전기전자/정보통신

NTT 기술저널_2020.01 (p17~21)

NTT R&D 포럼 특별 세션 (IOWN/디지털 컴퓨팅/사람의 디지털 표현)
디지털 트윈 컴퓨팅(Digital Twin Computing)
사람과 사회의 디지털화 세계
가와무라 료타로(川村 龍太郞); NTT서비스이노베이션종합연구소 소장

앞으로 10년 또는 20년 후, 과연 인류는 디지털기술 발전의 위력을 어디에 활용할 것인가? Society 5.0과 같이 세계의 시스템에 큰 변환기가 찾아올 것으로 예측되고 있는 가운데, 오랜 기간 이어져온 자본주의 사회가 사라질 가능성도 제기되고 있다. 사물 및 사람과 관련된 디지털화에 대해 최근 30~40년의 역사를 되돌아보면 1985년경, 전자메일이 등장해 커뮤니케이션에 이용되기 시작했다. 이것은 사람을 중심으로 디지털화가 발전했다고 말할 수 있을 것이다. 이후, 1995년경부터 인터넷이 등장했고, 동시에 상품, 타임테이블, 지도와 같은 생활 및 서비스 향상으로 직결되는 사물에 대한 정보의 디지털화가 가속화된다. 2005년경부터는 SNS를 통해 사람의 새로운 커뮤니케이션 시대가 도래, 현재는 2015년경부터 시작된 IoT와 AI를 통한 사물의 디지털화 시대이다. 이처럼 디지털화의 역사를 돌이켜보면 우리들은 사람과 사물의 디지털화를 교대로 반복하는 형태로 활용해왔다고 볼 수 있다. 이러한 반복된 형태를 바탕으로 최근 IoT의 발전 상황을 보면, 앞으로는 다시 사람의 디지털화가 도래할 것이라고 예상된다. 또한 중요한 것은 가치라는 것이 직선적∙비례적으로 증가하는 것이 아닌, 한 분야에서 폭발적∙비연속적으로 증가하는 경향이 있다는 점에서 곧 크게 변화하는 시기가 다가올 것으로 예측된다. 최근, 디지털트윈이라는 말이 많이 사용되고 있다. 트윈이란 말 그대로 현실 속 사물이나 사람을 똑같이 디지털 공간에 재현함으로써 디지털의 위력인 복제, 융합, 교환, 보존 및 기록을 이용하는 것이 가능하다. 한편, 지금까지의 디지털 트윈은 산업 도메인 별로 발전되었기 때문에 상호 호환성이 없는 실정이다.

-- 디지털트윈컴퓨팅 구상 --
지금까지의 디지털 트윈은 예를 들어, 자동차나 로봇 등으로 대표되는 현실 속 대상을 사이버 공간 상에 재현하고 그것에 대해 분석∙예측하는 것이었다. 또한 그 분석∙예측 등의 결과를 현실에 역으로 반영해 활용해왔다.

이에 대해 NTT는 ‘디지털 트윈 컴퓨팅(DTC)’를 제창, 그 실현을 위해 연구를 추진하고 있다. DTC는 지금까지의 디지털 트윈의 개념을 발전시켜 다양한 산업과 사물 및 사람의 디지털 트윈을 자유자재로 제곱해 연산을 시행함으로써 도시 내 사람과 차량 등 지금까지 종합적으로 다룰 수 없었던 조합을 높은 정밀도로 재현, 미래 예측까지도 가능하게 된다. 또한 현실의 물리적인 재현을 뛰어넘는 사람의 내면도 포함한 상호작용을 사이버 공간 상에서 실현할 수 있는 새로운 연산 패러다임이다.

DTC는 다양한 디지털 트윈을 통해 만들어진 가상사회를 사이버공간에 구성하거나, 현실 속 단일 실체의 디지털 트윈을 사이버공간 상에서 복제할 수 있다. 또는 서로 다른 디지털 트윈 간 구성 요소의 일부를 교환 또는 융합해 현실 공간에서는 존재하지 않는 디지털트윈을 만들어낼 수 있는 새로운 도전이다.

DTC의 또 다른 큰 특징은 사람, 특히 개인의 내면의 디지털화에 도전하는 것이다. 사람의 외면뿐만 아니라 내면, 예를 들어, 의식이나 사고를 표현함으로써 사람의 행동 및 커뮤니케이션 등의 사회적 측면에 대해서도 고도의 상호작용을 시행하는 것이 가능할 것이다. 또한 개개인의 개성을 표현할 수 있기 때문에 통계적으로 평균화된 개성 없는 개체 간의 상호작용이 아닌, 개개인의 특징이 반영된 다양성에 바탕을 둔 상호작용이 가능하게 될 것이다.

이러한 특징으로 인해 다양한 사물 및 사람 간의 현실 속 제약을 뛰어넘는 고도의 상호작용이 이루어지는 가상사회를 창조할 수 있을 것이다.

-- 사람의 디지털화 --
DTC에 있어서 사람의 디지털 트윈은 신체적∙생리학적인 특징 등 사람의 외면에 관한 디지털화뿐만 아니라, 의식이나 사고 등 내면의 디지털화가 가능하다는 것이 중요하다. 이와 같은 고난도의 목표를 달성하는 방법으로서 2가지 접근이 있다. 첫 번째는 컴퓨터를 이용해 사람의 능력을 모방하고 그것을 반복하면서 ‘보다 사람에 가까워지는 방법’이다. 예를 들어 소리나 음성을 인식하는 기술과 대화를 통해 소통하는 기술이 이러한 방법으로 진화되고 있는 대표적인 사례이다. 두 번째 방법은 좀더 궁극적인 방법으로, 사람의 뇌와 신체를 생리학적으로 해명해 그 결과를 컴퓨터에 전사(傳寫) 하는 방법이다. 최근의 뇌신경 과학을 대표하는 이 분야는 크게 진보하고 있으며 공학적으로 이용이 가능한 연구 성과도 나오고 있다. NTT는 이 2가지 접근 중 각각 우수한 부분을 이용해 사람의 디지털화라는 목표를 추진하고 있다.

■ NTT연구소가 지금까지 추진해온 첫 번째 접근에 대한 기술 소개
▶ 음성인식기술
듣는 기술로는 사람의 목소리를 얼마만큼 정밀하게 인식할 수 있을까를 테마로 NTT연구소는 반세기에 걸쳐 연구를 추진해왔다. 처음에는 단어 레벨이나 또렷하게 읽은 문장에 대한 인식에서 시작해 2010년경부터는 사람의 자연스러운 말을 높은 정밀도로 인식할 수 있게 되면서 컨텍센터에서의 활용이 추진되었다. 현재는 최신 뉴럴 네트워크를 도입해 사람의 음성인식 능력에 가까워졌다.
▶ 음성합성기술
이야기하는 기술로는 문자 정보를 얼마나 사람의 목소리와 같은 자연스러운 음성으로 변환할 수 있을지 가 핵심이다. 여기에는 문맥에 따라 한자 읽기를 판별하는 텍스트 분석 처리와 음성의 높낮이 및 속도를 적절하게 부여해 음성 신호를 합성하는 처리 등이 포함되어 있다. 1990년경부터 전화의 자동응답 등에서 활용되어 이야기하는 캐릭터 및 로봇에도 이용되어왔다. 현재는 화자의 음성 데이터를 통해 딥러닝으로 자연스럽고 다양하며 진짜 사람의 육성과 같은 목소리의 합성이 실현되었다.
▶ 감정∙의도에 대한 이해
상대를 이해하는 기술은, 예를 들어 컨텍센터의 오퍼레이터와 고객의 통화에서 고객이 불만을 가지고 있는지, 화를 내고 있는지 여부를 검지하는 것부터 고객의 성별, 감정, 긴급 정도를 식별하는 것에 이르기까지 다양하게 활용되고 있다. 현재는 음성의 크기와 높이뿐만 아니라 대화의 리듬과 말투 등의 정보를 통해 일반적으로는 추정이 어려운 조용하고 냉정한 분노에 대한 감지 및 불만보다 특징이 잘 나타나지 않는 만족에 대한 감정을 높은 정밀도로 인식하는데 성공했다.

-- 레이어 구조와 ‘모래시계’ 구조 --
DTC기술 및 아키텍처의 검토를 추진해나가는데 있어 레이어 구조에 ‘모래시계’ 구조를 추가할 수 있을지도 중요하다. 레이어 구조의 중간에 ‘공통층’을 만든다면 이노베이션 기능을 향상시킬 수 있다. 그 대표 사례가 인터넷으로, IP층을 공통층으로 함으로써 하부의 네트워크층과 상부의 어플리케이션층이 잘 융합되어 기능한다. NTT는 DTC에도 공통층이 되는 부분이 필요하다고 판단하고 있다. 이것은 DTC 아키텍처에서의 디지털 트윈층이 담당하는 부분이 된다. 디지털 트윈층은 현실 공간에서 다양하게 센싱한 데이터를 통해 생성된 디지털트윈과 데이터트윈 간의 연산으로 생성되는 파생 디지털 트윈을 유지한다. 이렇게 유지된 디지털 트윈은 다양한 가상사회 구축을 위한 기본적인 구성 요소가 된다.

-- 대량의 연산을 뒷받침하는 기술 --
사이버공간 상에서 많은 사람의 디지털 트윈을 통해 논의된 결과를 현실 공간에 피드백 해, 의사 결정에 반영하기 위해서는 기존의 컴퓨터 능력을 훨씬 뛰어넘는 컴퓨팅기술이 요구된다. 이 대량의 컴퓨팅을 뒷받침하는 기술 중 하나로 NTT는 광 이징머신(Ising- machine), LASOLV^®에 대한 연구개발을 추진하고 있다. LASOLV^®는 특수한 광펄스(High-intensity pulsed light)를 이용. 이들 펄스 간 상호작용으로 물리적인 안정 상태가 됨으로써 조합의 최적화 등의 해답을 얻기 위한 기술이다. 이 기술은 기존의 컴퓨터와 비교해 차원이 다른 고속 처리를 기대할 수 있다. NTT는 LASOLV^®를 파이썬(Python)으로 간단히 이용할 수 있는 미들웨어 개발도 추진하고 있다.

-- 디지털 트윈 컴퓨팅의 유스케이스(Use-case) --
디지털 트윈 컴퓨팅은 다양한 스케일로 활용할 수 있다. 구체적으로는 ①사람의 디지털트윈을 통한 고속∙병렬의 논의 및 의사 결정 ②위기 극복 경험이 있는 과거의 리더를 활용한 국가적 난제 해결 ③교통 등 사회 인프라 및 사람의 디지털 트윈 통합을 통한 도시의 정치(精緻)한 디지털화이다.

-- 디지털트윈의 교배를 통한 가치 폭발을 목표로 --
NTT는 사회과학, 인문과학 등을 포함한 넓은 범위의 다양한 파트너들과 함께 DTC를 유용한 것으로 만들기 위해 노력할 것이다. 또한 DTC 구상을 실현하기 위해서는 다양한 산업계와의 콜라보레이션도 중요하다. 앞으로 NTT는 파트너 개척과 많은 지혜를 한데 모아 이러한 미지의 분야에 대한 연구개발을 추진해 미래 사회를 열어나가겠다.

 -- 끝 --