삼성전자, 업계 최고 성능 'UFS 5.0' 메모리 개발...온디바이스 AI 최적의 솔루션 제시...10.8GB/s 데이터 전송 대역폭으로 차세대 스마트폰 등 모바일 기기에 탑재 예정, AI 모델·데이터 빠르게 RAM에 전달

[한국정보기술신문] 삼성전자 반도체가 업계 최고 성능을 구현한 'UFS 5.0' 규격의 차세대 모바일 메모리 개발을 마쳤다고 밝혔다. 이번에 개발이 완료된 UFS 5.0 메모리는 차세대 스마트폰을 비롯한 각종 모바일 기기에서 데이터를 보관하는 저장장치로 쓰일 예정이다. UFS(유니버설 플래시 스토리지·Universal Flash Storage)는 스마트폰 같은 기기 안에 들어가는 내장형 플래시 메모리의 표준 규격을 말한다. 플래시 메모리는 전원을 꺼도 저장한 내용이 지워지지 않는 메모리로, 사진이나 영상, 앱을 담아 두는 데 쓰인다.

삼성전자는 이번 제품이 초당 10.8기가바이트(GB/s)의 데이터 전송 대역폭을 갖춰, 기기 자체에서 인공지능(AI)을 돌리는 '온디바이스 AI' 시대에 맞춘 솔루션을 제공하게 됐다고 설명했다. 대역폭이란 한 번에 주고받을 수 있는 데이터의 양을 도로의 차선 수에 빗댄 개념으로, 폭이 넓을수록 같은 시간에 더 많은 데이터를 나를 수 있다. 1초에 10.8GB는 고화질 영화 두세 편 분량을 한 번에 옮기는 수준의 속도다.

최근 스마트폰 흐름의 중심에는 온디바이스 AI(On-device AI)가 있다. 온디바이스 AI는 인터넷을 통해 외부의 클라우드 서버에 연결하지 않아도, 단말기 자체에서 AI를 활용해 실시간 통역이나 사진 편집 같은 작업을 수행하는 방식을 말한다. 클라우드 서버는 인터넷 너머에 있는 거대한 컴퓨터 설비로, 그동안 무거운 AI 연산은 주로 이곳에서 처리해 왔다. 이를 기기 안으로 가져오면 인터넷 연결 없이도 빠르게 작동하고, 개인 정보가 기기 밖으로 나가지 않아 보안에도 유리하다는 장점이 있다.

삼성전자는 온디바이스 AI를 클라우드 서버에 의존하지 않고 스마트폰 같은 '엣지 디바이스' 안에서 직접 AI 모델을 실행하는 방식이라고 설명했다. 엣지 디바이스란 데이터가 만들어지고 쓰이는 현장의 끝단에 있는 기기, 즉 사용자 손안의 스마트폰이나 노트북 같은 단말기를 가리키는 말이다. 멀리 떨어진 데이터센터까지 데이터를 보냈다가 결과를 돌려받는 대신, 기기 자체에서 곧바로 처리하기 때문에 응답이 빠르고 인터넷이 끊긴 상황에서도 쓸 수 있다.

문제는 이런 AI 기능을 기기 안에서 구현하려면 엄청난 양의 데이터를 단말기 스스로 처리할 수 있어야 한다는 점이다. 삼성전자는 이를 위해 UFS와 AP(NPU), RAM 등 여러 반도체가 제 역할을 해야 한다고 설명했다. AP(애플리케이션 프로세서)는 스마트폰의 두뇌에 해당하는 반도체로, 이 안에 든 NPU(신경망처리장치)는 AI 연산을 전담하는 부분이다. RAM은 작업 중인 데이터를 잠시 담아 두는 임시 저장 공간을 가리킨다.

이 가운데 UFS는 고화질 4K·8K 동영상이나 이미지, 각종 앱을 보관하는 저장장치 역할에 더해, 온디바이스 AI가 작동할 수 있도록 AI 모델과 데이터를 빠르게 RAM으로 전달하는 일을 맡는다. AP가 AI 연산을 제때 수행하려면 필요한 데이터가 빠르게 공급돼야 하는데, 그 통로 역할을 UFS가 한다는 것이다. 4K·8K는 화면을 이루는 점(화소)의 수가 많아 매우 선명한 초고화질 영상 규격을 말한다.

결국 온디바이스 AI는 어느 한 반도체의 힘만으로 돌아가지 않는다. 평소에는 데이터를 안전하게 보관하던 UFS가 AI가 실행되는 순간에는 데이터를 빠르게 내보내는 공급자로 바뀌고, RAM이 이를 받아 잠시 펼쳐 두면, AP 속 NPU가 실제 연산을 처리하는 식으로 역할이 맞물린다. 이때 어느 한 곳에서라도 데이터가 더디게 오가면 전체 작업이 느려지는 '병목'이 생긴다. 병목은 좁은 통로 탓에 흐름 전체가 느려지는 현상을 빗댄 말이다. 데이터를 담아 두기만 하던 저장장치가 AI 시대 들어 성능을 좌우하는 핵심 부품으로 떠오른 이유가 여기에 있다.

삼성전자 UFS 메모리는 UFS 2.0을 시작으로 본격 상용화된 이후 10년 이상 각종 모바일 기기에 탑재되며 사용자의 데이터를 보관하는 저장장치로 쓰여 왔다. 상용화란 개발한 기술을 실제 제품에 적용해 시장에 내놓는 것을 말한다. 세대를 거듭할수록 데이터를 읽고 쓰는 속도가 빨라졌고, UFS 5.0에 이르러 10.8GB/s의 대역폭을 확보하게 됐다는 것이 회사 측 설명이다.

UFS가 '표준 규격'이라는 점도 눈여겨볼 대목이다. 표준 규격이란 여러 제조사가 공통으로 따르는 약속을 말한다. 메모리를 만드는 회사와 이를 받아 스마트폰을 만드는 회사가 같은 규격을 쓰면, 부품을 서로 맞춰 쓰기 쉽고 새 세대 제품으로 넘어가기도 수월하다. 삼성전자가 새 규격의 제품을 가장 먼저 내놓는다는 것은, 그만큼 차세대 모바일 기기의 성능을 끌어올릴 바탕을 앞서 마련한다는 의미로도 읽힌다. 온디바이스 AI가 처리하는 작업도 앞서 언급한 사진·영상 편집에 그치지 않고 실시간 통역 등으로 넓어지고 있어, 이를 뒷받침할 저장장치의 속도는 갈수록 중요해지는 추세다.

삼성전자는 늘어나는 AI 시장의 요구에 맞춰 UFS 5.0 메모리를 비롯한 첨단 메모리 솔루션을 계속 선보일 계획이라고 밝혔다. 메모리 반도체는 데이터를 저장하거나 잠시 담아 두는 반도체를, 솔루션은 특정 문제를 풀기 위한 제품이나 기술을 통틀어 일컫는 말이다.

삼성전자는 UFS가 온디바이스 AI에서 하는 역할을 사진·영상 편집 사례로 설명했다. 스마트폰 사용자가 AI를 활용해 고화질 영상을 편집한다고 가정하면, 작업은 크게 세 단계로 이뤄진다.

먼저 사용자가 AI 기능을 실행하면, 두뇌 역할을 하는 AP가 필요한 AI 모델과 영상 데이터를 읽어 오라고 UFS에 명령한다. 이때 쓰이는 AI 모델은 대용량 언어 모델(LLM)인 경우가 많다. LLM은 방대한 양의 글을 학습해 사람의 말을 알아듣고 문장을 만들어 내는 AI를 말한다. 다음으로 UFS가 그 AI 모델과 데이터를 임시 저장장치인 RAM으로 불러들이고, 마지막으로 AP가 RAM에 올라온 모델과 데이터를 이용해 AI 연산을 수행하면서 편집을 끝낸다.

이 과정에서 핵심은 두 번째 단계, 즉 UFS가 무거운 AI 모델과 원본 영상을 얼마나 빠르게 RAM으로 보내느냐에 달려 있다. 삼성전자는 UFS 5.0의 10.8GB/s 대역폭이면 용량이 수십 GB에 이르는 4K 초고화질 영상도 수 초 안에 RAM으로 불러들일 수 있어, 사용자가 빠르게 AI 작업을 마칠 수 있다고 설명했다.

다만 이번 내용은 삼성전자 반도체가 자사 뉴스룸을 통해 직접 소개한 자료로, 외부의 독립적인 검증을 거친 것은 아니다. UFS 5.0 메모리가 실제로 어떤 기기에 언제부터 탑재되는지, 양산 일정과 체감 성능이 어느 정도일지는 향후 제품 출시와 시장의 반응을 지켜봐야 가늠할 수 있을 전망이다.