2017.12.15

이재용 칼럼 | 신경기반 컴퓨팅이 촉진시킬 특이점

이재용 | CIO KR
알란 튜링과 존 폰 노이만이 구축한 엄격한 프로그래밍 작성 규칙를 가지는 컴퓨팅환경을 벗어나려는 노력들이 결실을 맺어가고 있다. 신경 기반 컴퓨팅(Neuro-Inspired Computing)을 하드웨어 수준에서 소프트웨어 수준(인공지능)까지 구축하려는 시도다.

이번 칼럼에서는 특이점을 감안해 만들어진 컴퓨터의 초기 모델에서부터 현대의 인지 컴퓨팅까지의 경로를 신경심리학의 관점에서 살펴보기로 한다.

인간의 연구에서 출발한 컴퓨터
컴퓨터는 알란 튜링과 존 폰 노이만의 인간 연구에서 출발했다. 알란 튜링은 튜링 모델을 고안해냈다. 또 존 폰 노이만이그 개념에 stored 프로그램과 byte의 병렬 개념을 적용하여 폰 노이만형 컴퓨터를 만들어내었다.

알란 튜링은 인간 사고기능 중에서 계산 기능만을 끄집어 내어 미세과정을 구분해내는 사고모의를 해냄으로써 인간심리와 계산기의 통섭을 이룬 선구자적 천재다. 놀랍게도 1950년 <계산기계와 지능> 이라는 논문에서 오늘날의 첨단 분야에서 논쟁이 되고 있는 의식에 관련한 주장(The Argument from consciousness), 학습하는 기계(Learning Machines)등을 언급했다.

해당 논문에서 인간심리적요소와 관련된 내용의 연구가 함께 하는 것에서 알 수 있는 것처럼 컴퓨터는 그 출발에서부터 심리학과 밀접한 관련을 가진다. 이제 특이점(singularity)로 가는 4차 산업혁명의 길목에서, IT기술이 심리학으로 외연을 확장되도록 것이 통섭의 핵심 중 하나다. 그 구현이 인지컴퓨팅으로 진행되고 있다. 물론 그 끝은 의식의 발생과 탄생에 대한 문제일 것이다.


튜링 머신 Prototype (출처 : 위키피디아)

커즈와일은 <특이점이 온다>책에서 존 폰 노이만이 언급한 말을 다음과 같이 인용해 말했다.

‘기술의 항구한 가속적 발전으로 인해 인류 역사에는 필연적으로 특이점이 발생할 것이며, 그 후의 인간사는 지금껏 이어져온 것과는 전혀 다른 무언가가 될 것이다.’ 여기서 노이만은 ‘가속’과 ‘특이점’ 이라는 두 가지 중요한 개념을 언급했다. –pp 28

뿐만 아니라, 존 폰 노이만은 <컴퓨터와 뇌 : The Computer and the Brain>라는 책에서 뉴런의 펄스가 있는 상태를 1, 없는 상태를 0으로 표현하고 컴퓨터 구조는 뇌를 모델링한 것으로 설명하고 있다. 즉, 특이점이라는 4차산업혁명의 개념이 컴퓨터 발명과 함께 태동됐던 것이다.

그러나 노이만 형 컴퓨터의 병목 현상 문제에 대한 ‘하바드 아키텍처’가 출현하고, 병렬 컴퓨터의 구현으로 슈퍼 컴퓨터가 빠르게 발전했지만 인간의 뇌에서 동작하는 기능을 따라하지는 못하고 있다.


노이만형 컴퓨터와 하버드 아키텍쳐 (출처 : 위키피디아)

이러한 문제를 해결할 두 가지 노력이 인지 컴퓨팅(Cognitive Computing) 분야에서 이뤄지고 있다. 인지컴퓨팅의 범위는 넓지만, 그 중에서 신경기반 컴퓨팅(Neuro-Inspired Computing)의 기술은 하드웨어와 소프트웨어에서 존 폰 노이만 구조를 극복하게 할 주인공이다. 하드웨어에서의 신경기반 컴퓨팅은 뇌 신경 모방칩과 상변환 메모리이고, 소프트웨어 단에서는 합성곱 신경망(CNN)이다.

점점 인간을 닮아 가는 하드웨어들 (신경모방 칩과 상변화 메모리)
글로벌 IT기업들은 신경 기반 컴퓨팅 기술(Neuro-Inspired Computing Technology)의 구현을 위해 오랜 기간 투자해왔다. 최근에서 그 결실을 맺고 있다. 대표적으로 다음과 같은 연구들이 있다.

1) 뉴로모픽(Neuromorphic Computing) : IBM 트루노스(TrueNorth), 인텔 로이히(Loihi), 삼성, LG, 도시바
2) 상변화 메모리(PCM : Phase Change Memory) : IBM, 삼성전자, 하이닉스, 마이크론


IBM 상변화 메모리 (출처 : IBM)

IBM의 트루노스 칩은 인간의 두뇌 기능을 모방해서 설계됐으며 2016년 9월 밴치마크 결과가 공개됐다. 이 기업은 트루노스 칩이 CPU는 물론 GPU보다도 더 빠르고 효율적이라고 밝히면서 학습과 연산능력, 절전성으로 IoT, 스마트폰, 로봇, 자동차, 클라우드 컴퓨팅, 슈퍼컴퓨팅 모두에 지능을 적용할 수 있다고 발표했다.

인텔도 오늘날의 컴퓨터를 넘어서는 기술에 투자해 2017년 9월 로이히를 발표한 바 있다. 삼성 역시 극비리에 관련 연구를 진행하는 것으로 알려졌다. LG와 도시바 등도 이 분야의 연구에 크게 투자하고 있다. 뉴로모픽 칩들은 감각 인식, 지능적 애플리케이션, 기계 학습, 신경망 기반의 인공지능 프로그램 실행에 기반이 될 전망이다.

상변화 메모리는 기존 메모리와는 달리 저장 물질의 형태를 바꾸어 저장하는 방식으로 물질이 비정질일때와 결정질일대로 나눠 정보를 저장한다. 이를 통해 데이터를 쓰고 지우는 속도 등의 난제를 해결하려 한다. 주목할 점은 2016년 8월 IBM이 이 상변화 메모리를 이용하여 인공 뉴런과 시냅스를 구현했다는 것이다.

뉴로모픽 칩과 상변화 메모리가 실용화되면 자료 저장과 검색에서 신경망을 구현하는 것으로 이미 성공한 합성곱 신경망(CNN)인 인공지능과 함께 하드웨어와 소프트웨어 모두에서 신경망 형태를 취하게 되면서 컴퓨터 기술이 획기적으로 증대될 전망이다.

정보 이론의 커다란 변화(기계와 생명의 인터페이스)
신경 기반 컴퓨팅이 발전함에 따라 컴퓨터 과학자들에게는 정보이론의 개념을 고전적 정보이론에서 통합정보이론으로 변화하여 연구해야 할 필요성이 제기된다. 정보이론이란 컴퓨터 공학에서 사용하는 개념으로 신호에 의해서 전달되며 정보를 주고 받는 단위는 독립적이 정보처리 구조를 가지는 것을 가정한 것이다. 한편 심리학에서 사용하는 통합정보이론은 불확실성의 감소량으로 측정될 수 있는 지식으로 정의된다. 따라서 정보를 한 시스템이 다른 시스템과 상호작용한 결과 나타나는 조직수준에서의 변화(Negentropy)로 해석하는 생명의 현상을 설명하는 것이다. 이것은 학문적으로 심리학적 정보 개념을 공학적 정보 개념으로 수용해야 하는 엄청난 변화를 의미한다.

심리학과 컴퓨터공학은 그 시작부터 같이 연구됐으나 학문의 발달과정에서 문이과로 나뉘어 학문간 거리를 멀리 두면서 따로 발전했다. 그러나 지금은 두 분야의 통섭을 통해 4차 산업혁명의 특이점을 가장 잘 설명할 수 있게 됐다. 나아가 두 학문간의 학문적 공백을 채움으로써 4차 산업혁명에 대응할 수 있는 방법이 도출될 것이다.

* 한서대학교에 근무하는 이재용 교수는 4차산업혁명 컨설턴트로써 IT 조직심리학, 심리정보과학의 연구, 강연 및 소통교육을 하고 있다. 4차 산업혁명의 지향점을 인간심리요소의 4가지 컴퓨팅 개념화 파라다임으로 설명하는 컴퓨터공학자이자 심리정보학자이다. 특정 프로젝트나 제품, 연구가 4차 산업혁명의 지향점 중 어떤 위치에 해당하는지를 확인해 볼 수 있는 <특이점 지도>를 만들기 위해 노력하고 있다. ciokr@idg.co.kr
 



2017.12.15

이재용 칼럼 | 신경기반 컴퓨팅이 촉진시킬 특이점

이재용 | CIO KR
알란 튜링과 존 폰 노이만이 구축한 엄격한 프로그래밍 작성 규칙를 가지는 컴퓨팅환경을 벗어나려는 노력들이 결실을 맺어가고 있다. 신경 기반 컴퓨팅(Neuro-Inspired Computing)을 하드웨어 수준에서 소프트웨어 수준(인공지능)까지 구축하려는 시도다.

이번 칼럼에서는 특이점을 감안해 만들어진 컴퓨터의 초기 모델에서부터 현대의 인지 컴퓨팅까지의 경로를 신경심리학의 관점에서 살펴보기로 한다.

인간의 연구에서 출발한 컴퓨터
컴퓨터는 알란 튜링과 존 폰 노이만의 인간 연구에서 출발했다. 알란 튜링은 튜링 모델을 고안해냈다. 또 존 폰 노이만이그 개념에 stored 프로그램과 byte의 병렬 개념을 적용하여 폰 노이만형 컴퓨터를 만들어내었다.

알란 튜링은 인간 사고기능 중에서 계산 기능만을 끄집어 내어 미세과정을 구분해내는 사고모의를 해냄으로써 인간심리와 계산기의 통섭을 이룬 선구자적 천재다. 놀랍게도 1950년 <계산기계와 지능> 이라는 논문에서 오늘날의 첨단 분야에서 논쟁이 되고 있는 의식에 관련한 주장(The Argument from consciousness), 학습하는 기계(Learning Machines)등을 언급했다.

해당 논문에서 인간심리적요소와 관련된 내용의 연구가 함께 하는 것에서 알 수 있는 것처럼 컴퓨터는 그 출발에서부터 심리학과 밀접한 관련을 가진다. 이제 특이점(singularity)로 가는 4차 산업혁명의 길목에서, IT기술이 심리학으로 외연을 확장되도록 것이 통섭의 핵심 중 하나다. 그 구현이 인지컴퓨팅으로 진행되고 있다. 물론 그 끝은 의식의 발생과 탄생에 대한 문제일 것이다.


튜링 머신 Prototype (출처 : 위키피디아)

커즈와일은 <특이점이 온다>책에서 존 폰 노이만이 언급한 말을 다음과 같이 인용해 말했다.

‘기술의 항구한 가속적 발전으로 인해 인류 역사에는 필연적으로 특이점이 발생할 것이며, 그 후의 인간사는 지금껏 이어져온 것과는 전혀 다른 무언가가 될 것이다.’ 여기서 노이만은 ‘가속’과 ‘특이점’ 이라는 두 가지 중요한 개념을 언급했다. –pp 28

뿐만 아니라, 존 폰 노이만은 <컴퓨터와 뇌 : The Computer and the Brain>라는 책에서 뉴런의 펄스가 있는 상태를 1, 없는 상태를 0으로 표현하고 컴퓨터 구조는 뇌를 모델링한 것으로 설명하고 있다. 즉, 특이점이라는 4차산업혁명의 개념이 컴퓨터 발명과 함께 태동됐던 것이다.

그러나 노이만 형 컴퓨터의 병목 현상 문제에 대한 ‘하바드 아키텍처’가 출현하고, 병렬 컴퓨터의 구현으로 슈퍼 컴퓨터가 빠르게 발전했지만 인간의 뇌에서 동작하는 기능을 따라하지는 못하고 있다.


노이만형 컴퓨터와 하버드 아키텍쳐 (출처 : 위키피디아)

이러한 문제를 해결할 두 가지 노력이 인지 컴퓨팅(Cognitive Computing) 분야에서 이뤄지고 있다. 인지컴퓨팅의 범위는 넓지만, 그 중에서 신경기반 컴퓨팅(Neuro-Inspired Computing)의 기술은 하드웨어와 소프트웨어에서 존 폰 노이만 구조를 극복하게 할 주인공이다. 하드웨어에서의 신경기반 컴퓨팅은 뇌 신경 모방칩과 상변환 메모리이고, 소프트웨어 단에서는 합성곱 신경망(CNN)이다.

점점 인간을 닮아 가는 하드웨어들 (신경모방 칩과 상변화 메모리)
글로벌 IT기업들은 신경 기반 컴퓨팅 기술(Neuro-Inspired Computing Technology)의 구현을 위해 오랜 기간 투자해왔다. 최근에서 그 결실을 맺고 있다. 대표적으로 다음과 같은 연구들이 있다.

1) 뉴로모픽(Neuromorphic Computing) : IBM 트루노스(TrueNorth), 인텔 로이히(Loihi), 삼성, LG, 도시바
2) 상변화 메모리(PCM : Phase Change Memory) : IBM, 삼성전자, 하이닉스, 마이크론


IBM 상변화 메모리 (출처 : IBM)

IBM의 트루노스 칩은 인간의 두뇌 기능을 모방해서 설계됐으며 2016년 9월 밴치마크 결과가 공개됐다. 이 기업은 트루노스 칩이 CPU는 물론 GPU보다도 더 빠르고 효율적이라고 밝히면서 학습과 연산능력, 절전성으로 IoT, 스마트폰, 로봇, 자동차, 클라우드 컴퓨팅, 슈퍼컴퓨팅 모두에 지능을 적용할 수 있다고 발표했다.

인텔도 오늘날의 컴퓨터를 넘어서는 기술에 투자해 2017년 9월 로이히를 발표한 바 있다. 삼성 역시 극비리에 관련 연구를 진행하는 것으로 알려졌다. LG와 도시바 등도 이 분야의 연구에 크게 투자하고 있다. 뉴로모픽 칩들은 감각 인식, 지능적 애플리케이션, 기계 학습, 신경망 기반의 인공지능 프로그램 실행에 기반이 될 전망이다.

상변화 메모리는 기존 메모리와는 달리 저장 물질의 형태를 바꾸어 저장하는 방식으로 물질이 비정질일때와 결정질일대로 나눠 정보를 저장한다. 이를 통해 데이터를 쓰고 지우는 속도 등의 난제를 해결하려 한다. 주목할 점은 2016년 8월 IBM이 이 상변화 메모리를 이용하여 인공 뉴런과 시냅스를 구현했다는 것이다.

뉴로모픽 칩과 상변화 메모리가 실용화되면 자료 저장과 검색에서 신경망을 구현하는 것으로 이미 성공한 합성곱 신경망(CNN)인 인공지능과 함께 하드웨어와 소프트웨어 모두에서 신경망 형태를 취하게 되면서 컴퓨터 기술이 획기적으로 증대될 전망이다.

정보 이론의 커다란 변화(기계와 생명의 인터페이스)
신경 기반 컴퓨팅이 발전함에 따라 컴퓨터 과학자들에게는 정보이론의 개념을 고전적 정보이론에서 통합정보이론으로 변화하여 연구해야 할 필요성이 제기된다. 정보이론이란 컴퓨터 공학에서 사용하는 개념으로 신호에 의해서 전달되며 정보를 주고 받는 단위는 독립적이 정보처리 구조를 가지는 것을 가정한 것이다. 한편 심리학에서 사용하는 통합정보이론은 불확실성의 감소량으로 측정될 수 있는 지식으로 정의된다. 따라서 정보를 한 시스템이 다른 시스템과 상호작용한 결과 나타나는 조직수준에서의 변화(Negentropy)로 해석하는 생명의 현상을 설명하는 것이다. 이것은 학문적으로 심리학적 정보 개념을 공학적 정보 개념으로 수용해야 하는 엄청난 변화를 의미한다.

심리학과 컴퓨터공학은 그 시작부터 같이 연구됐으나 학문의 발달과정에서 문이과로 나뉘어 학문간 거리를 멀리 두면서 따로 발전했다. 그러나 지금은 두 분야의 통섭을 통해 4차 산업혁명의 특이점을 가장 잘 설명할 수 있게 됐다. 나아가 두 학문간의 학문적 공백을 채움으로써 4차 산업혁명에 대응할 수 있는 방법이 도출될 것이다.

* 한서대학교에 근무하는 이재용 교수는 4차산업혁명 컨설턴트로써 IT 조직심리학, 심리정보과학의 연구, 강연 및 소통교육을 하고 있다. 4차 산업혁명의 지향점을 인간심리요소의 4가지 컴퓨팅 개념화 파라다임으로 설명하는 컴퓨터공학자이자 심리정보학자이다. 특정 프로젝트나 제품, 연구가 4차 산업혁명의 지향점 중 어떤 위치에 해당하는지를 확인해 볼 수 있는 <특이점 지도>를 만들기 위해 노력하고 있다. ciokr@idg.co.kr
 

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