경북대·UNIST, 반도체 회로 설계 효율 높이는 AI 기술 구현

송대건 경북대 교수 연구팀·윤희인 유니스트 교수 협력
수개월 걸리던 설계, AI로 '하루 수준' 단축
성능 지표(FoM) 개선… 효율성 동시 확보

송대건 경북대 전자공학부 교수. 경북대 제공

윤희인 울산과학기술원(UNIST) 전기전자공학과 교수. UNIST 제공

고성능 통신용 반도체 회로 설계 시간을 획기적으로 줄일 수 있는 인공지능(AI) 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

송대권 경북대학교 전자공학부 교수 연구팀과 윤희인 울산과학기술원(UNIST) 전기전자공학과 교수 연구팀이 통신 핵심 회로인 LC 전압제어 발진기(LC-VCO)를 설계부터 실제 칩 구현을 위한 물리적 레이아웃까지 자동으로 수행하는 AI 모델을 개발했다고 6일 밝혔다.

LC-VCO는 5G 등 고속 통신 시스템에서 주파수를 생성하는 핵심 부품이다. 성능을 높이기 위해서는 인덕터와 트랜지스터 크기, 배치 등 다양한 요소를 정밀하게 조정해야 한다. 특히 회로를 실제 칩 형태로 구현하는 레이아웃 단계에서는 배선 구조와 소자 배치에 따른 기생 효과로 인해 초기 설계 성능이 저하되는 문제가 있었다.

연구진은 기존처럼 회로 설계와 레이아웃을 따로 최적화하는 방식에서 벗어나, 두 과정을 하나의 체계로 통합해 동시에 최적 조건을 찾는 AI 모델을 구현했다.

회로 설계 단계에서는 강화학습을 활용해 목표 주파수와 성능을 만족하는 설계 조합을 탐색하고, 레이아웃 단계에서는 경사하강법을 적용해 배선 폭과 간격 등 물리적 요소를 반복적으로 조정해 성능을 개선한다.

실험 결과, 기존 자동 설계 방식에 약 119시간이 소요되던 작업이 28.5시간으로 단축돼 약 76% 이상의 시간 절감 효과를 보였다. 성능 지표(FoM) 또한 기존 대비 개선된 것으로 나타났다.

또한 전이학습을 도입해 공정이 달라져도 기존 학습 결과를 활용할 수 있도록 했다. 65나노 공정에서 학습된 AI가 40나노나 28나노 공정에서도 추가 데이터 약 10%만으로 설계를 이어갈 수 있는 점도 특징이다.

연구팀은 "이번 기술이 5G·6G 통신과 AI 반도체 성능 향상은 물론 설계 비용 절감과 인력 부족 문제 해소에도 기여할 것"이라고 밝혔다.