PiM(Processing in Memory)

잘난 척 한 줄 : 지금 컴퓨터는 데이터를 가져와서 계산한다. PiM은 데이터를 가져오지 않고, 메모리 안에서 바로 계산한다.

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PiM(Processing in Memory)이란?

PiM은 데이터를 메모리에서 꺼내 계산하는 대신, 메모리 내부에서 직접 연산을 수행하는 컴퓨팅 기술이다.

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왜 등장했는가 (배경 설명)

컴퓨터 성능이 느려지는 이유를 많은 사람들은 이렇게 생각한다.

👉 CPU나 GPU가 느리기 때문

하지만 실제로는 다른 문제가 더 크다.

👉 데이터 이동

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컴퓨터 구조를 보면 대부분 이렇게 작동한다.

1. 데이터는 메모리에 저장
2. CPU/GPU가 데이터를 가져옴
3. 계산 수행
4. 결과 다시 메모리로 저장

이 과정을 계속 반복한다.

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문제는 여기서 발생한다.

데이터를 가져오는 과정이 생각보다 매우 느리다.

그래서 생긴 개념이 있다.

👉 폰 노이만 병목(Von Neumann Bottleneck)

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이걸 해결하기 위해 나온 발상이 바로

👉 “굳이 데이터를 옮겨야 할까?”

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그래서 등장한 기술이
👉 PiM(Processing in Memory)이다.

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핵심 구조 / 작동 원리

PiM의 핵심 아이디어는 단순하다.

👉 계산을 메모리 안에서 해버리자

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기존 구조

• 메모리 → 데이터 저장
• CPU/GPU → 계산 수행

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PiM 구조

• 메모리 → 저장 + 계산

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즉,

데이터를 이동시키지 않고 메모리 안에서 연산이 일어난다.

이렇게 되면

• 데이터 이동 ↓
• 지연 시간 ↓
• 전력 소비 ↓

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구조 차이 비교

구분	기존 컴퓨팅	PiM
계산 위치	CPU/GPU	메모리
데이터 이동	많음	거의 없음
병목	발생	크게 감소
전력 효율	보통	높음

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쉽게 비유하면 이렇다.

기존 컴퓨터는

👉 창고에서 재료 가져와서
👉 주방에서 요리한다.

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PiM은

👉 창고 안에 주방을 만든다.

그래서 이동이 사라진다.

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어디에 쓰이는가 (실제 사례)

PiM은 특히 데이터가 많은 작업에서 강점을 가진다.

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1. AI 연산

AI 모델은 엄청난 양의 데이터를 처리한다.

특히 행렬 연산이 많기 때문에 PiM 구조가 매우 유리하다.

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2. 데이터센터

대규모 데이터 분석이나 AI 학습 환경에서 데이터 이동이 큰 문제가 된다.

PiM은 이 문제를 줄여준다.

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3. 메모리 기반 AI 칩

대표적인 연구 기업

• 삼성전자
• SK하이닉스
• IBM

이 기업들은 메모리 기반 AI 연산 기술을 개발하고 있다.

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4. 고성능 컴퓨팅

• 기후 분석
• 과학 계산
• 유전체 분석

이런 분야에서도 PiM이 연구되고 있다.

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왜 지금 중요한가 (시대 맥락 연결)

AI 시대의 핵심 문제는 연산 능력이 아니다.

👉 데이터 이동

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모델이 커질수록 데이터 이동량도 폭증한다.

그래서 반도체 업계에서는 이 질문이 나오기 시작했다.

👉 “데이터를 계속 옮겨야 할까?”

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이 질문의 대표적인 답이 바로 PiM이다.

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지금 AI 반도체 경쟁은 단순한 연산 성능 경쟁이 아니라

👉 데이터 이동을 얼마나 줄이느냐의 경쟁이다.

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장점

PiM의 가장 큰 장점은 효율이다.

데이터 이동이 줄어들기 때문에 전력 소비가 크게 감소한다.

또한 지연 시간이 줄어들어 AI 연산 속도도 향상된다.

👉 “덜 움직이고 더 빨리 계산”

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한계 또는 리스크

하지만 아직 해결해야 할 문제도 있다.

먼저 기존 컴퓨터 구조와 완전히 다른 설계가 필요하다.

또한 소프트웨어 생태계도 아직 초기 단계다.

그래서 PiM은 아직
👉 연구와 초기 상용화 단계에 있다.

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핵심 정리

항목	내용
정의	메모리 내부 연산 기술
핵심 문제	데이터 이동 병목
특징	저장 + 계산 통합
의미	차세대 컴퓨팅 구조

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마무리 (산업적 / 경제적 의미 확장)

컴퓨터 성능은 오랫동안 이렇게 발전해왔다.

👉 더 빠른 CPU
👉 더 강력한 GPU

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하지만 AI 시대에는 새로운 문제가 나타났다.

👉 데이터 이동

그래서 컴퓨터 구조도 조금씩 바뀌기 시작했다.

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앞으로 중요한 질문은 이것이 될 가능성이 크다.

👉 “얼마나 많이 계산하느냐”
→ ❌

👉 “얼마나 적게 움직이느냐”
→ ✅

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그리고 그 흐름의 중심 기술 중 하나가
👉 PiM(Processing in Memory)이다.

 

참고 자료

• 삼성전자 PiM 기술 소개
  https://www.samsung.com
• SK hynix 메모리 연구
  https://www.skhynix.com
• IBM Research Memory Computing
  https://research.ibm.com
• IEEE Memory Architecture 자료
  https://www.ieee.org

Samsung 대한민국 | 모바일 | TV | 가전 | IT

SK hynix

IBM Research

 

참고 영상

• https://www.youtube.com/results?search_query=processing+in+memory+설명
• https://www.youtube.com/results?search_query=PiM+메모리+컴퓨팅
• https://www.youtube.com/results?search_query=von+neumann+bottleneck+설명
• https://www.youtube.com/results?search_query=AI+메모리+아키텍처

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