카이스트 국내연구팀이 GPU(그래픽처리장치)보다 911배 빠르고 에너지 효율이 2만 6400배 더 높은 인공지능 반도체인 ‘메타브레인’을 개발했다. 인공지능 반도체는 실사에 가까운 3차원(3D)이미지를 효율적으로 그려내는데 쓰일 전망이다. 모바일 기기에서도 구현이 가능해서 3차원 가상세계(메타버스) 대중화를 앞당기는데도 기여할 것으로 기대된다.
카이스트 전기및전자공학부 유회준 연구팀의 메타브레인
카이스트 연구팀이 인공지능 반도체 메타브레인을 개발했다고 2023년 3월 7일에 발표했다. 카이스트는 메타브레인에 새로 개발한 최첨단 집적회로 CMOS 칩을 적용해서 세계최고 수준의 성능을 구현했다.
메타브레인은 AI로 3D 렌더링을 구현할 때 비효율적인 연산이 발견되어 사람의 사람의 시각적 인식 방식을 결합했다. 그 결과 효율적인 3D이미지 구현을 더 실사로 가능하게 되었다.
사람의 인지과정은 타인을 기억할 때 대략적인 윤곽에서 시작해 점점 그 형태를 구체화하는 과정을 거친다. 사람은 바로 직전에 봤던 것이 물체면 이 물체를 토대로 현재의 물체가 어떻게 생겼는지 추측한다.
연구팀은 사람의 인지과정을 모방해 AI 반도체가 저해상도 ‘복셀(Voxel)로 미리 사물의 대략적 형태를 파악하고 과거 이미지들을 토대로 이미지를 그려낼 때 필요한 연산량을 최소화하도록 했다. 복셀은 3D공간에서 정규 격자 단위값을 말한다.
메타브레인의 AI 3D 랜더링 처리속도는 최대 100 FPS(1초당 나타내는 사진수)의 이미지 생성속도를 냈다. 이는 기존 GPU보다 약 911배 빠른 속도라고 연구팀은 설명한다. 1개 이미지(영상) 처리당 에너지 소모도 GPU 대비 2만 6400배 낮은 것으로 나타났다.
메타브레인은 막대한 비용이 들어 문제였던 3D 영상캡처 스튜디오가 필요 없다. 그래서 3D 모델 제작에 드는 비용을 획기적으로 줄일 수 있다. 연구팀은 메타브레인 활용을 위해 스마트 3D렌더링 응용시스템을 함께 개발했다.
메타브레인은 막대한 비용이 들어 문제였던 3D 영상캡처 스튜디오가 필요 없다. 그래서 3D 모델 제작에 드는 비용을 획기적으로 줄일 수 있다. 연구팀은 메타브레인 활용을 위해 스마트 3D렌더링 응용시스템을 함께 개발했다.
AI에게 원하는 스타일의 이미지를 주고 학습하게 하면 간편하게 3D모델로 편집할 수 있다. 각종 구조로 3D모델을 만들고 영화 제작환경에 맞춰 날씨 등을 바꾸는 등 메타버스(가상세계) 분야에서 다양한 시도가 가능할 전망이다.
연구팀은 연구성과를 2023년 2월 18일부터 2월 22일까지 미국 샌프란시스코에서 열린 세계적인 반도체 학술대회인 국제고체회로설계학회(ISSCC)에서 공개했다.
인공지능 반도체
AI 반도체는 알파고, 챗봇GPT 등이 학습데이터를 단시간에 받아들이고 처리하기 위해서 필요한 특별한 프로세서(연산 장치)이다. AI 서비스 구현에 필요한 것이 AI 반도체이다.
AI반도체는 비메모리 반도체이고 인공지능의 핵심 두뇌에 해당한다. 현재까지는 머신러닝 학습목적의 ‘학습용’이 대세였으나 AI서비스를 구현하는 ‘추론용’ 수요 증가가 예상된다.
AI 반도체가 개발되기 전에는 이 핵심 두뇌역할을 중앙처리장치(CPU)와 그래픽처리장치(GPU)가 담당했다. 이 두 가지도 인공지능을 처리할 수 있는 성능은 있으나 애초에 AI용으로 개발된 것이 아니어서 AI연산 외의 부분에 성능이 낭비되고 전력소모가 크다.
인공지능 반도체는 CPU와 GPU대비 범용성은 아직 낮지만 AI 알고리즘에 최적화된 AI 전용 반도체이다. AI의 딥러닝에 특화되었다는 의미에서 NPU(Neural Processing Unit, 신경망 처리장치)라고 부르기도 한다.
AI는 대규모 병렬처리 연산이 필요하다. CPU는 데이터를 순차적으로 직렬처리하는 반면에 GPU는 3D게임 등 고사양의 그래픽 처리를 위해 개발되었고 데이터를 병렬처리하는 특징이 있어 AI 반도체 중에 하나이다.
그러나 AI전용으로 개발된 것이 아니어서 한계가 있다. 그래서 개발된 것이 FPGA와 ASIC 형태이다. 국내 첫 AI반도체는 2020년 SK의 사피온 X220이다. AI 반도체는 반도체 기업인 퀄컴, 인텔, 엔비디아, SK, 구글, 아마존, 애플, 테슬라 등이 개발하고 있다.
인공지능 반도체는 학습 추론 등 인공지능 구현에 특화된 고성능· 저전력 시스템 반도체로 모바일· 데이터센터·자동차· 가전 등 다양한 산업분야와 융합해 새로운 시장을 창출할 것으로 전망된다.
정부는 AI 반도체를 제2의 D램으로 육성하고자 한다. 과학기술정보통신부는 2020년부터 ‘인공지능반도체 설계 경진대회’를 개최하고 있다. 1팀당 4인 구성이 기본이다. 인공지능반도체 분야의 우수인력과 창의적 아이디어 발굴이 목표이다.
(참조 aitimes, 기업마당, sktelecom)
서울대학교에 연합전공 인공지능반도체 공학과가 있고 충북대 등 주요 공립대에도 해당학과가 있어 인공지능 반도체 경진대회에서 실력을 발휘하고 있다. 한국은 반도체 강국이고 GPU보다 991배 빠른 AI 반도체를 개발했다.
카이스트 연구팀이 인공지능 반도체 메타브레인을 개발했다. 인공지능 반도체는 CPU와 GPU대비 범용성은 아직 낮지만 GPU보다 991배 빠르고 에너지 효율이 뛰어나며 AI 알고리즘에 최적화된 AI 전용 반도체이다.
