2014.05.22

'인간 두뇌처럼 동작' 신경 컴퓨팅, 어디까지 왔나

Sharon Gaudin | Computerworld
산디아 국립 연구소의 연구진은 실제 상황에 실시간으로 대응하면서 20와트 전구 정도의 전력만을 소모하는 컴퓨터를 개발하고 있다. 현재 이 정도 성능과 기능성을 갖춘 유일한 ‘기계'는 인간의 두뇌 뿐이다.

과학자들이 기존의 컴퓨터와는 다른, 어쩌면 인간 두뇌와 더 닮아있는 컴퓨터 시스템을 구축하고자 하는 이유 역시 여기에 있다.

산디아 국립 연구소의 인지 과학 매니저 존 바그너는 “오늘날의 컴퓨터는 일반적으로 편미분방정식(partial differential equations)이라 불리는 방식을 이용해 과학적 문제의 부기(bookkeeping) 및 해결에 뛰어난 역량을 보여준다. 그러나 이들에게 상식이란 없다. 새로운 패턴을 발견하고, 모호한 문제를 다루는, 그리고 좀 더 현명한 해답을 모색하는 일은 컴퓨터가 수행하지 못하는 작업이다”라고 설명했다.

미 에너지국의 연구 및 개발 운영 활동에서 주요 역할을 담당하는 산디아에서, 과학자들은 미래 컴퓨팅 시스템을 위한 장기적 프로젝트의 일환으로 신경인식 컴퓨팅을 연구하고 있다.

산디아 마이크로시스템즈의 무라트 오켄단 연구원은 “이러한 시스템이 지니는 가치가 무엇인지, 이것을 구현하기 위해 어떤 기기 및 아키텍처 유형이 필요한지를 고민하고 있다. 전통적인 컴퓨터는 정확한 계산 능력을 갖추지만, 그 이외의 다른 것은 없다”라고 말했다.

그는 “이와 달리 신경 계산은, 보다 본질적인 관점에서 기록과 기억을 살펴볼 수 있도록 하며 그러한 정보를 바탕으로 향후 발생할 사건을 예측한다. 기존의 방식과는 매우 다르다” 라고 덧붙였다.

신경 컴퓨팅 시스템은 특히 빅 데이터 문제를 다루는데 기존의 그 어떤 시스템보다도 적합할 것으로 예상된다. 보다 크고 다양한 컴퓨팅 파워와 에너지 효율성을 필요로 하는 원격자율, 반자율 시스템들을 다루는데도 이는 보다 나은 역량을 보여줄 수 있다.

즉 인간 두뇌와 보다 유사하게 기능하는 컴퓨터는 무인 기기나 원격 센서 등의 관리를 보다 잘 수행할 수 있으며, 복잡한 분석 과정의 관리에도 더욱 적합하다. 또 오켄단에 따르면 이러한 시스템은 패턴과 변칙을 이해하고, 행위 적합성을 판단할 수도 있다.

중앙 프로세싱 유닛과 프로그램 및 데이터를 저장하는 메모리를 갖춘 계산 기기라 할 수 있는 오늘날의 컴퓨터 시스템과 달리, 신경인식 컴퓨터는 기본적인 기능성에서부터 다양한 성격을 띈다.

오늘날의 컴퓨터 기기는 메모리 내부의 프로그램과 데이터로부터 명령을 수집해 실행한다. 과정은 한 단계 씩 순서대로 이뤄진다. 물론 병렬, 멀티 코어 컴퓨터들은 한 번에 복수의 작업을 진행할 수 있지만 기본적인 접근법 자체는 기존의 그것과 동일하다.

신경인식 컴퓨터는 그 아키텍처에 있어서도 기존의 것들과는 근본적으로 다르다.

이 미래의 기기는 프로세싱과 스토리지를 하나의 네트워크 아키텍처에 통합할 수 있는 방식으로 설계된다. 바그너는 “즉 데이터를 프로세싱하는 조각이 데이터를 저장하는 조각과 같아지는 것이다. 그리고 데이터는 동시적으로 기능하는 모든 노드에서 처리될 것이다. 이는 연쇄되는 단계적 과정이 아니다. 네트워크는 모든 것을 동시에 처리할 것이며, 따라서 효율성과 속도를 큰 폭으로 개선할 것이다”라고 설명했다.

신경 기반 컴퓨터 아키텍처는 또한 보다 뛰어난 업무 연결성을 담보하기도 한다.

산디아 연구소는 신경 구조 내 각 뉴런은 약 1만 개의 뉴런들과 연결고리를 가질 수 있다고 설명하고 있다. 반면 전통적인 컴퓨터 트렌지스터 연결은 평균 4개의 여타 트렌지스터와 정적인 패턴으로 연결될 뿐이다.

컴퓨터 과학자들이 인간 두뇌의 신경 연결을 모방해온 것은 예전부터 있어온 일이지만, 특히 최근에는 연구의 진보 사례가 실제 나타남에 따라 프로젝트에 활력을 더해가고 있다.

하지만 산디아 연구소는 연구자들이 지금까지의 진보에만 얽매이기보단 보다 간소화된 형태의, 새로운 아키텍처를 개발하는데 집중할 필요가 있다고 제시했다. 복잡한 시스템은 벌써 ‘구시대'의 것이 되어버렸다는 것이 이들이 강조하는 바다. ciokr@idg.co.kr



2014.05.22

'인간 두뇌처럼 동작' 신경 컴퓨팅, 어디까지 왔나

Sharon Gaudin | Computerworld
산디아 국립 연구소의 연구진은 실제 상황에 실시간으로 대응하면서 20와트 전구 정도의 전력만을 소모하는 컴퓨터를 개발하고 있다. 현재 이 정도 성능과 기능성을 갖춘 유일한 ‘기계'는 인간의 두뇌 뿐이다.

과학자들이 기존의 컴퓨터와는 다른, 어쩌면 인간 두뇌와 더 닮아있는 컴퓨터 시스템을 구축하고자 하는 이유 역시 여기에 있다.

산디아 국립 연구소의 인지 과학 매니저 존 바그너는 “오늘날의 컴퓨터는 일반적으로 편미분방정식(partial differential equations)이라 불리는 방식을 이용해 과학적 문제의 부기(bookkeeping) 및 해결에 뛰어난 역량을 보여준다. 그러나 이들에게 상식이란 없다. 새로운 패턴을 발견하고, 모호한 문제를 다루는, 그리고 좀 더 현명한 해답을 모색하는 일은 컴퓨터가 수행하지 못하는 작업이다”라고 설명했다.

미 에너지국의 연구 및 개발 운영 활동에서 주요 역할을 담당하는 산디아에서, 과학자들은 미래 컴퓨팅 시스템을 위한 장기적 프로젝트의 일환으로 신경인식 컴퓨팅을 연구하고 있다.

산디아 마이크로시스템즈의 무라트 오켄단 연구원은 “이러한 시스템이 지니는 가치가 무엇인지, 이것을 구현하기 위해 어떤 기기 및 아키텍처 유형이 필요한지를 고민하고 있다. 전통적인 컴퓨터는 정확한 계산 능력을 갖추지만, 그 이외의 다른 것은 없다”라고 말했다.

그는 “이와 달리 신경 계산은, 보다 본질적인 관점에서 기록과 기억을 살펴볼 수 있도록 하며 그러한 정보를 바탕으로 향후 발생할 사건을 예측한다. 기존의 방식과는 매우 다르다” 라고 덧붙였다.

신경 컴퓨팅 시스템은 특히 빅 데이터 문제를 다루는데 기존의 그 어떤 시스템보다도 적합할 것으로 예상된다. 보다 크고 다양한 컴퓨팅 파워와 에너지 효율성을 필요로 하는 원격자율, 반자율 시스템들을 다루는데도 이는 보다 나은 역량을 보여줄 수 있다.

즉 인간 두뇌와 보다 유사하게 기능하는 컴퓨터는 무인 기기나 원격 센서 등의 관리를 보다 잘 수행할 수 있으며, 복잡한 분석 과정의 관리에도 더욱 적합하다. 또 오켄단에 따르면 이러한 시스템은 패턴과 변칙을 이해하고, 행위 적합성을 판단할 수도 있다.

중앙 프로세싱 유닛과 프로그램 및 데이터를 저장하는 메모리를 갖춘 계산 기기라 할 수 있는 오늘날의 컴퓨터 시스템과 달리, 신경인식 컴퓨터는 기본적인 기능성에서부터 다양한 성격을 띈다.

오늘날의 컴퓨터 기기는 메모리 내부의 프로그램과 데이터로부터 명령을 수집해 실행한다. 과정은 한 단계 씩 순서대로 이뤄진다. 물론 병렬, 멀티 코어 컴퓨터들은 한 번에 복수의 작업을 진행할 수 있지만 기본적인 접근법 자체는 기존의 그것과 동일하다.

신경인식 컴퓨터는 그 아키텍처에 있어서도 기존의 것들과는 근본적으로 다르다.

이 미래의 기기는 프로세싱과 스토리지를 하나의 네트워크 아키텍처에 통합할 수 있는 방식으로 설계된다. 바그너는 “즉 데이터를 프로세싱하는 조각이 데이터를 저장하는 조각과 같아지는 것이다. 그리고 데이터는 동시적으로 기능하는 모든 노드에서 처리될 것이다. 이는 연쇄되는 단계적 과정이 아니다. 네트워크는 모든 것을 동시에 처리할 것이며, 따라서 효율성과 속도를 큰 폭으로 개선할 것이다”라고 설명했다.

신경 기반 컴퓨터 아키텍처는 또한 보다 뛰어난 업무 연결성을 담보하기도 한다.

산디아 연구소는 신경 구조 내 각 뉴런은 약 1만 개의 뉴런들과 연결고리를 가질 수 있다고 설명하고 있다. 반면 전통적인 컴퓨터 트렌지스터 연결은 평균 4개의 여타 트렌지스터와 정적인 패턴으로 연결될 뿐이다.

컴퓨터 과학자들이 인간 두뇌의 신경 연결을 모방해온 것은 예전부터 있어온 일이지만, 특히 최근에는 연구의 진보 사례가 실제 나타남에 따라 프로젝트에 활력을 더해가고 있다.

하지만 산디아 연구소는 연구자들이 지금까지의 진보에만 얽매이기보단 보다 간소화된 형태의, 새로운 아키텍처를 개발하는데 집중할 필요가 있다고 제시했다. 복잡한 시스템은 벌써 ‘구시대'의 것이 되어버렸다는 것이 이들이 강조하는 바다. ciokr@idg.co.kr

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