IBM, 뇌 닮은 AI반도체 개발… 삼성-SK도 추진

뇌 구조 모방한 차세대 반도체
비슷한 에너지로 연산처리 15배
이미지 분류 정확도 93% 달해
“지능-추론 AI 개발 위한 필수품”

미국 IBM이 공개한 인공지능(AI) 반도체로, 뇌 구조를 모사해 에너지 효율이 뛰어나다는 특징이 있다. IBM 제공

IBM이 뇌를 모사한 ‘인공지능(AI) 반도체’를 개발해 공개했다. 기존에 개발된 AI 반도체와 비슷한 에너지 효율을 유지하지만 연산 처리량은 15배에 달한다. 대규모 연산이 가능한 AI 학습에 활용될 것으로 전망된다.

IBM은 최근 국제학술지 ‘네이처 일렉트로닉스’에 새로 개발한 AI 반도체의 성능을 공개했다. 논문에 따르면 1W의 에너지로 초당 10테라(1테라는 1조) 개의 연산을 수행할 수 있다. 보통 연산 처리 속도가 빨라지고 에너지 효율이 높아지면 정확도가 떨어지지만 IBM 연구진은 이미지를 분류하는 시험에서 AI 반도체가 92.81%의 정확도를 보였다고 밝혔다.

‘뉴로모픽’이라고도 불리는 AI 반도체는 뇌의 구조를 모방해 개발한 차세대 반도체다. 우리 뇌의 가장 큰 특징은 여러 개의 데이터를 동시에 처리해 상황을 입체적으로 인지한다는 점이다. 엄청난 양의 연산을 수행하지만 사용하는 에너지는 매우 적다.

최근 대규모 학습을 기반으로 하는 생성형 AI가 정보기술(IT) 업계의 화두로 떠오르며 인간의 뇌처럼 적은 에너지를 사용해 많은 양의 연산이 가능한 AI 반도체 개발에 업계의 관심이 집중돼 왔다. ‘GPT 열풍’을 일으킨 오픈AI가 GPT를 운용하는 데 드는 전기료가 연 6000억 원을 웃도는 등 에너지 효율을 높이는 게 회사의 경쟁력이 됐기 떄문이다.

AI 서비스 구현에 많은 양의 전기가 사용되는 건 AI가 작동되는 하드웨어인 ‘폰노이만’ 형식의 컴퓨터가 AI 연산 처리에 부적합하기 떄문이다. 폰노이만 컴퓨터는 한 번에 하나의 연산만 처리할 수 있어 AI 학습처럼 한 번에 여러 데이터를 처리하는 ‘병렬식 연산’에 취약하다.

반면 뇌의 구조를 본떠 만든 AI 반도체는 병렬식 연산에 강점을 보인다. 폰노이만 컴퓨터는 연산을 하는 장치와 메모리가 물리적으로 멀리 떨어져 있지만 AI 반도체는 메모리와 연산 처리 장치를 가까이에 둬 계산 속도가 빠르고 에너지 효율성이 높다.

AI 반도체는 신경세포(뉴런)와 세포 사이를 잇는 시냅스로 이뤄진 뇌처럼 뉴런의 역할을 하는 ‘코어’와 시냅스 역할을 하는 ‘셀’을 여러 개 이어 붙이는 방식으로 구성돼 있다. 이번에 공개된 IBM AI 반도체의 경우 코어 64개가 연결돼 있고, 코어마다 가로세로 256개씩의 셀이 배치됐다. 그만큼 한 번에 많은 양의 연산을 처리할 수 있다.

국내에서도 뇌를 흉내낸 AI 반도체 연구가 활발히 진행되고 있다. 삼성전자는 SAIT(옛 삼성전자 종합기술원)를 통해 뉴로모픽을 개발 중이며 지난해 관련 논문을 국제학술지 ‘네이처’에 게재한 바 있다. SK하이닉스 역시 지난해까지 30건 이상의 뉴로모픽 관련 특허를 출원해오고 있다.

김재욱 한국과학기술연구원(KIST) 선임연구원은 “뉴로모픽은 인간의 뇌와 가장 유사하게 구현한 반도체”라며 “단기적으로는 에너지 효율을 높이는 강점이 있고 장기적으로 지능이나 추론이 가능한 AI를 개발하기 위해서는 필수적”이라고 했다.

최지원 기자 jwchoi@donga.com