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IBM, '트루노스' 두뇌형 칩 벤치마크 결과 공개

2016.09.26 Agam Shah  |  IDG News Service
IBM이 트루노스(TrueNorth) 두뇌형 칩의 딥러닝 성능을 측정한 결과 오늘날의 GPU 및 CPU보다 더 빠르고 전력 효율적이라고 밝혔다.


로렌스 리버모어의 신형 수퍼컴퓨터 시스템은 16개의 IBM 트루노스 칩에 기반할 예정이다. Credit: IBM 리서치

IBM의 목표 중 하나는 인간처럼 판단하고 지능이 있는 컴퓨터를 개발하는 것이다. 이 목표가 점차 가까워지고 있다.

트루노스(TrueNorth)라는 IBM의 컴퓨터 칩은 인간 두뇌의 기능을 모방하여 설계됐다. 회사는 현재 오늘날의 컴퓨터와 비교하여 트루노스가 얼마나 빠르고 효율적인지 입증하기 위해 테스트와 벤치마크 작업을 지속적으로 진행하고 있다.
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IBM에 따르면 1:1 비교 테스트 결과는 인상적이다. IBM은 트루노스가 딥 러닝(Deep Learning)에 개입하여 인간의 두뇌처럼 관련 사항과 확률을 기준으로 의사를 결정할 수 있다며, 또 밀리와트 급의 전력만을 소모해 같은 목적으로 동작하는 다른 컴퓨터에서보다 적력효율성이 대단히 뛰어나다고 강조했다.
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IBM은 회사 블로그를 통해 “트루노스 칩의 학습 및 연산 능력, 절전성 덕분에 사물인터넷(Internet of Things)부터 스마트폰, 로봇, 자동차, 클라우드 컴퓨팅, 슈퍼컴퓨팅에 이르기까지 모든 컴퓨팅 스택(Stack)에 지능을 적용할 수 있는 가능성이 열릴 것"이라고 밝혔다.

올 해 초, IBM은 두뇌를 모방한 NS16e라는 새로운 컴퓨터에서 트루노스 칩을 시연한 바 있다. 이 컴퓨터는 처리 장치의 프로세서 유닛을 신경망 네트워크로 결합함으로써 이미지, 대화, 패턴 인식 등의 용도에서 탁월한 성능을 보일 수 있다고 회사 측은 설명했다.

인간 두뇌에는 수 조 개의 시냅스(Synapse)라는 연결부를 통해 상호 통신하는 1,000억 개의 뉴런이 있다. 그 중에는 시각 인식을 담당하는 피질이 있는가 하면 운동 기능을 담당하는 다른 영역도 있다.

두뇌와 마찬가지로 트루노스를 탑재한 NS16e에도 "디지털 신경"이 있다. 단 규모는 한참 더 작다. 시스템에 16개의 트루노스 칩이 탑재되어 있다. 각 트루노스 칩은 100만 개의 뉴런과 2억 5,6001만 개의 시냅스가 있으며 전기 회로망을 통해 연결되어 있다. 한편 NS16e는 전력 효율적인 데이터 처리를 위해 메모리, 연산, 통신 하위 시스템 측면에서 새롭게 설계된 구조를 보유하고 있다.

IBM은 트루노스 프로세서가 초당 1,200-2,600 프레임으로 이미지 데이터를 분류할 때 불과 25-275 밀리와트의 전력만 소비한다고 밝혔다. 또 50-100대의 카메라가 초당 24프레임으로 생성하는 이미지에서 패턴을 식별하여 인식할 수 있다고 덧붙였다. 즉 스마트폰을 이용해 며칠 동안 충전하지 않고도 그런 작업이 가능하다는 의미다.

회사에 따르면 이는 이미지와 대화 인식을 위해 GPU, CPU, FPGA 등의 일반적인 칩에 의존하는 서버보다 훨씬 전력 효율적이다. 페이스북, 구글, 마이크로소프트, 바이두는 딥러닝을 이용해 이미지 처리 및 대화 인식과 관련된 답을 계산한다. 이런 딥러닝 시스템은 대부분 150와트 이상을 소모하는 GPU로 구동한다.

반면 IBM의 트루노스는 패턴 인식과 과거 및 현재 데이터 연계가 관련된 알고리즘 및 학습 모델을 활용한다. 또 다양한 딥러닝 모델을 위해 다양한 알고리즘이 생성되고 있지만 해당 칩은 MatConvNet 등 기존의 시스템도 활용할 수 있으며, 이에 따라 개발자는 MatConvNet 상에서 학습 모델을 생성할 수 있다. 개발자가 트루노스에 직접 노출될 필요가 없다는 뜻이다.

IBM의 트루노스 칩은 여전히 초기 단계이다. IBM은 이 칩을 이용해 인간의 두뇌 규모로 갖춘 컴퓨터를 제작할 계획이지만 이런 거대한 컴퓨터를 위한 알고리즘과 애플리케이션 개발이 문제다.

IBM은 2004년 두뇌와 유사한 칩 개발을 시작했으며 2009년 고양이 두뇌 규모의 컴퓨터 모델을 시뮬레이션 했었다. 2011년의 프로토타입 칩은 256개의 디지털 뉴런을 갖추었으며 패턴 인식 기능이 있었다. 그러나 두뇌를 모방한 칩을 갖춘 완전한 컴퓨터까지는 아직 갈 길이 멀다.

한편 IBM은 수 십 년도 더 된 컴퓨터 디자인을 대체하기 위한 한 방안으로 양자 컴퓨터 또한 개발하고 있다. 인간의 두뇌를 모방한 다른 칩은 개발하는 주체는 HPE(Hewlett Packard Enterprise), 스탠포드대학교(Stanford University), 독일의 하이델베르크대학교(University of Heidelberg), 영국의 맨체스터대학교(University of Manchester) 등이 있다. ciokr@idg.co.kr 
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