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[김정호의 4차혁명 오딧세이] 인공지능과 GPU

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김정호 교수.

엔비디아 스토리

컴퓨터 구조에서 대표적으로 사용되는 반도체로는 계산 장치인 프로세서(Processor)와 메모리(Memory)가 있다. 그중에서 프로세서로는 개인용 컴퓨터에 많이 사용되는 CPU(Central Processing Unit)가 있고, 스마트폰에는 주로 AP(Application Processor)가 사용되고, 컴퓨터 그래픽 카드에는 GPU(Graphic Process Unit)가 사용된다.

이러한 프로세서 중에서 인공지능 계산을 위한 병렬처리에는 GPU가 가장 많이 사용된다. GPU 내부에는 계산기(Arithmetic Logic Unit, ALU) 코어의 개수가 수천 개 혹은 수만 개에 이른다. 그래서 동시 병렬 계산이 용이하다. 이러한 이유로 인공지능 계산에 GPU가 가장 유용한 프로세서가 된다.

이러한 배경으로 대표적인 GPU 회사인 엔비디아(NVidia)의 성장이 두드러진다. 최근에 GPU는 가상화폐 채굴에 쓰이기도 해서 한때 품절이 나기도 했다. 여기에 그치지 않고 자율주행 자동차의 인공지능 처리에도 GPU가 사용될 전망이다. 그 때문에 지난 10년간 엔비디아의 주가는 꾸준히 상승하고 있다. 이래저래 CPU, AP보다 GPU의 계속된 성장이 기대된다.

2019년 방문한 실리콘밸리의 엔비디아 신사옥 내부. [출처=KAIST]

필자의 연구실에서는 지난 10여년간 GPU와 디램이 3차원적으로 결합한 HBM(High Bandwidth Memory) 모듈을 설계하는 연구를 진행해왔다. 그 과정에서 국내의 삼성전자, SK하이닉스뿐만 아니라 엔비디아와 협력을 지속해 왔다.

HBM에서는 기존의 모듈과는 달리 실리콘 기판을 배선으로 사용해 GPU와 디램 사이의 연결선 개수를 대폭으로 늘린다. 더 빨리 많은 수의 병저렬 계산을 하기 위해서 고안됐다. 이 HBM 모듈은 주로 인공지능 서버에 사용하고 있으며, 그 가격은 1000만원에 가깝다.

이렇게 비용이 많이 드는 것이 단점이지만, 인공지능 시대를 맞아 수요는 계속 증가할 것으로 생각한다. 이러한 이유로 필자의 연구실 졸업생이 엔비디아에 여러 명 진출했다. 대학원 학생들이 인턴으로도 엔비니아에 파견 나가기도 한다.

2019년 방문한 엔비디아에서의 기술 교류 미팅. [출처=KAIST]

인공지능의 기본은 행렬 수학

인공지능에서 지능신경망인 DNN(Deep Neural Network)의 입력은 디지털 데이터이다. 그리고 데이터 입력은 일정 수의 데이터 묶음 형태로 표현된다. 이러한 디지털 데이터의 묶음을 수학 용어로 벡터(Vector)라고 한다.

예를 들어 카메라 이미지 화소점인 픽셀(Pixel) 하나에는 RGB(Red, Green, Blue) 세 가지 색깔의 배합과 밝기가 표현된다. 그러면 이미 4가지 요소를 갖는 벡터가 된다. 거기에 더해 화면 속의 위치 정보가 x, y로 들어가면 6열 벡터가 된다. 언어를 입력 벡터로 쓴다면 그 벡터 크기가 수백만개도 된다. 단어의 개수가 그만큼 많다.

이러한 입력 벡터를 다른 형태로 변환할 필요가 생긴다. 이때 벡터와 행렬(Matrix) 곱셈이 필요하다. 예를 들어 그래픽 처리에서 위치 정보가 포함된 벡터의 좌표를 변환하려고 한다면, 이 벡터에 행렬을 곱하면 된다.

보는 관찰자의 위치를 3차원으로 바꾼다면 새로운 좌표에서 다시 위치를 잡기 위해서 데이터 벡터에 좌표 변환을 하게 되는데, 이때 벡터에 좌표 변환 3x3 행렬을 곱하게 된다.

마찬가지로 인공지능 판단이나 예측에도 벡터와 행렬 계산이 사용된다. DNN에서는 입력이 데이터 벡터가 되고, 그 벡터 신호에 입력층(Input layer), 은닉층(Hidden layer), 출력층(Output layer)으로 지나가면서 계속 행렬 곱셈이 일어난다. 이러한 과정을 전전파 학습(Forward Propagation Training)이라고 한다.

거꾸로 최종 정답과의 차이를 확인하고 반대 방향으로 행렬을 곱해가면서 네트워크를 교정해 가는 과정을 역전파 학습(Backward Propagation Training)이라고 한다.

이처럼 학습과정에서 행렬계산이 수없이 일어난다. 그래서 인공지능 계산에서 가장 빈번히 일어나는 컴퓨터 계산이 행렬 곱셈과 덧셈이다. 그리고 이러한 병렬 계산에 GPU가 가장 적합한 프로세서 구조이다.

인공지능 학습과 판단에 필요한 행렬 계산식들. [출처=KAIST]

인공지능을 위한 GPU 구조

이와 같은 행렬 계산은 하나하나 순차적으로 일어나지 않고 동시에 병렬로 한다. 이렇게 동시에 병렬로 계산하는 방법으로는 컴퓨터를 병렬로 연결해서 수행하는 방법이 있다. 초기 구글 알파고에서 쓰인 방법이다.

그러나 이러한 병렬 계산을 위해서는 컴퓨터끼리 데이터를 주고받아야 한다. 컴퓨터끼리 케이블로 연결돼야 한다. 이러면 데이터를 컴퓨터 간에 이동하는 데 시간이 걸린다. GPU는 반도체 프로세서 내부에서 병렬 계산을 하므로 빠르고 효율적이다.

엔비디아 GPU의 경우, 내부에서 80여개의 SM(Streaming Multiprocessor)이 병렬 계산을 나누어서 한다. 그 SM 속에는 32개의 중간 크기의 계산블록(Warp)이 있고, 각 Warp에는 64개의 계산 코어(Thread)가 있다.

그래서 GPU 내에는 전체적으로 80x64x32=16만3840개의 병렬 계산 코어가 있다. 이들이 동시에 병렬 계산을 한다. 앞으로는 계산 코어의 개수가 100배 이상 증가할 것으로 예상한다. 모두 행렬 계산을 빠르고 효율적으로 하기 위함이다.

GPU에도 단점은 있다. 코어가 많기 때문에 코어 주변에 계산 결과를 임시로 저장하는 캐쉬(Cash) 메모리가 한정돼 있다. 그래서 매번 계산 결과를 낼 때마다 외부의 디램에 저장하고 다시 읽어 와야 하는 번거로움이 있다. GPU 외부 메모리인 디램의 성능이 지원해줘야 한다. GPU의 성능을 위해서는 디램의 성능도 같이 좋아져야 한다.

마지막으로 GPU의 어려운 점은 계산량이 너무 많아서 프로세서에서 열이 많이 발생하고, 그 결과 반도체 온도가 올라간다는 점이다. 그러면 프로세서의 계산 능력이 급속히 감소한다. 그래서 반도체 냉각 기술이 중요해지고 있다.

이처럼 GPU는 더욱 병렬화되고, 메모리와도 병렬화되며, 냉각 기술을 위한 혁신이 계속될 전망이다. 4차 산업혁명이 진행되면서 GPU의 수요와 기술 발전은 더욱 심화할 전망이다.

최신 엔비디아 GPU의 내부 구조도. [출처=KAIST]

 

[김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수] joungho@kaist.ac.kr

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홈플러스 67개 점포 재개장 [서울=뉴스핌] 김용석 기자 = 임시 휴업 이후 지난 7일 가오픈으로 영업을 재개한 홈플러스가 13일 전국 67개 점포의 정식 재개장에 들어갔다. 홈플러스가 13일 재개장에 들어갔다. [사진 = 뉴스핌DB] 무엇보다 관건은 매출 회복 속도다. 홈플러스는 법원이 정한 회생 계획안 가결 최종 기한인 9월 4일까지 약 3주 동안 정상화 가능성을 입증하고 채권자들을 설득해야 한다. 회생 계획안이 부결되거나 회생 절차가 다시 폐지될 경우 청산 위험이 커질 수 있다. 공교롭게도 정식 개장 이후 첫 주말은 경쟁사인 이마트와 롯데마트가 광복절 연휴 장보기 수요를 겨냥해 대규모 할인전에 돌입하는 시점과 겹쳤다. 여기에 훼손된 공급망 복구와 대주주 책임을 둘러싼 노조의 반발까지 맞물리면서 회생의 첫 관문을 맞게 됐다. 유통업계에 따르면 홈플러스는 이날 전국 67개 점포의 정식 재개장에 들어갔다. 이 가운데 59개 점포는 온라인 배송도 함께 재개했다. 홈플러스는 지난달 13일 자금난을 이유로 임시 휴업에 들어간 뒤 2000억 원 규모의 긴급 운영 자금(DIP)을 확보했고, 지난 7일 67개 점포의 가오픈을 시작했다. 이후 12일까지 협력업체들과 납품 조건을 협의하고 상품 입고와 시스템 보완 작업을 진행했다. 정식 개장에 맞춰 고객 유입을 위한 할인 행사도 마련했다. 마이홈플러스 회원을 대상으로 13일부터 나흘간 한우 전 품목을 최대 50% 할인 판매한다. 14일부터 사흘간은 당당 후라이드 치킨을 50% 할인한 3490원에 선보이며, 한돈 일품포크 삼겹살·목심은 40% 할인한 100g당 1980원에 판매한다. 2000억 원 규모의 긴급 운영 자금(DIP)을 확보한 홈플러스가 13일 정식 개장했다. 사진은 서울 시내 한 홈플러스 매장. khwphoto@newspim.com ◆ 이마트·롯데마트는 연휴 할인전 문제는 빅2도 같은 시기에 대규모 할인전에 나선다는 점이다. 이마트와 롯데마트는 통상 월초를 중심으로 대표 할인 행사를 열어왔지만, 이번 8월에는 말복과 광복절, 대체 공휴일로 이어지는 연휴 수요를 겨냥해 행사를 두 차례로 확대했다. 이에 따라 두 회사의 두 번째 할인 행사가 홈플러스 정식 재개장 시기와 겹치게 됐다. 롯데마트는 홈플러스 재개장일인 13일부터 17일까지 닷새간 '통 큰데이' 행사를 진행한다. '통 큰 통닭'과 완도 활전복, 삼겹살·목심, 러시아산 활대게 등을 할인 판매하고, 한우 등심·국거리·불고기 등도 행사 대상에 포함했다. 이마트는 14일부터 17일까지 나흘간 '고래잇 페스타' 2차 행사를 연다. 신선식품과 델리, 간편식, 생필품 등을 최대 50% 할인하는 가운데 제주산 광어회와 광어회 필렛을 반값 수준에 판매한다. 이마트 관계자는 "올여름 기록적인 폭염으로 물가 부담이 커진 만큼 8월에는 고래잇 페스타를 2회로 확대 운영해 고객들이 체감할 수 있는 가격 혜택을 강화했다"고 말했다. 그동안 홈플러스의 점포 휴업·폐점 여파로 인근 이마트와 롯데마트 매출이 두 자릿수 증가하는 등 반사이익이 나타난 것으로 집계됐다. 신한투자증권은 홈플러스 매출의 30%가 경쟁사로 이동하면 이마트·롯데쇼핑 매출이 최대 1조5000억원 증가할 수 있다고 전망하기도 했다.   ◆ 공급망 복구가 변수…안정적인 납품과 상품 확보돼야 두 경쟁사가 사전에 대규모 행사 물량을 확보해둔 것과 달리 홈플러스는 기업 회생 절차와 임시 휴업을 거치며 훼손된 공급망을 복구하는 단계에 있다. 협력업체 다수가 선결제나 결제 기한 단축을 요구하면서 납품 협상이 길어지고 있으며, 공익 채권 미변제 논란도 거래 신뢰 회복을 어렵게 하는 요인으로 남아 있다. 홈플러스는 신규로 공급받는 상품의 대금을 우선 지급하는 조건 등을 제시하며 협력업체 설득에 나선 것으로 알려졌다. 기존 채권과 신규 납품분의 지급 조건을 구분해 거래를 재개하는 방식이다. 자금 회수가 빠르고 집객 효과가 큰 신선식품과 자체 브랜드(PB) 상품 중심으로 매대를 구성한 것도 이런 사정과 무관하지 않다. 홈플러스는 기존 복층 매장을 단층 중심으로 재편하고 식품·생필품과 PB 상품에 집중하는 이른바 '트레이더 조'형 모델도 추진하고 있다. 다만 이 같은 사업 모델 전환이 성과를 내기 위해서는 안정적인 납품과 점포별 상품 구색 확보가 선행돼야 한다. 홈플러스 마트산업노조는 "MBK는 끝내 청산을 시도할 것"이라며 "그 전에 '제대로 된 회사'에 인수 합병(M&A)이 이뤄져야 한다"고 주장했다. 최대 주주인 MBK파트너스가 경영에서 물러나고 새로운 인수 주체가 나서야 한다는 요구다. 다만 현재 시장에서는 홈플러스 인수 의향을 공개적으로 밝힌 기업을 찾기 어려운 상황이다. 시장에서는 인수 금액뿐 아니라 고용 승계와 노사 관계, 잠재 채무 등도 인수자의 부담 요인으로 거론된다. 앞서 최대 채권자인 메리츠금융그룹과 MBK파트너스는 2000억원 규모의 DIP 조달과 대주주 책임을 둘러싸고 수개월째 공방을 벌여왔다. MBK와 메리츠가 자금 지원 조건과 보증 책임을 놓고 대립하는 동안 노조는 양측의 책임 있는 조치와 정부 개입을 요구해왔다. 결국 이번 첫 연휴 주말의 판매 실적은 단순한 유통 3사의 할인 경쟁을 넘어 홈플러스의 정상화 가능성을 가늠하는 시험대가 될 전망이다. fineview@newspim.com 2026-08-13 08:46
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美 7월 소비자물가 3.4%로 둔화 [서울=뉴스핌] 고인원 기자= 미국의 7월 소비자물가 상승세가 시장 예상에 부합하며 완만한 흐름을 보였다. 올해 초 중동 분쟁에 따른 에너지 가격 급등으로 커졌던 인플레이션 압력이 다소 진정되고 있다는 신호로 해석되면서 미 연방준비제도(Fed·연준)의 9월 추가 금리 인상 가능성도 낮아졌다. 미 노동부 노동통계국(BLS)은 12일(현지시간) 7월 소비자물가지수(CPI)가 전월 대비 0.1% 상승했다고 밝혔다. 6월에는 0.4% 하락해 6년 만에 처음으로 월간 기준 하락세를 기록했다. 전년 대비 CPI 상승률은 3.4%로 6월의 3.5%에서 둔화했다. 변동성이 큰 식품과 에너지를 제외한 근원 CPI는 전월 대비 0.2% 상승했다. 6월에는 보합이었다. 전년 대비 근원 CPI 상승률 역시 2.6%에서 2.5%로 낮아졌다. 헤드라인과 근원 CPI의 전월 대비 상승률은 모두 로이터와 다우존스가 집계한 시장 전망치에 부합했다. 미국 여성이 생활용품점 '달러트리'에서 식료품을 구입하고 있다. 2018.08.30 [사진=블룸버그] 물가 상승률은 여전히 연준의 목표치인 2%를 웃돌고 있지만, 6월에 이어 7월에도 월간 물가 흐름이 비교적 안정적으로 나타나면서 올해 초 에너지 가격 급등으로 촉발됐던 인플레이션 압력이 완화되고 있다는 평가가 나온다. 연준은 공식 물가 목표를 판단할 때 CPI보다 개인소비지출(PCE) 물가지수를 더 중시한다. ◆ CPI 예상 부합…9월 금리 인상 확률 42%로 하락 이번 CPI는 지난주 발표된 미국 고용보고서에서 예상 밖의 일자리 감소가 확인된 직후 나온 것이어서 연준의 향후 통화정책에 대한 시장의 관심이 더욱 컸다. CPI 발표 전 CME 페드워치에 반영된 연준의 9월 금리 인상 가능성은 약 46%였다. 지표 발표 이후에는 42%로 떨어졌다. 금융시장도 즉각 반응했다. 미국 주가지수 선물은 상승폭을 확대했고 미 국채 수익률은 전 구간에서 하락했다. 7월 물가와 고용이 모두 비교적 완만하게 나타나면서 연준이 당장 추가 금리 인상에 나서야 할 필요성이 줄었다는 기대가 반영된 것으로 풀이된다. 연준은 지난달 연방공개시장위원회(FOMC)에서 기준금리인 연방기금금리 목표 범위를 3.50~3.75%로 동결했다. 다음 FOMC는 9월 15~16일 열린다. 다만 연준 정책위원들은 9월 회의에 앞서 8월 CPI와 고용보고서를 추가로 확인할 수 있다. 이코노미스트들은 최근 국제유가가 다시 상승한 만큼 8월에는 소비자물가 상승세가 다소 빨라질 가능성이 있다고 보고 있다. 계절적 왜곡 요인이 사라지면서 고용 증가세도 반등할 것으로 전망된다. ◆ 에너지 가격 1.5%↓…주거비가 CPI 상승분 3분의 2 세부 항목에서는 에너지 가격 하락이 전체 물가 상승을 억제했다. 7월 에너지 가격은 전월 대비 1.5% 떨어졌다. 6월 5.7% 급락한 데 이어 두 달 연속 하락했다. 다만 앞선 몇 달간 국제유가가 크게 오른 영향으로 전년 대비로는 여전히 14.7% 상승한 상태다. 이란에 대한 공격이 시작된 직후인 지난 3월에는 에너지 가격이 한 달 만에 10.9% 급등했다. 식품 가격과 주거비는 각각 전월 대비 0.1% 상승했다. 특히 주거비는 그동안 인플레이션이 연준의 목표치인 2%를 웃돌게 만든 주요 요인 가운데 하나다. 7월 주거비 상승폭 자체는 크지 않았지만 전체 헤드라인 CPI 상승분의 약 3분의 2를 차지했다고 BLS는 설명했다. 신차 가격은 전월 대비 0.1%, 중고차와 트럭 가격은 0.4% 상승했다. 의료비는 0.4% 올랐고 항공료는 2.2% 뛰었다. 이란의 호르무즈 해협 봉쇄를 이미지화 한 일러스트 [사진=로이터 뉴스핌] ◆ 유가 재상승은 변수…8월 물가 다시 뛸 가능성 시장에서는 7월 CPI가 금리 인상 우려를 낮췄지만 인플레이션 위험이 완전히 사라진 것은 아니라는 지적도 나온다. 중동 분쟁으로 국제유가가 다시 상승하고 있기 때문이다. 미국이 원유 순수출국인 데다 그동안 석유 재고를 줄이면서 유가 급등이 경제에 미치는 충격을 일부 흡수했지만, 일부 이코노미스트들은 이런 상황이 무기한 지속되기는 어렵다고 지적했다. 미국을 비롯한 주요국이 결국 줄어든 석유 재고를 다시 채워야 하는 만큼 원유 수요가 늘어나면서 국제유가가 높은 수준을 유지할 가능성이 있다는 것이다. 도널드 트럼프 미국 대통령도 이번 주 공개된 인터뷰에서 이란을 "교활한 협상가들"이라고 비난하며 대이란 군사 대응 가능성을 열어뒀다. 중동 정세가 다시 악화해 국제유가가 추가 상승할 경우 8월 이후 미국 물가에도 다시 상승 압력이 가해질 수 있다. 7월의 완만한 물가 상승은 연준의 추가 금리 인상 우려를 낮췄지만 미국 소비자들의 부담이 크게 줄었다고 보기는 어렵다. 물가 수준 자체가 여전히 높은 데다 임금 상승세가 물가를 충분히 따라가지 못하고 있기 때문이다. 높은 생활비는 트럼프 대통령에 대한 미국인들의 평가에도 부담으로 작용하고 있으며, 오는 11월 미 의회의 향후 2년간 주도권을 결정할 중간선거에서도 주요 쟁점이 될 전망이다. koinwon@newspim.com 2026-08-12 22:07
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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.
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