인공지능 분야에서 하드웨어 전력 소모를 줄이기 위해 인간 뇌의 신경망 구조를 모방하여 연산과 기억을 동시에 처리하는 뇌신경 모방 반도체 기술인 뉴로모픽 칩이 개발되고 있나요?

Question

인공지능 분야에서 하드웨어 전력 소모를 줄이기 위해 인간 뇌의 신경망 구조를 모방하여 연산과 기억을 동시에 처리하는 뇌신경 모방 반도체 기술인 뉴로모픽 칩이 개발되고 있나요?

Answer 1

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

인공지능 분야의 핵심 차세대 기술로서 뉴로모픽 칩 개발이 매우 활발히 이루어지고 있습니다 기존 폰노이만 구조는 연산 장치와 메모리가 분리되어 있어 데이터 이동 시 대량의 병목 현상과 전력 소모가 발생하지만 뉴로모픽 칩은 뇌의 뉴런과 시냅스 구조를 차용해 프로세서 내 메모리 기술 등으로 연산과 기억을 한 공간에서 동시에 처리합니다. 또한 자극이 발생할 때만 전기를 소비하는 스파이킹 신경망 방식을 도입하여 기존 AI 반도체 대비 전력 소모를 최대 1/100 수준 이하로 대폭 줄일 수 있습니다 이 덕분에 전력 제약이 극심한 엣지 AI 디바이스 자율주행 로봇 공학 등 초저전력 고효율 지능형 컴퓨팅이 필요한 영역을 중심으로 글로벌 반도체 기업과 연구기관의 기술 상용화 경쟁이 가속화되고 있습니다

Answer 2

안녕하세요. 강세훈 전문가입니다.

뉴로모픽 칩은 활발히 개발되고 있으며 이미 실물 칩도 여럿 나와 있습니다.

연산과 기억을 한 공간에서 처리하고 신호가 문턱을 넘을 때만 전기를 쓰는 스파이크 방식으로 기존 AI 반도체보다 전력 소모를 수천분의 일로 줄일 수 있습니다.

Answer 3

안녕하세요. 설효훈 전문가입니다. 뉴로모픽 칩은 인간 뇌의 뉴런과 시냅스 구조에서 아이디어를 얻어, 기존 컴퓨터처럼 메모리와 연산을 각각하는 방식을 줄이고 연산과 기억을함께 처리하도록 설계합니다. 

  기존 GPU가 많은 데이터를 빠르게 반복 계산하는 데 강하다면, 뉴로모픽 칩은 카메라·센서처럼 계속 들어오는 데이터를 필요한 순간에만 처리하는 데 특히 유리합니다. 다만 아직은 범용 AI를 GPU처럼 대체하는 단계라기보다는 저전력·실시간 처리가 필요한 분야를 중심으로 연구·개발되고 있는 기술이라고 보시면 됩니다. 

Answer 4

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

네, 활발하게 개발 중이고 이미 실물 칩이 여럿 나와 있어요. 인텔의 로이히, IBM의 트루노스와 노스폴이 대표적이고, 국내에서는 삼성전자와 SK하이닉스, KAIST, 서울대 연구팀이 소자와 아키텍처 연구를 이어가고 있어요.

말씀하신 대로 목적은 전력이에요. 지금 컴퓨터는 연산 장치와 메모리가 분리돼 있어서 데이터가 둘 사이를 끊임없이 오가고, 그 왕복에 전력 대부분이 소모돼요. 뉴로모픽 칩은 인공 뉴런 회로들을 그물처럼 연결하고 연결부마다 값을 기억하는 소자를 심어, 계산이 메모리 안에서 바로 일어나게 만들어요. 여기에 신호가 문턱을 넘을 때만 짧은 펄스를 쏘는 스파이크 방식을 써서, 대부분의 회로가 대부분의 시간 동안 꺼져 있어요. 그래서 전력이 수백에서 수천 분의 일로 줄어든다는 결과가 나와요.

다만 상용화는 아직 초기 단계예요. 기존 AI 소프트웨어가 전부 GPU 방식에 맞춰져 있어서 뉴로모픽용 프로그래밍 생태계가 빈약하고, 인식 정확도가 기존 방식에 못 미치는 영역도 있어요. 그래서 지금은 대규모 학습보다 센서와 붙어 항상 켜져 있어야 하는 소형 기기, 드론, 웨어러블 쪽에서 실증이 진행되고 있어요. AI 데이터센터 전력 문제가 커질수록 주목받는 기술이라 투자와 연구는 계속 늘어나는 추세예요 :)