소자에 대한 내용을 알아보도록 하겠다.