일본산업뉴스요약

컴퓨터 프로세서, 한계에 도전한다
현행기술이 어떻게 발전할지

컴퓨터의 두뇌를 맡고 있는 프로세서. 그 기술 혁신이 이대로는 벽에 막혀버린다. 초점 중 하나는 반도체의 집적율이 18개월만에 2배가 되는 ‘무어 법칙’의 한계로 10년 이내에는 한계에 달할 거라는 지적도 있다. 차세대로 가는 길로써 양자계산기가 화제에 오르지만 실용화는 아직 멀고 용도를 내다보고 현행 프로레서 기술을 어떻게 발전시키는 지가 시험되고 있다. 미래를 여는 기술혁신에 도전하는 대형 IT 기업들의 시도를 살펴본다.

디지털 변혁(DX)의 발전으로 계산양이 폭발적으로 증대해 인공지능(AI)의 계산수요는 5년 동안 30만 배로 무어 법칙을 훨씬 뛰어넘는 속도로 계속 증가하고 있다. “이제 하드웨어만의 진화로는 성능 향상은 한계가 있다.”고 지적하는 것은 후지쯔연구소의 나카시마(中島) 디렉터다. 구체적인 대책으로 “계산의 푸는 방법 그 자체를 재정의해야 한다. 남겨진 길은 근사 컴퓨팅(Approximate Computing)이다.”고 말한다.

프로세서 활용은 영상처리유닛(GPU)의 활용 등으로 활황이지만 동작주파수는 최대한이다. 현재는 매니코어를 이용한 병렬처리 및 전용화로 처리성능의 향상을 도모하고 있지만 높은 기술을 가진 기술자가 아니면 사용할 수 없다.

-- 후지쯔, 계산법을 바꾼다 --
이러한 가운데 후지쯔는 차세대 슈퍼컴퓨터 ‘후가쿠(Fugaku)’의 두뇌인 64비트 프로세서 ‘A64FX’에 근사 컴퓨팅 사상을 도입하는 등 새로운 시도에 나서고 있다.

AI 처리를 동반하는 계산은 애플리케이션마다 풀이가 달라 적절한 풀이를 발견하는 것이 근사 컴퓨팅의 사고방식이다. 후지쯔는 하드웨어와 소프트웨어를 융합하는 방법 ‘컴퓨터웨어’를 제창한다.

그 중 하나는 ‘비트 삭감 기술’이다. AI 처리는 통상 64비트로 계산하지만 비트 수를 32비트, 16비트, 8비트로 낮춰 계산을 뭉치는 방법이다.

“비트 수를 떨어트릴 때 착오율을 앱마다 검증하고 그것이 일정 수준보다 밑돌면 충분히 학습할 수 있다.”(나카시마 디렉터)고 판단한다. 비트 수를 줄일 수 있다면 프로세서 전체의 회로효율이 올라간다.

근사 컴퓨팅은 IBM 및 인텔 등이 뼈를 깎는 레드오션이며 후지쯔는 동적으로 8비트까지 자동변환 가능한 기술로 앞서고 있다. 나카시마 디렉터는 “도망가지 않고 승부한다.”며 의욕을 보인다.

-- NEC, 뇌 움직임을 본뜬다 --
NEC는 도쿄대학과 공동으로 신경세포를 본뜬 뉴런 칩 회로의 연구에 나서고 있다. 테마는 ‘아날로그 회로를 사용한 뇌 컴퓨팅’이다. 반도체 기술이 벽에 막혔을 때 ‘회로 아키텍처를 아날로그로 대체하면 새로운 세계를 개척할 수 있다.’며 NEC의 나카무라(中村) 수석연구원은 전망한다.

인간의 뇌는 뉴런 사이의 정보전달을 ‘스파이크(상승) 신호’로 주고받고 있다. 스파이크 신호가 생겼을 때 뉴런 사이의 정보가 단숨에 상승해 일정의 전위에 달하면 시냅스가 발아(회로생성)한다.

이 원리를 이용하는 뉴런 칩은 디지털과 아날로그 둘 다 있지만 NEC는 모든 것을 아날로그로 처리하는 것을 목표로 보고 있다. 처음에는 뇌의 구조를 정밀하게 재현하는 것에 주안을 두고 있었지만 “주고받는 것은 뇌의 재현이 아닌 뇌의 움직임의 트레이스다”고 결론지었다. 우선은 선 폭 40나노미터의 기술을 이용해 100뉴런의 1만 시냅스가 들어간 3밀리미터각의 칩을 샘플 제작했다. 인간은 처음으로 마주한 사상에 대해 과거의 경험 및 세간의 상식을 토대로 의사 결정한다. 게다가 뇌는 20와트 정도로 움직인다. 이것을 본뜨면 딥러닝을 뛰어넘는 새로운 세계가 펼쳐진다.

-- IBM, 초소형 컴퓨터를 종이와 섬유 안에 넣는다 --
미국 IBM은 슈퍼컴퓨터에서 뉴런 칩까지 전 분야에서 선두를 달리는 한편 미래를 여는 혁신 칩으로 세계 최소 컴퓨터의 연구를 일본 IBM과의 공동 팀으로 추진하고 있다.

“’초소형 컴퓨터’를 탑재한 프로세사 위에서 다양한 소프트웨어가 작동한다. 사용 방법을 연구하면 세상이 변한다.”며 일본 IBM의 연구담당자는 말한다.

초소형 컴퓨터는 고작 1밀리미터각에 수 십 만 개의 트랜지스터를 집적했다. 기판 위에는 불휘발 메모리, 전원, 통신기능도 탑재되어 성능은 1990년 대의 PC 프로세서 정도이다. 제조 비용은 선 폭 14나노미터의 프로레스 기술로 10엔 정도로 저렴하다.

아직 기초연구 단계지만 “3월 학회 발표 이후 기업으로부터 문의가 다수 있다.” 예를 들어 사물에 장착하면 유통 과정의 추적 관리 및 제품의 진품 확인 등에 도움이 된다.

종이 및 섬유 소재 안에 넣는 것도 가능하다. 의료용에서는 ‘마시는 위 카메라’ 및 약제의 추적 등도 상정된다.

IBM은 블록체인과의 연계도 검토 중이다. 초소형 컴퓨터의 보급으로 IoT 세계가 크게 확산된다.

-- 끝 --