최근 스마트폰 트렌드의 중심에는 온디바이스 AI(On-device AI)가 있다. 인터넷을 통해 클라우드 서버에 연결하지 않아도 단말기 자체에서 AI를 활용해 실시간 통역, 사진 편집 등의 작업을 수행한다. 이러한 AI 기능을 구현하려면 엄청난 양의 데이터를 디바이스 자체에서 처리할 수 있어야 하며, 이를 위해서는 UFS, AP(NPU), RAM 등 여러 반도체의 역할이 필수적이다.

이 중에서도 UFS는 고화질 4K, 8K 동영상이나 이미지 데이터, 각종 앱을 보관하는 스토리지로서의 역할뿐 아니라, 온디바이스 AI가 구현될 수 있도록 AI 모델과 데이터 등을 빠르게 RAM으로 전달해 AP가 AI 연산을 수행할 수 있도록 돕는 역할을 한다.

UFS 2.0을 시작으로 본격 상용화된 삼성전자 UFS 메모리는 10년 이상의 기간 동안 각종 모바일 기기에 탑재되며 사용자의 소중한 데이터를 보관하는 저장장치로 활용돼 왔으며, UFS 5.0에 이르러서는 10.8GB/s의 데이터 전송 대역폭을 바탕으로 온디바이스 AI 시대에 최적화된 솔루션을 제공하게 됐다. UFS 5.0에 이르기까지 삼성전자 UFS 제품의 세대별 성능 변화와 주요 특징을 인포그래픽을 통해 알아보자.

온디바이스 AI는 클라우드 서버에 의존하지 않고 스마트폰과 같은 엣지 디바이스 내부에서 직접 AI 모델을 실행하는 방식이다. 이를 구현하는 과정에서 UFS를 비롯한 여러 반도체가 담당하는 역할을 간단한 사례를 통해 알아보자.

스마트폰 사용자가 AI를 활용해 고화질 영상을 편집한다고 가정해 보자.

① 사용자가 AI 기능을 실행하면 AP(Application Processor)는 필요한 AI 모델(LLM; Large Language Model, 대용량 언어 모델)과 영상 데이터를 읽어오도록 UFS에 명령한다.

② UFS는 AI 모델과 데이터를 임시 저장장치인 RAM으로 로딩한다.

③ AP는 RAM에 로딩된 AI 모델과 데이터를 활용해 AI 연산을 수행하여 편집 작업을 완료한다.

위의 ②번 과정에서 UFS는 AI 모델과 원본 영상 데이터를 빠르게 읽어 RAM에 전달해야 한다. UFS 5.0 메모리의 대역폭은 10.8GB/s으로, 4K UHD급 초고화질 영상 파일(수십 GB 용량)을 수 초 내에 RAM에 불러들일 수 있기 때문에 사용자는 빠르게 AI 작업을 완료할 수 있다.

이상으로 UFS 메모리의 세대별 성능 변화와 주요 특징, 그리고 온디바이스 AI 구동 사례를 간단히 알아보았다. 삼성전자 반도체는 UFS 5.0 메모리를 비롯해, 날로 확대되고 있는 AI 시장의 요구를 만족시킬 수 있는 첨단 메모리 솔루션을 계속해서 선보일 계획이다.

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*UFS: Universal Flash Storage

이번 제품은 반도체 표준화 기구 ‘JEDEC’의 최신 내장 메모리 규격인 ‘UFS 5.0’ 인터페이스를 적용했다.

*JEDEC: Joint Electron Device Engineering Council

특히 UFS 5.0은 삼성전자의 첨단 9세대 V낸드(V9) 기반으로 개발돼 업계 최고 수준인 10.8GB/s의 데이터 전송 대역폭과 전력 효율을 동시에 구현했다.

최근 생성형 AI가 클라우드 중심에서 온디바이스 AI로 확산되며 모바일 기기 내부에서 처리해야 하는 데이터 규모가 급격히 증가하고 있다. 이에 따라 저장장치는 단순 데이터 저장 공간을 넘어 AI 연산을 뒷받침하는 핵심 인프라로 진화하고 있다.

삼성전자 UFS 5.0은 순차 읽기 속도 10.8GB/s, 순차 쓰기 속도 9.5GB/s를 지원해, 기존 UFS 4.1 대비 약 2배 이상 향상되었으며, 대용량 데이터를 더욱 빠르게 저장∙처리할 수 있다.

특히 AI 응용 환경에서 요구되는 다양한 데이터 처리에 최적화돼, 온디바이스 AI 환경에서 데이터 처리 지연을 줄이고 보다 빠른 응답 속도의 AI 서비스를 지원한다.

또한, UFS 5.0은 차세대 모바일 저전력 환경에 최적화된 ▲클락 게이팅 ▲멀티 전압 등 다양한 신규 기술을 적용해 전력 효율을 전작 대비 40% 이상 개선했다.

*클락 게이팅(Clock Gating): 사용하지 않는 회로의 동작 신호를 차단해 전력 효율을 높이는 기술
*멀티 전압(Multi Voltage): 회로별 최적 전압을 적용해 소비전력과 발열을 줄이는 기술

이를 바탕으로 동일한 양의 데이터를 전송할 때 소모되는 전력을 크게 낮춰 모바일 기기의 배터리 사용 시간을 향상시켰다.

삼성전자는 UFS 5.0을 가로 7.5mm, 세로 13mm, 높이 0.9mm로 전작 대비 16.7% 작아진 패키지를 구현해 ▲모바일 ▲웨어러블 ▲XR 기기 등의 설계 유연성과 공간 활용성도 높이며, 최대 1TB 용량까지 제공할 계획이다.

*XR(eXtended Reality): 확장현실

온디바이스 AI 활용이 확대되면서 모바일 기기의 성능과 사용자 경험을 결정하는 모바일 스토리지의 중요성이 더욱 부각되고 있다.

삼성전자 메모리사업부 상품기획팀장 최장석 상무는 “온디바이스 AI 시대에는 저장장치가 단순한 데이터 저장 공간을 넘어 AI 경험을 결정하는 핵심 요소로 자리잡고 있다”며 “삼성전자는 업계 최초 UFS 5.0 개발 완료를 통해 차세대 모바일 스토리지의 새로운 기준을 제시하고, AI 모바일 혁신을 지속적으로 주도해 나갈 것”이라고 밝혔다.

삼성전자는 올해 4분기부터 UFS 5.0 양산을 시작하여 시장의 요구에 선제적으로 대응하고, 향후 플래그십 스마트폰 뿐 아니라 XR 헤드셋, AI 웨어러블 등 차세대 디바이스 시장 성장에 맞춰 UFS 5.0 공급을 확대할 계획이다.

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