포항공대 연구팀, AI로 반도체 설계 자동화 길 열어…“현장 적용 목표”

(왼쪽부터)김병섭 교수, 정순규 씨, 최원준씨, 최준웅씨, 어닉 비스와스씨. 포항공대 제공

포항공과대학(POSTECH) 연구진이 인공지능(AI)을 활용한 반도체 설계 자동화의 길을 열었다.

포항공대는 29일 전자전기공학과 김병섭 교수팀이 사람의 감각과 경험에 의존해 오던 반도체 설계 난제를 AI로 해결했다고 밝혔다. 연구는 반도체 회로 및 시스템 분야 국제 학술지인 ‘IEEE Transactions on Circuits and Systems(TCAS-I)’에 최근 게재됐다.

반도체는 대부분의 전자기기에 장착되는 핵심 기술이지만 설계는 사람의 손과 경험이 필요해 자동화가 쉽지 않다. 때문에 ‘아날로그 반도체 설계’는 설계자의 감각과 노하우에 의존하는 분야로 남아있다. 또한 설계 데이터는 기업 핵심 자산이라 외부 공개가 제한돼 학습에 필요한 데이터도 극히 부족한 실정이다.

이에 연구팀은 ‘파운데이션 모델’ 개념에 주목했다. 해당 모델은 대규모 데이터로 먼저 학습한 뒤 소량의 추가 학습만으로 다양한 작업을 수행할 수 있는 범용 AI 모델이다.

학습을 위해 반도체 배치도를 조각으로 나눈 뒤 일부를 가리고, 퍼즐을 맞추는 방식으로 설계 규칙을 익히는 ‘자기지도학습’ 방식을 적용해 대규모 사전학습을 시행했다. 이후 공통적으로 반복되는 구조와 패턴을 익힌 AI가 회로 연결과 구조 형성에 필요한 설계 작업을 수행할 수 있도록 추가 데이터 학습을 진행했다.

실험 결과 AI가 만든 배치도 중 96.6%가 설계 규칙과 회로 검증을 모두 통과했고, 기존 방식에 비해 1/8 수준의 데이터로도 동일한 성능을 달성했다.

상용화할 경우 설계 인력과 개발 기간을 줄여 반도체 산업 전반의 생산성과 경쟁력을 높이는 데 기여할 것으로 기대된다. 연구팀은 산업 현장 적용을 목표로 연구를 이어갈 계획이다.

연구를 이끈 김병섭 교수는 “이번 연구는 데이터 부족으로 막혀 있던 아날로그 반도체 설계 자동화의 가능성을 실질적으로 확장한 성과”라고 했다.

포항 김형엽 기자