전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
홈 산업 생활경제

속보

더보기

[김정호의 4차혁명 오딧세이] 인공지능 반도체의 미래

기사입력 :

최종수정 :

※ 본문 글자 크기 조정

  • 더 작게
  • 작게
  • 보통
  • 크게
  • 더 크게

※ 번역할 언어 선택

인공지능 가능케 하는 '퍼셉트론' 아십니까?

현재 인공지능의 핵심으로 등장하는 딥러닝 알고리즘은 퍼셉트론(Perceptron)이라고 불리는 인공 신경망 모형에 기초하고 있다.

김정호 카이스트 교수

퍼셉트론은 인공신경망의 한 종류로서, 1957년에 코넬 항공 연구소의 프랑크 로젠블라트(Frank Rosenblatt)에 의해 고안됐다.

이것은 가장 간단한 인공 신경망의 형태로 동물의 신경계를 본 따서 고안되었다. 이러한 퍼셉트론의 동작 방식은 지금 인공지능 딥러닝의 기초가 된다.

퍼셉트론에서 각 노드의 가중치와 입력치를 곱한 것을 모두 합한 값이 활성함수에 의해 판단되는데, 그 합한 값이 임계치를 넘으면 뉴런이 활성화 되고, 그 신호가 다음 단계로 전달된다. 뉴런이 활성화되지 않으면 신호는 다음 단계로 전달되지 않는다.

딥러닝으로 표현되는 최근 인공지능 구조는 이러한 퍼셉트론을 기본 구조로 해서 여러 층의 연결망을 이룬다.

인공지능 기초 단위인 퍼셉트론 (Perceptron)의 구조. [출처=Towards Data Science]

4차 산업혁명 시대의 디지털 데이터는 묶음 형태로 존재한다. 영상 데이터 형태가 그렇고 빅데이터 자체가 그렇다. 그래서 인공지능이 다루는 입출력 데이터는 ‘벡터’ 혹은 다차원 ‘행렬’ 형태를 갖게 된다. 인공지능을 컴퓨터 소프트웨어 코드로 구현하는 과정을 보면, 그 과정에서 수 많은 ‘벡터’ 혹은 ‘행렬” 데이터를 곱하고 더하기를 반복한다고 볼 수 있다. 퍼셉트론 기능에 곱셈과 덧셈이 필요하기 때문이다.

그런데 한 개의 A 행렬과 다음 B 행렬이 곱해질 때, 하나 하나 숫자가 순서대로 곱해지는 것이 아니라 동시에 이루어 진다. 그리고 더해서 수많은 퍼셉트론 배치 자체가 병렬적이고 학습 계산 자체가 병렬적이다. 그 결과 인공지능 알고리즘 구현과정에서 필요한 다차원 디지털 행렬의 곱셈, 덧셈 과정은 매우 병렬적이다. 그래서 기존의 영상 신호 병렬 처리에 유리한 그래픽 프로세서(GPU) 반도체가 요즈음 인공지능 계산에 편리하게 사용되고 있다.

이러한 배경으로 미래의 인공지능 프로세서를 AIP(Artificial Intelligence Processor) 라고 부른다면 이 인공지능 반도체에서는 데이터 병렬 처리 기능이 최대화 되는 구조가 되어야 한다고 본다. 거기에 더해서 계산과정에서의 결과를 메모리 소자에 빠르게 기억해야 한다. 그래서 처리 속도를 높이기 위해서는 물리적으로 기억 소자의 위치가 프로세서에 병렬적이면서도 동시에 극단적으로 더욱 근접하게 배치되어야 한다. 그래서 병렬처리 성능이 지금의 GPU보다 100 배 이상 향상되어야 한다.

또한 계산과 기억을 하기 위해 걸리는 지연시간(Latency)도 지금보다 100 분의 1 이상으로 줄여야 한다. 다음으로 전력 소모가 지금의 100 분의 1 이하로 줄여져야 한다. 그래야 인공지능 컴퓨터가 배터리로 구동되는 자율주행자동차, 손안의 컴퓨터인 스마트폰 안으로 들어올 수 있다. 그래야 4차 산업혁명이 완성된다.

 

인공지능 반도체의 두 가지 발전 방향

이러한 미래 인공지능 반도체의 요구 조건을 만족하기 위해서는 필자는 두 가지 개발 방향을 제시한다.

이 두 가지 방향으로 GPU 와 메모리 사이의 지속적이고 극단적 병렬화 방법과 퍼셉트론의 개념을 반도체 내부 회로나 소자로 구현하는 방법이다.

먼저, 가장 먼저 가능성이 높고 10년 내로 활발히 개발과 사업화가 진행될 방향은 GPU 프로세서와 디램(DRAM) 메모리의 급격한 병렬화 확대이다. 현재의 대표적인 인공지능 반도체인 HBM(High Bandwidth Memory)의 경우 지금은 GPU와 디램 사이의 연결선의 개수가 약 1000 개 수준이다. 미래에는 이 병렬 연결선이 십 만개, 백 만개까지 증가해서 지금보다 병렬화 수준을 더 급속하게 늘려야 한다.

그러기 위해서는 반도체의 구조가 지금의 2차원 구조에서 3 차원 구조로 진화해야 한다. 연결선의 구조 자체도 3차원이 되고, 연결선 기판도 실리콘이 되어야 한다. 연결선 하나가 초당 100 기가비트(100GBps) 이상 보낼 수 있는 전자파 도파관 구조로 변해야 한다. 이를 통해서 계산 속도도 늘리면서 동시에 전력소모와 시간 지연을 줄일 수 있다. 경우에 따라 메모리 위에 프로세서가 설치되는 PIM(Processor In Memory) 구조가 3차원적으로 적층될 수 있다.

클라우드 컴퓨팅 시스템과 인공지능 서버용 프로세서는 이러한 구조로 발전해야 한다고 본다. 이렇게 되면 기존의 프로세서 주류가 CPU, AP(Application Processor), GPU 에서 3D HBM 과 PIM이 결합된 구조로 진화할 가능성이 크다. 또한 자율주행자동차, 가전기기 등에도 사용될 전망이다. 구글 TPU(텐서 프로세서 유닛), IBM, 마이크로소프트, 엔비디아 기업 계열은 이 방향으로 인공지능 반도체 기술 개발을 추진할 것으로 예측한다.

병렬화가 극단적으로 증가하는 미래 인공지능 반도체의 발전 방향. [출처=KAIST]

 

인공지능 클라우드 서버에 사용되는 구글 TPU 모듈 사진, [출처=Wired]

다음의 방법은 인공지능 핵심 소자인 퍼셉트론을 실리콘 반도체 내부의 회로(Circuit)나 소자(Device)로 구현하는 방향이다. 프로세서와 메모리가 분리되지 않고 한 곳에 복합된다.

그러려면 간단한 행렬 계산과 더하기가 반도체 내부 회로나 소자 자체적으로 수행 가능해야 한다. 간단한 기억 소자도 같이 있어야 한다. 그리고 이러한 간단한 계산 회로와 기억 소자가 마이크로미터 단위(100 만 분의 1 미터)의 크기로 반도체 공간 안에 같이 구현할 수 있어야 한다. 그러니 신 소자와 신 물질이 개발되어야 한다. 이 방법이 구현되면 병렬 데이터가 외부 메모리로 들락거리지 않아도 되기 때문에 병렬성이 더욱 극대화 되면서 동시에 전력 소모, 시간 지연 문제가 해결 될 수 있다. 이러한 시도의 대표적 인공지능 반도체를 뉴로모픽칩(Neuromorphic Chip)이라고 부르기도 한다.

이 인공지능 반도체는 전력 소모가 작아야 하는 손안의 핸드폰으로 인공지능이 들어가는데 꼭 필요한 반도체이다. 스마트 IoT 센서에도 필요한 인공지능 반도체이다. 이러기 위해서는 현재의 실리콘 프로세서나 메모리가 갖고 있는 소자 구조와 물질 그리고 공정이 혁신적으로 바뀌어야 한다.

하지만 이 구조의 단점은 속도가 느리고, 인공지능 알고리즘과 프로그램을 마음대로 바꿀 수 없어 시스템 유연성(Flexibility)이 크게 약화된다. 그래서 응용 분야의 제한이 있을 수 있다. 대표적인 스마트폰 관련 회사인 삼성전자, 애플, 화웨이(Huwawei), 퀄텀 등에서 적극적으로 개발할 필요가 있는 방식이다. 다만 연구와 개발에 장기간이 소요될 전망이다.

반도체 회로와 소자를 이용해 구현하는 인공지능 반도체 뉴로모픽칩, [출처=IEEE Spectrum]
반도체 내부 아날로그 회로를 이용해서 퍼셉트론을 구현하는 인공지능 반도체, [출처=KAIST]


인공지능 반도체는 새로운 기회

미래 인공지능 반도체 방향으로 제시한 두 가지 방향은 각각 장단점을 갖고 있다. 알고리즘 구현의 유연성(Programmability), 현재 기술의 성숙도, 성능, 전력소모, 대량 생산 인프라의 존재 여부, 시장의 크기, 가격, 수율, 안전성에 따라 어느 방법이 더 유망하고 실현 가능한지 달라질 전망이다. 필자는 단기적으로는 병렬화가 증가한 3D HBM-PIM 구조가 당분간 인공지능 프로세서 시장을 주도할 것으로 전망한다. 그리고 장기적으로는 물질과 공정의 혁신으로 새로운 저전력 인공지능 반도체가 나타날 것으로 본다. 이 단계가 되면 모든 사물에 인공지능 기능이 들어가게 된다.

삼성전자, SK 하이닉스로 대표되는 한국 반도체 산업은 반도체 메모리로 집중 성장해 왔다. 4차 산업혁명의 중심인 빅데이터를 기록하기 위해, 그리고 인공지능 서버에는 반도체 메모리의 성능 요구 조건이 계속 증가하고 있다. 또한 그 수요도 지속적으로 증가할 전망이다. 하지만 4차 산업혁명 시대의 또 다른 반도체 산업 성장하는 기회가 바로 ‘인공지능 반도체’이다. 창의적이고 혁신적인 기술 투자와 인력 양성을 통해서 이 절호의 기회를 잡을 수 있어야 한다. 인텔, IBM, AMD, 엔비디아를 뛰어 넘는 인공지능 프로세서 기업이 한국에서 나오기를 고대한다. 새로운 기회의 땅이다.

인공지능 반도체 개발에 투자하고 있는 대표적 글로벌 기업들, [출처=KAIST]

 

joungho@kaist.ac.kr   


[김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수]

 

[관련키워드]

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
서울 집값 다시 불 붙었다…1년새 15.5%↑ [서울=뉴스핌] 이동훈 선임기자 = 지난 8월 서울 아파트 매매 실거래가가 1년 전보다 15.5% 올랐다. 이는 2021년 11월 이후 57개월 만에 가장 높은 전년 동월 대비 상승률이다.  매맷값은 동북권(강북·도봉·노원·성북·중랑·동대문·성동·광진구)에서 높게 올랐으며 전셋값은 서남권(강서·양천·영등포·구로·금천·동작·관악구)에서 큰 오름폭을 보였다. 반면 동남권은 매맷값과 전셋값이 모두 하락했다.  22일 서울시의 한국부동산원 아파트 가격동향조사 통계 분석에 따르면 올해 8월 서울 아파트 매매 실거래가는 전월 대비 0.72% 상승했다. 권역별로는 서초·강남·송파·강동구가 속한 동남권이 전월 대비 0.29% 하락한 반면 나머지 권역은 모두 올랐다. 특히 동북권은 1.54%, 도심권(종로·중·용산)은 1.06% 오르며 높은 상승률을 나타냈다. 올해 1월과 비교하면 서울 전체 아파트 가격은 8.3% 올랐다. 권역 중에는 동북권이 11.5%, 서남권이 8.4%로 상대적으로 오름폭이 컸다. 면적별로는 모든 구간에서 가격이 올랐다. 특히 전용면적 85㎡ 초과 135㎡ 이하인 중대형 아파트가 전월 대비 1.32%로 가장 큰 오름폭을 기록했다. 8월 아파트 전세 실거래가는 전월 대비 0.30%, 전년 동월 대비 11.31% 상승했다. 권역별로는 서남권이 1.30%, 서북권(은평·서대문·마포)이 0.17% 올랐다. 반면 도심권(-0.35%)과 동북권(-0.10%), 동남권(-0.08%)은 하락했다. 면적별로는 135㎡ 초과 대형 아파트가 전월 대비 2.41% 올라 가장 큰 오름폭을 보였다. 중대형 아파트도 1.50% 오르는 등 면적이 큰 아파트가 전셋값 상승을 이끌었다. 아파트 매매거래량은 감소세를 보였다. 서울시에 따르면 이달 16일 기준 9월 서울 아파트 거래량은 전월 대비 18.3% 감소한 2923건으로 집계됐다. 다만 부동산 거래 신고 기한이 계약일로부터 30일 이내인 만큼 9월 계약분 신고는 앞으로 늘어날 수 있다. 아파트 거래량은 다주택자 양도세 중과 유예 종료를 앞두고 거래가 몰린 5월(8987건) 이후 대체로 3000~5000건대를 기록하고 있다. 실거래가 구간별로 보면 15억원 이하 거래 비중은 5월 72.3%에서 8월 79.5%로 확대됐다. 다만 9월에는 78.1%로 소폭 축소됐다. 자치구별로는 노원구가 332건으로 가장 많은 거래량을 기록했다. 노원구의 15억원 이하 거래 비중은 99.7%, 도봉·강북·금천구는 100%로 나타나 외곽지역의 중저가 실수요 거래가 두드러졌다. 서울시는 "4~5월 고가주택 절세 거래 증가로 15억원 이하 거래 비중이 일시 축소됐다"며 "이후 중저가 실수요 유입으로 8월까지 확대가 이어지다 비중이 다소 줄었다"고 분석했다. 9월 아파트 전세거래량은 6454건으로 전월(7862건) 대비 17.9% 줄었다. 월세 거래량도 7750건으로 한 달 전보다 6.4% 감소하며 전월세 거래가 모두 위축됐다. 전년 동월과 비교하면 전세와 월세 거래량은 각각 46.9%, 19.8% 줄어 가을 이사철에도 거래 위축이 두드러졌다. 전월세 거래 비중은 월세가 54.6%, 전세가 45.4%를 기록했다. 7~8월 전월세 거래 비중이 5대 5 수준을 유지하다 월세 비중이 다시 커졌다. 전세거래 중 갱신계약 비중은 9월 56.7%로 전월(57.9%) 대비 소폭 감소했고, 계약갱신요구권 사용 비중은 52.1%를 기록해 한 달 전(49.8%)보다 늘었다. donglee@newspim.com 2026-10-22 09:15
사진
AI가 각국 웹사이트 치명적 결함 찾아냈다고? [뉴욕=뉴스핌] 김민정 특파원 = 널리 쓰이는 프로그래밍 언어 PHP에서 치명적 취약점이 공개되면서 21일(현지시간) 유럽을 비롯한 각국 정부 웹사이트가 잇따라 차단됐다. PHP 개발진은 이날 긴급 수정판을 내놓으며 모든 이용자에게 "즉시 업데이트할 것을 권고한다"고 밝혔다. 취약점은 수년간 소프트웨어 안에 숨어 있다가 인공지능(AI)을 통해 발견됐다. 일부 해커가 이미 결함을 악용하고 있다는 경고가 나오면서 유럽 각국 정부 기관은 예방 차원에서 사이트를 내렸다. PHP는 1990년대 초 등장한 언어로 처음에는 '퍼스널 홈 페이지'의 약자였다. 방문자가 페이지를 열면 서버가 내용을 조립해 브라우저로 보내는 역할을 한다. 자원봉사자들이 관리하는 무료 오픈소스 소프트웨어다. 웹 기술 조사업체 W3테크스에 따르면 프로그래밍 언어가 확인되는 웹사이트의 약 75%가 PHP로 돌아간다. 워드프레스와 드루팔, 줌라, 마젠토가 모두 PHP 기반이다. 워드프레스 하나만 해도 전체 웹사이트의 약 43%를 떠받친다. 드루팔협회의 티퍼니 패리스 임시 최고경영자(CEO)는 "지난 20년간 공개된 모든 PHP 버전을 쓰는 서버가 취약하다"며 "이 문제는 인터넷 대부분에 영향을 미친다"고 말했다. 인터넷 정보업체 센시스 자료에 따르면 조사 대상 호스트 260만 곳 가운데 약 150만 곳이 아직 수정판이 없는 버전을 쓰고 있다. 21일(현지시간) 네덜란드 정부 포털 오베르헤이트(Overheid.nl) 접속 시 뜨는 안내 화면. 프로그래밍 언어 PHP의 보안 취약점 공개 이후 사이트가 차단된 상태다.[사진=웹사이트 캡처] 2026.10.22 mj72284@newspim.com ◆ AI가 찾아낸 결함 이번 취약점은 AI를 통해 발견됐다. 보안업체 두 곳이 각각 보고서를 냈다. 보안업체 칼리프는 블로그에서 8월 1일 대규모언어모델의 도움으로 결함을 찾아냈고 이후 수정 작업을 해왔다고 밝혔다. 알파벳 산하 보안업체 위즈도 자사 AI 취약점 연구 도구와 구글 제미나이, 오픈AI 모델의 도움으로 같은 결함을 발견했다고 전했다. 위즈는 이 취약점이 10년 넘게 PHP 코드베이스에 숨어 있었고 사람이 찾아내기는 극도로 어려웠을 것이라고 설명했다. 회사는 "AI 이전에는 이런 수작업이 구현하기 어렵고 확장하기는 더 어려웠다"며 "AI로 이제 그 장벽이 사라졌다"고 했다. 킹스칼리지런던의 루카시 올레이니크 방문선임연구원은 "규모가 엄청나다"며 "AI로 악용이 순식간에, 대규모로 일어날 수 있다"고 우려했다. 백악관은 지난 16일 결함을 인지했다고 밝혔다. 백악관은 "이번 발견은 왜 AI 분야에서 미국의 주도권이 중요한지를 정확히 보여준다"며 "미국의 혁신이 국가 안보를 강화하는 것"이라고 했다. 피해는 유럽에서 두드러졌다. 네덜란드에서는 국가사이버보안센터가 먼저 자체 사이트를 내렸고 여러 기관이 뒤를 따랐다. 로테르담항과 정부 포털 오베르헤이트, 축구협회, 주요 정당 다섯 곳, 여러 병원 사이트가 포함됐다. 핀란드는 더 광범위했다. 국영 IT 서비스 제공업체 발토리가 정부 공공망 서비스를 예방 조치로 차단했다. 프랑스 내무부는 모든 웹사이트를 예방적 유지보수 상태로 전환했다. 덴마크 지방자치 IT 기업 콤비트는 전국 학교 소통 플랫폼을 포함한 여러 서비스를 중단했다. 각국 정상까지 나섰다. 네덜란드 총리는 상황을 면밀히 주시하고 있다고 밝혔고, 다카이치 사나에 일본 총리는 엑스에 웹사이트 소유자들에게 "운영 중인 사이트가 PHP를 쓰는지 확인하고 새 수정판을 적용할 준비를 하라"고 당부했다.   mj72284@newspim.com 2026-10-22 03:48
기사 번역
결과물 출력을 준비하고 있어요.
종목 추적기

S&P 500 기업 중 기사 내용이 영향을 줄 종목 추적

결과물 출력을 준비하고 있어요.

긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
안다쇼핑
Top으로 이동