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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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크로아티아에 '천무' 18문 수출 [서울=뉴스핌] 오동룡 군사방산전문기자 = 한국이 크로아티아에 다연장로켓 천무(K239) 18문과 탄약을 공급하는 4억1000만 유로(약 6400억원) 규모의 수출 계약을 체결했다. 한국과 크로아티아 국방부는 별도의 포괄적 국방협력 양해각서(MOU)에도 서명했다. 천무 수출을 계기로 무기체계 판매를 넘어 국방정책 협의와 방산 협력을 제도화하는 기반을 마련했다는 평가가 나온다. 안규백 국방부 장관은 10일(현지 시각) 크로아티아 수도 자그레브에서 안드레이 플렌코비치 크로아티아 총리가 주관한 천무 계약 서명식에 참석했다. 이 자리에는 이반 아누시치 크로아티아 부총리 겸 국방장관, 이용철 방위사업청장, 이부환 한화에어로스페이스 사장 등 양국 정부·기업 관계자들이 참석했다. 계약은 이부환 한화에어로스페이스 사장과 아누시치 국방장관의 서명으로 체결됐다. 10일 크로아티아 자그레브에서 안규백 국방부장관과 이반 아누쉬치 크로아티아 부총리 겸 국방장관과 '한-크로아티아 국방부 간 국방협력에 관한 양해각서'를 체결하고 있다. [사진=국방부] 2026.09.10 gomsi@newspim.com 이번 계약은 천무 발사대 18문과 탄약을 포함하며, 총액은 4억1000만 유로다. 국방부는 원화 기준 계약 규모를 약 6400억원으로 밝혔다. 천무는 유도탄과 로켓탄을 운용할 수 있는 다연장로켓 체계로, 장거리 정밀타격과 화력 지원 임무에 쓰인다. 크로아티아 입장에서는 육군 포병 전력의 기동성·타격력을 높이는 핵심 화력자산이 될 전망이다. 안 장관은 서명식 전 플렌코비치 총리와 크로아티아 주요 정부 관계자들을 만나 천무의 성능과 운용 가치를 설명했다. 이 자리에서는 한국의 중거리 지대공 유도무기체계인 천궁의 우수성도 소개했다. 국방부는 천무 계약을 발판으로 천궁을 포함한 한국형 방공체계 분야까지 협력 관심을 넓혔다고 밝혔다. 다만 천궁 관련 구체적인 도입 협상이나 계약 여부는 이번 발표에 포함되지 않았다. 10일 크로아티아 자그레브에서 열린 천무 계약식에서 안규백 국방부장관이 축사를 하고 있다. [사진=국방부] 2026.09.10 gomsi@newspim.com 안 장관은 축사에서 "오늘의 서명식은 크로아티아와 한국이 외침에 맞서온 유사한 역사의 궤를 함께하며 자유와 평화라는 공동의 가치를 공유하고 있음을 상징한다"고 했다. 이어 "천무는 크로아티아의 전력을 비약적으로 증강시킬 것"이라며 "양국 협력이 국방·안보 영역으로 확장되고 심화하는 계기가 될 것"이라고 말했다. 플렌코비치 총리도 "한국 방위산업의 역량을 높이 평가하며 천무가 크로아티아 방위역량의 중요한 전략자산이 될 것"이라고 밝혔다. 그러면서 "이번 계약이 양국 관계를 상호호혜적 방산·안보 파트너십으로 발전시키는 계기가 되기를 기대한다"고 했다. 10일 크로아티아 자그레브에서 안규백 국방부장관이 안드레이 플렌코비치 크로아티아 총리와 악수하고 있다. [사진=국방부] 2026.09.10 gomsi@newspim.com 양국 국방장관은 같은 날 '대한민국 국방부와 크로아티아공화국 국방부 간 국방협력에 관한 양해각서'에도 서명했다. 양국은 지난해 9월 한·크로아티아 국방장관 회담에서 포괄적 국방협력 MOU 체결 방안을 논의한 뒤 협의를 이어왔다. 이번 MOU는 향후 국방정책 실무협의를 정기 개최하고, 방산·국방정책 분야의 구체적 협력 의제를 논의하기 위한 제도적 틀이다. 이번 수출은 한국 방산이 중·동부 유럽 시장에서 다연장로켓과 방공체계 등 지상 기반 유도무기 분야의 입지를 넓히는 계기가 될 것으로 보인다. 크로아티아는 북대서양조약기구(NATO) 회원국인 만큼, 향후 천무의 운용·탄약·정비체계 구축 과정에서 NATO 기준의 상호운용성과 후속 군수지원 체계가 수출 성과의 지속성을 좌우할 가능성이 크다. 다만 이번 국방부 발표에는 납기, 탄약 종류·수량, 현지 정비 및 기술협력 범위 등 세부 계약 조건은 공개되지 않았다. 10일 크로아티아 자그레브에서 열린 천무 계약식에서 참석자들이 기념촬영을 하고 있다. 왼쪽부터 이승범 주크로아티아 대사, 안규백 장관, 이반 아누쉬치 크로아티아 부총리 겸 국방장관, 안드레이 플렌코비치 크로아티아 총리. [사진=국방부] 2026.09.10 gomsi@newspim.com gomsi@newspim.com 2026-09-10 23:56
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건설사 CEO '70년대생' 전면에 [서울=뉴스핌] 정영희 기자 = 50대 후반~60대가 주류를 이루던 건설사 최고경영자(CEO) 자리에 1970년대생이 속속 진입하고 있다. 현장 경험을 갖추면서 안전관리와 신사업, 디지털 전환 등 변화하는 경영 환경에 대한 대응력을 갖춘 인물들이 경영 전면에 배치되는 모습이다. 내년에도 주요 건설사 대표들의 임기가 잇따라 만료되는 만큼 젊은 경영진으로의 세대교체 흐름이 이어질지 관심이 쏠린다. 특히 새 CEO와 호흡을 맞출 임원진까지 한층 젊어질지 주목된다. 1970년대생 건설사 CEO [AI 그래픽 생성=정영희 기자] ◆ 대형사부터 중견사까지…70년대생 CEO 전면 배치 11일 건설업계에 따르면 주요 건설사를 중심으로 1970년대생 CEO가 경영 전면에 잇따라 배치되고 있다. 50대 초중반 수장이 늘면서 세대교체가 본격화하는 모습이다. 건설경기 침체와 중대재해 대응, 인공지능(AI)과 스마트건설 확산 등 경영환경 변화에 빠르게 대응하기 위한 인사라는 해석이 나온다. 현대건설은 1970년생 이한우 대표가 이끌고 있다. 지난해 대표이사에 오른 이 대표는 현대건설 창립 이후 첫 1970년대생 대표다. GS건설은 1979년생 허윤홍 대표가 경영 전면에 나서 있다. 대우건설도 1971년생 이강석 부사장을 차기 대표이사 후보로 발탁해 임시주주총회와 이사회 선임 절차를 앞두고 있다. 중견 건설사에서도 비슷한 흐름이 나타난다. DL건설은 지난달 1974년생 하정민 최고안전책임자(CSO)를 대표이사로 선임했다. 하 대표는 20년 넘게 건설현장 안전관리 분야에서 경력을 쌓은 내부 인사로 대표이사와 CSO를 겸직한다. DL건설은 이와 동시에 신규 임원 4명을 1970년대 후반~1980년대 초반생으로 채웠다. 이밖에 한신공영은 1971년생 최문규 대표이사 부회장, 대방건설은 1974년생 구찬우 대표가 회사를 이끌고 있다. 최근 인사의 특징은 단순히 연령을 낮추는 데 그치지 않는다. 한 건설업계 관계자는 "주택경기 부진과 공사비 상승으로 외형 확대보다 수익성 관리가 중요해진 데다 안전과 신사업, 디지털 전환이 회사 경쟁력을 좌우하는 시대"라며 "현장 경험과 변화 대응력을 함께 갖춘 인물을 전면에 배치하는 흐름이 강해졌다"고 말했다. ◆ 주요 대표 임기 내년 종료…후속 인사에 시선 내년에는 주요 건설사 기존 CEO의 임기 만료도 예정돼 있다. 현 대표 체제에서 실적 개선이나 사업 포트폴리오 재편을 진행해 온 만큼 연임 여부뿐 아니라 후속 경영진의 연령대와 역할에도 시선이 모인다. 1962년생 오세철 삼성물산 건설부문 대표는 주요 건설사 가운데 가장 자리를 오래 지킨 인물 중 하나로 꼽힌다. 2020년 말 대표로 내정돼 2021년 3월 사내이사로 처음 선임된 뒤 2024년 연임에 성공했다. 현재 임기는 2027년 3월 15일까지다. 이미 삼성그룹에서 과거 관행처럼 거론돼 온 '60세 룰'을 넘어 대표직을 이어가고 있다. 지난해 삼성물산은 정기 임원인사를 통해 차세대 리더군을 적극 발탁하며 세대교체 기반을 마련하겠다는 방향을 제시했다. 내년 임기 종료 시점에는 오 대표가 다시 한번 연임할지, 장기간 이어진 체제를 마무리하고 상대적으로 젊은 경영진으로 바통을 넘길지가 관심사가 될 전망이다. 1965년생 정경구 IPARK현산 대표의 임기도 내년 3월 31일까지다. 정 대표는 2024년 말 대표로 내정된 뒤 지난해 3월 사내이사로 선임됐다. 정 대표 체제 첫해 성적은 비교적 우수했다. 지난해 도시정비사업에서 4조원이 넘는 수주를 기록하며 역대 최대 수준의 성과를 냈고 연간 수주 목표도 초과 달성했다. 서울원 아이파크 등 자체사업 매출이 본격화되면서 수익성도 개선됐다. 올해 그룹은 사업 포트폴리오를 라이프·AI·에너지 중심으로 재편하고 조직문화 혁신을 예고했다. 한 업계 관계자는 "정 대표가 내년까지 이 같은 변화를 실적으로 연결할 경우 연임 가능성에 힘이 실릴 것"이라면서도 "그러나 반대로 그룹 차원의 사업 재편이 마무리되는 시점과 맞물려 새로운 리더십을 선택할 가능성도 열려 있다"고 말했다. 1966년생 조완석 금호건설 대표도 내년 임기 만료를 앞두고 있다. 조 대표는 2023년 말 대표이사에 선임된 재무 전문가로 2024년 대규모 손실을 선제적으로 반영한 뒤 수익성과 재무구조 회복에 주력해 왔다. 금호건설은 세대교체 측면에서 더 직접적인 변수를 직면했다. 1975년생 박세창 부회장이 2021년 금호건설에 합류한 뒤 2023년 부회장으로 승진해 경영에 참여하고 있기 때문이다. 박 부회장은 현재 미등기 임원으로 남아 있지만, 조 대표의 임기가 끝나는 내년을 전후로 등기임원이나 대표이사로 전면에 나설 확률도 배제할 수 없다. ◆ 스마트건설·조직문화 혁신…젊어진 리더십 시험대 건설업은 경기 불확실성이 장기화되는 가운데 원가율과 현금흐름 관리, 안전사고 대응, 비주택 사업 확대 등 풀어야 할 과제가 산적해 있다. 업계에서는 안정적인 경험을 중시했던 과거와 달리 의사결정 속도와 변화 대응 능력까지 CEO 선임의 주요 기준으로 자리 잡을 가능성이 있다는 분석이 나온다. 세대교체가 실제 경영 방식의 변화로 이어질지도 관심사다. 대표적인 분야가 디지털 전환이다. 국가데이터처의 '2024년 기업활동조사'에 따르면 건설기업 668곳 가운데 AI와 클라우드, 빅데이터, 사물인터넷, 로봇공학 등 4차 산업혁명 관련 기술을 개발하거나 활용하는 기업은 94곳으로 14.1%에 그쳤다. 2023년 623곳 가운데 82곳(13.2%)보다 소폭 늘었지만 산업 전반에 기술 활용이 확산했다고 보기는 어려운 수준이다. 현장의 체감도도 높지 않다. 건설동행위원회가 지난해 '스마트 건설·안전·AI 엑스포' 참가자 244명을 대상으로 조사한 결과 건설업이 '점점 혁신적으로 변하고 있다'고 답한 비율은 24%, '미래 기회가 많다'는 응답은 14%에 그쳤다. 조직문화도 변화가 필요한 분야다. 한국건설산업연구원이 건설산업에서 활동하는 청년 직장인과 대학생 406명을 조사한 결과 직장 선택 때 중요하게 보는 요인은 연봉에 이어 ▲워라밸 ▲조직문화 ▲성장 가능성 ▲근무공간 및 환경 순으로 나타났다. 성유경 한국건설산업연구원 연구위원은 "개인보다 조직을 중시하고, 수직적 의사소통과 실무 경험 중심의 업무방식에 익숙한 건설업계는 청년세대의 가치관과 차이를 보인다"며 "청년 인재 유입을 위해 수평적이고 개방적인 문화로 바뀔 필요가 있다"고 지적했다. 업계에선 CEO의 연령이 낮아지는 현상을 긍정적으로 보는 경향이 짙다. 기존 경영진과 젊은 인력 간 연령 다양성을 높이고 새로운 기술과 조직문화를 받아들이기 용이해서다. 김경혜 국립한밭대학교 부교수는  "경영진의 연령이 낮은 경우 연구개발 활동에 적극적이고 이는 기업가치 제고에 중요한 역할을 한다"며 "이들은 공시 투명성과 연구개발 투자에도 보다 적극적인 경향을 보인다"고 말했다.  chulsoofriend@newspim.com 2026-09-11 06:00
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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.
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