더 빠르게, 똑똑하게, 안전하게 AI(인공지능) 프로세서 시대가 온다

2017-12-28 이철호 기자

정보통신기술진흥센터가 ‘2018 ICT 산업전망컨퍼런스’에서 발표한 조사에 따르면, 정보통신기술(ICT) 업계 종사자와 전문가들은 AI(인공지능)를 2018년, 가장 주목해야 할 기술로 꼽았다. 이미 스마트폰, 태블릿PC는 물론 스피커에도 AI가 적용되고 있는 상황이다. 이제 모바일 업계에서는 스마트폰에 AI 기술을 적용하는 것을 넘어 AI 프로세서를 통해 스스로 사고할 수 있는 스마트폰을 만들고 있다.

스마트폰의 새로운 두뇌, NPU

애플, 화웨이 등에서 출시한 AI 프로세서 탑재 스마트폰에서 가장 중점적인 부품은 바로 NPU(Neural Processing Unit)다. 이 부품은 인공지능 전용으로 개발된 프로세서로, 인간의 뇌 신경망을 모방해 만들었다는 것이 특징이다.그렇다면 NPU는 왜 인간의 뇌를 본떠 만든 것일까? 머신 러닝(Machine Learning) 때문이다. 인공지능을 구현하기 위해서는 많은 데이터와 알고리즘을 통해 컴퓨터를 학습시켜서 작업을 어떻게 수행하는지를 가르쳐줘야 한다. 이를 머신 러닝이라 한다.문제는 이를 기존의 CPU, GPU 등으로 실현하려면 전력이 너무 많이 소모되고 비효율적이다는 점이다. ICT 업계는 이 문제의 해답을 인간의 뇌에서 찾았다. 뇌는 초당 25TB나 되는 정보를 전달할 수 있기 때문이다. 그래서 뇌의 신경망 구조를 본뜬 프로세서, NPU를 통해 머신 러닝의 효율성을 높이려 하고 있다.

AI 프로세서가 필요한 이유

NPU를 비롯한 AI 프로세서 기술이 적용된 스마트폰에 업계가 주목하는 이유는 무엇일까? 우선, 앞서 설명한 머신 러닝을 효율적으로 수행할 수 있기 때문이다. 기존 스마트폰 AP와 GPU만으로는 머신 러닝을 빠르게 진행할 수 없고 배터리도 빨리 소모된다. 머신 러닝에 특화된 AI 프로세서가 있으면 이미지, 영상, 음성 등을 인식, 학습해 자체적인 AI 능력을 갖추기가 더욱 쉬워진다.

또한, AI 프로세서를 통해 성능을 대폭 향상시킬 수 있다. 빠른 속도를 지닌 NPU가 CPU, GPU의 작업을 도와줄 수 있기 때문이다. AI 프로세서가 적용된 스마트폰, 메이트 10을 출시한 화웨이에 따르면, NPU가 CPU와 함께 동작할 때 최대 25배까지 성능이 향상된다고 한다.

보안상의 이유도 있다. 현재 스마트폰에 적용된 인공지능 서비스는 클라우드 컴퓨팅을 이용하는데 이럴 경우 해킹에 취약하다는 단점이 있다. 그래서 스마트폰이 AI를 통해 개인정보를 더 많이 처리해야 할 필요성이 높아지고 있는 것이다.

강하고 스마트한 애플 A11 바이오닉

아이폰8 시리즈, 아이폰X에 들어가는 모바일 AP, A11 바이오닉(Bionic)에는 인공지능 처리를 맡는 NPU가 탑재됐다. 이전보다 AP 칩의 크기가 30% 더 작아졌음에도 말이다. A11 바이오닉의 NPU와 GPU가 함께 동작하면서 더욱 강력한 머신 러닝 능력을 보여준다.

이를 통해 아이폰X는 얼굴을 인식하고 분석해 시선만 돌리면 잠금을 해제할 수 있는 ‘페이스 ID’ 기능을 제공할 수 있게 됐다. AP의 성능도 이전보다 더욱 좋아졌다. 한 벤치마크에 따르면, 아이폰X는 2017년형 13인치 맥북 프로와 대등한 성능을 보인 것으로 나타났다.

내가 먼저 발표했다고! 화웨이 기린 970

독일 베를린에서 열린 IFA 2017에서 화웨이는 차세대 모바일 AP 기린(Kirin) 970을 공개했다. 발표 당시 세계 최초로 NPU가 탑재된 AP였다. 화웨이는 “NPU는 CPU보다 처리 능력은 25배, GPU의 6배, 에너지 효율은 50배 뛰어나다”고 밝혔다.

이 NPU를 통한 인공지능은 카메라에 포착된 사물을 인식한 뒤 자동으로 사진에 설정된 옵션을 적용해 최적의 사진을 찍을 수 있게 한다. 화웨이는 실시간 번역이나 음성명령, 증강현실 콘텐츠에서도 강점을 나타낼 것으로 기대하고 있다.

우린 소프트웨어로 간다. 퀄컴 NPE

모바일 AP 부문 점유율 1위, 퀄컴은 자사의 모바일 AP, 스냅드래곤이 직접 AI를 처리할 수 있게 했다. NPU 대신 소프트웨어 알고리즘인 NPE(Neural Processing Engine)를 적용한 것이다. 이를 활용하면 CPU, GPU 등의 성능을 향상시켜 AI를 원활히 구현할 수 있다.

다른 업체와의 제휴도 진행 중이다. 지난 6월, 퀄컴은 네이버와 인공지능 분야에서 전략적 협업관계를 구축했다. 이를 통해 네이버는 자사의 AI 플랫폼 ‘클로바’(Clova)를 퀄컴의 사물인터넷 프로세서에 탑재하게 된다.

늦었다고 얕보면 안 되는 인텔

모바일과 인공지능 분야에서 뒤쳐졌던 인텔도 속도를 내고 있다. 인텔은 인공지능 스타트업 ‘너바나’(Nervana)를 인수한 뒤 AI 지향 신경망 프로세서를 개발하고 있다. 스스로 학습하는 기능을 갖춘 인공지능 칩, ‘로이히’(Loihi)도 개발 중인 것으로 알려졌다.또 하나의 IT 괴물, 구글과도 협업을 시작했다. 구글이 출시한 스마트폰, 픽셀2, 픽셀2 XL에는 인텔과 구글이 공동으로 개발한 커스텀 이미지 프로세서가 탑재됐다. 이 프로세서는 이미지 프로세싱은 물론 애플리케이션에서의 AI 작업을 더욱 빠르게 처리한다.

국내는 과연?

이미 애플, 화웨이 등이 AI 프로세서를 탑재한 스마트폰을 출시한 가운데, AI 스마트폰의 비중은 앞으로 더 높아질 전망이다. 시장조사기관 카운터포인트 리서치에 따르면, 2020년엔 AI 프로세서가 탑재된 스마트폰이 전체 스마트폰 비중의 35%를 차지할 전망이라고 한다.국내에서는 이에 어떻게 대응하고 있을까? 최고 수준의 모바일 AP 개발 능력을 갖춘 삼성전자에서는 차기 엑시노스 모바일 AP에 NPU를 적용할 것으로 예상된다. 자체 연구소, 삼성종합기술원을 통해 개발을 진행하는 한편, 세계 유수 AI 스타트업 인수·투자도 진행하고 있다.

학계에서의 연구도 뜨겁다. 지난 8월, 유회준 카이스트 교수팀은 스마트폰은 물론 로봇, 드론 등에서도 AI 시스템을 구현하는 반도체 칩 ‘DNPU’(Deep Neural network Processing Unit)를 발표했다. 에너지 효율이 알파고에 사용된 칩보다 4배나 높다고 한다.

스마트폰을 더 똑똑하게, 강력하게 만들기 위해 AI를 구현하는 일은 이미 현실이 됐다. 앞으로도 AI 프로세서가 탑재된 스마트폰은 계속 늘어날 전망이다. 우리 또한 이 흐름에 뒤처지지 않고 AI에 대한 확실한 전략을 내놓을 때 모바일 강국의 지위를 유지할 수 있을 것이다.