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폰 노이만 이후의 혁신은 없다?··· CPU 아키텍처의 미래 진단

2017.07.26 Lamont Wood  |  Computerworld


그웬냅은 다음과 같이 설명을 보탰다. “기존 프로세서는 리눅스와 윈도우를 최대한 빨리 구동하는 데 최적화되어 있다. 따라서 이미 완전히 새로운 방식으로 더 빠르게 만들기란 쉽지 않다. 리눅스와 윈도우의 코드 양은 방대하다. 속도를 높일 방법을 알아내려면 복잡하다. 따라서 대안은 그냥 모든 작업을 합리적인 수준에서 잘 하는 것이다.”

패터슨은 “컴파일러를 활용하는 것이 좋은 방법이며 장점이 많은 것으로 나타났다”라고 덧붙였다.

양자의 길
속도를 높이려면 양자(quantum) 컴퓨팅 방향으로 가는 것이 최선인 듯 하다. 양자 컴퓨팅은 비상한 아원자 세계를 다루는 양자 물리학을 통해 고전적인 세계의 물리적 한계를 피한다. 학자들은 양자 역학에 기반한 논리 게이트를 만들어서 범용 양자 프로세서를 제작할 수 있는 방법을 제안한 바 있다. 그러나 시장 유일의 양자 컴퓨팅 업체 디웨이브 시스템(D-Wave Systems)은 아직 제대로 비즈니스를 펼치지 못 하고 있다..

디웨이브 시스템의 최신 모델은 2,048 양자 비트(큐비트)를 갖추고 있으며, 작업 처리가 종래의 컴퓨터와 같은 2진 논리 게이트에 기반하지 않는다고 디웨이브의 수석 부사장 제레미 힐튼은 설명했다.

그는 “비트 사이에 얽힘(entangled) 상태를 만들어낼 수 있다면, 전체에 대해 논리 연산을 동시에 수행할 수 있다”라며, 소요 시간은 5 마이크로초라고 덧붙였다.

아울러, “5년 이내에 클라우드의 어디에서나 볼 수 있게 되고 개발자들이 이용할 수 있게 될 것”이라고 예측했다.

IHS 마킷(IHS Markit)의 톰 해켄버그 애널리스트는 “이 기술은 양자 중첩 및 얽힘을 활용해 비트 조합의 확률을 측정한다”라며, “상업성이 확보되면 정확한 2진 처리에 의존하는 전통적인 컴퓨팅에 사용되는 것이 아니라 딥러닝(deep learning)과 신경 네트워크 컴퓨팅 분야에서 큰 수요가 생길 것”이라고 전망했다.

한편 힐튼은 “이 기술이 향후 범용 컴퓨팅에 확장될 수 있다. 우리 또한 확장 작업을 진행하고 있다. 단 주력 분야는 아니다”라고 덧붙였다.

오픈소스 프로세서
인텔, AMD, 그리고 (스마트폰에서는) ARM이 지배하는 프로세서 시장의 움직임은 급진적인 혁신에 방해가 되는 측면이 있다고 전문가들은 평가했다.

그웬냅은 “인텔, ARM과 같은 업체들의 경우 자체 아키텍처와 뗄래야 뗄 수 없는 관계가 되고 소프트웨어 종류가 너무 많다. 아키텍처 수준에서 많은 혁신을 하기는 어렵다”라고 지적했다.

개발 비용 역시 장애물이다. 아사노빅 교수는 “16, 14, 10, 7, 5 나노미터와 같이 점점 작아지는 칩의 공정을 논할 때 그 숫자가 사실 미래의 고객 숫자를 의미한다는 우스개 소리가 있다”라며 “팹(fab)이 너무 비싸다. 패턴은 너무 괴상해서 인쇄하기 쉽지 않다. 5억 달러나 되는 설계 비용을 정당화하려면 방대한 수요가 필요하다”라고 말했다.

그러나 오픈소스 프로세서 하드웨어의 등장으로 차고에 사무실을 차리는 스타일의 혁신가들에게 문이 열릴지도 모른다.

일부 전문가들은 리스크-파이브(RISC-V)를 주목한다. RISC-V 재단에서 추진 중인 32, 64, 128비트의 오픈소스 RISC 아키텍처다. 재단 책임자 릭 오코너의 설명에 따르면 5세대 RISC 프로세서는 아무 업체라도 무료로 사용할 수 있지만 (인증을 원할 경우) 인증 비용과 상표 사용비를 내야 한다. 기본 아키텍처는 하드웨어 명령어가 50개 미만이지만 서버 수준으로 모듈식 확장이 가능하다..

오코너는 “우리 재단은 효율적인 명령어 집합을 만들기 위해 지난 30년간 시행착오를 거쳐왔다”라고 설명했다.

RISC-V 칩을 제공하는 최초의 업체는 샌프란시스코에 있는 사이파이브(SiFive)로 알려져 있다. 사이파이브의 부회장 잭 강은 RISC-V 오픈소스 프로세서 칩과 다양한 형태의 설계 자동화를 활용함으로써 32비트 고객 샘플을 10만 달러 미만에 제공 가능할 수 있다고 밝혔다.

“이는 종래의 방식에 비해 한 자릿수가 적은 가격이다. 당사는 칩 이용의 대중화를 위해 노력 중이다. 사람들이 RISC-V에 끌리는 것은 무료이고 열려있기 때문이다. 사실 품질도 매우 좋다”라고 그는 덧붙였다.

아사노빅 교수는 오픈소스 하드웨어를 사용함으로써 투자 비용의 장벽이 허물어질 수 있다고 예측했다. 그는 “경쟁력 있는 차별화 요소가 아닌 일반 인프라 구성요소에 오픈소스를 이용하는 것은 소프트웨어 업계에서 이미 오래 전에 벌어진 일이다. 그러나 하드웨어 업계에서는 한 업체에 이어 다른 업체가 계속해서 똑같은 컨트롤러를 꾸역꾸역 만들고 있다”라고 말했다.

그는 이어 “만약 오픈소스를 사용하게 한다면 더 많은 하드웨어 업체가 자체 칩을 개발하게 될 것이다. 그렇지 않으면 칩 업계는 고객이 적기 때문에 가격을 올릴 수밖에 없고 가격이 높아지면 고객이 적어지는 악순환에 빠지게 된다”라고 말했다.

패터슨은 다음과 같이 표현했다. “사물 인터넷에서처럼 소프트웨어가 사용자 눈에 보이지 않는다면, 프로세서(의 정체)는 중요하지 않다. 똑같은 품질의 것을 공짜로 얻을 수 있다면 굳이 돈을 주고 살 이유가 없을 것이다.”

"폰 노이만은 앞으로도 영원하다"
미래의 혁신가들이 이른바 폰 노이만 아키텍처에서 동떨어진 프로세서를 만들 가능성은 낮은 것으로 관측된다. 이 아키텍처 이름은 1945년 컴퓨터 선구자 존 폰 노이만의 이름으로 작성된 한 보고서에서 유래되었다. 이 보고서에는 범용 저장 프로그램 디지털 컴퓨터에 포함되어야 할 기본 기능에 대한 설명이 자세히 나와 있다.

“명령어, 프로그램 카운터, 분기 명령, 페칭(fetching) 연산, 산술 연산 등은 애초부터 있던 것들이다. 그러나 누군가 나서서 (신경 네트워킹) 매트릭스 연산이 새 아키텍처나 마찬가지라고 선언하지 않는 한, 폰 노이만의 개념을 대체할만한 것은 보이지 않는다”라고 패터슨은 말했다.

만일 대체하는 것이 나온다면 소프트웨어 엔지니어링 분야가 위기에 처하게 될 것이라고 콘테는 말했다. 그는 “사람들은 신뢰할 수 있고 인증과 테스트를 거친 버그 없는 소프트웨어를 원한다. 그러나 그러한 소프트웨어를 만드는 방식은 매우 불안정하다. 알고리즘조차 바꿔야 한다. 컴퓨팅 스택이 완전히 붕괴될 것이다. ‘전통적인 컴퓨팅은 이제 중단한다’라는 상황이 펼쳐지지는 않을 것이다. 현실성이 없다”라고 말했다.

패터슨도 비슷한 의견을 제시했다. 그는 “지금으로부터 10년 후의 데스크톱이나 태블릿에는 현재 운영 체제에 사용되는 것과 비슷한 프로세서가 탑재될 것이다. 또한, 비전이나 신경 네트워킹 아니면 그밖에 여러 것들을 위한 특수 목적의 프로세서들이 많이 탑재될 것”이라고 덧붙였다.

단 “2022년의 개발 환경에는 한층 심화된 전문화와 더 많은 하부시스템이 필요할 것”이라고 로디는 말했다.

ARM의 스마이더는 “CPU가 앞으로도 (가속기) 오케스트라의 지휘자 역할을 할 것이라는 가정에는 변함이 없다. CPU가 운영체제의 주인이기 때문”이라고 전제하고 “현 시점에서는 폰 노이만이 답이다. 이 상황을 극적으로 바꾸기 위해서 할 수 있는 일은 별로 없다”라고 덧붙였다. ciokr@idg.co.kr 

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