기존 CPU는 구조상 병렬 처리 어려워…성능 향상 한계
모르미, '한주기이론'으로 CPU 병렬 처리 기술 개발 중
연내 첫 컴파일러 개발 완료 목표…"코어수 늘린 칩도 개발"

신생 팹리스인 '모르미'다. 모르미가 개발하려는 완전 병렬처리 방식의 CPU는 이론상으로 코어수를 무한정 늘릴 수 있어, CPU 성능을 획기적으로 높일 수 있다. 개발된다면 세계 최초가 된다.

이준범 모르미 대표는 최근 《디일렉》과 인터뷰에서 "모르미는 기존 구조로는 달성할 수 없었던 완전한 병렬 처리의 CPU를 개발하는 '퍼스트 무버(First Mover)' 팹리스"라며 "기술 증명을 위해 올해 중순까지 관련 논문을 사이언스지에 게재하고, 올해 말까지 1.0 버전의 컴파일러 개발을 목표로 하고 있다"고 밝혔다. 

모르미는 지난 2018년 통신용 반도체를 전문으로 개발해 온 이준범 대표가 설립한 팹리스다. '한 주기 이론(EOPPP; Every One Period Parallel Processor)' 기반의 CPU를 핵심 기술로 개발하고 있다. 

일반적으로 CPU 내에서 연산을 담당하는 코어는 하나의 명령어를 입력받고 데이터를 하나씩 처리한다. 이를 통해 CPU는 주기를 여러번 반복하면서 데이터를 모으고, 분석하고, 저장하는 일련의 과정을 순차적으로 수행하게 된다. 때문에 CPU의 성능을 높이려면 동작속도를 올려 데이터 처리를 빠르게 하는 것이 일반적이었다.

여러 개의 코어가 동시에 데이터를 분석하는 병렬 처리를 활용하면 훨씬 효율적이고 빠른 데이터 처리가 가능하다. 하지만 CPU에서 병렬 처리가 가능한 영역은 5% 수준에 불과하다. 나머지 95%는 여전히 직렬 처리를 써야하기 때문에, 코어 수를 아무리 늘려도 이론상 성능을 2배까지 높이는 게 불가능하다. 이를 '암달의 법칙'이라 부른다.

모르미의 EOPPP는 이런 한계를 해결하는 기술이다. EOPPP 기반의 CPU는 연산 전에 각 코어에 데이터를 미리 분배해 저장해둔다. 이후 저장된 데이터를 한 주기에 모두 처리하고, 처리된 데이터는 '메시 네트워크'라는 망을 통해 이동 및 정렬돼 저장된다. 이 저장된 결과값을 다음 한 주기에 다시 사용하면 연속적으로 병렬 처리를 할 수 있게 된다.

이준범 대표는 "EOPPP는 한 주기에 여러 개의 명령어로 여러 개의 데이터를 병렬 처리해 CPU 속도를 끌어올릴 수 있다"며 "현존하는 CPU가 코어를 아무리 늘려도 최대 5개의 명령어를 동시에 처리할 수 있는 반면, 모르미의 CPU는 코어가 1만개면 1만개의 명령어를 동시에 처리하는 게 가능하다"고 설명했다.

실제로 모르미는 설립 초기 32코어의 FPGA(필드프로그래머블게이트어레이) 샘플로 기존 CPU와 성능 비교를 했을 때, 피보나치 수열 등 특정 분야에서 10배 빠른 성능을 나타냈다고 설명했다.

모르미는 EOPPP 기술을 구현하기 위한 아키텍처, 기계어 등을 독자 개발해 특허로 등록했다. 현재는 컴파일러 개발만 완료되면 완전한 프로그램을 돌릴 수 있는 수준에 다다랐다. 모르미는 올해 중순께 사이언스지에 해당 컴파일러 관련 논문을 게재하고, 이를 기반으로 올해 말까지 1.0 버전의 컴파일러를 선보인다는 계획이다. 아울러 중장기적으로는 FPGA를 넘어 코어 수를 최대 1만개로 늘린 CPU도 출시할 예정이다.

이준범 대표는 EOPPP가 실제 상용화되는 경우 PIM(프로세싱-인-메모리)과 같은 차세대 반도체 시장에 전환점을 줄 수 있다고 설명했다. PIM은 메모리 반도체에 CPU·GPU와 같은 연산기능을 결합한 기술이다. 챗GPT와 같이 고용량 데이터를 빠르게 처리해야 하는 어플리케이션이 발달하면서 주목받는 기술이다.

이준범 대표는 "삼성전자와 같은 유수의 기업들이 AI 산업을 위한 CPU 기반의 PIM을 만들기 위해 노력해왔지만, CPU의 명령어 수 한계로 다양한 분야에 활용되는 제품을 만드는 데 어려움을 겪고 있다"며 "모르미가 이같은 문제를 해결할 수 있는 파괴적인 혁신을 일으킬 것"이라고 강조했다.

디일렉=장경윤 기자 jkyoon@thelec.kr
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