ARM, 차세대 AI를 위한 새로운 뇌 기반 슈퍼컴퓨터

ARM 기반 뇌 모방 AI 칩, 에너지 효율 혁신 이끈다 영국 맨체스터 대학교에서 시작된 ‘메시(Mesh)’ 컴퓨팅 개념이 현대 실리콘 기술과 결합하며 인공지능(AI) 분야에 새로운 지평을 열고 있습니다. 인간의 뇌 작동 방식에서 영감을 받은 이 기술은 저전력 노드들을 대규모로 연결하여, 뇌처럼 사건 기반으로 작동하고 학습을 통해 연결을 적응시키는 방식으로 작동합니다. 이는 현대 AI 모델이 직면한 에너지 효율성 문제를 해결할 핵심 열쇠로 주목받고 있습니다. 이러한 뇌 모방 컴퓨팅 개념은 2013년 시작된 ‘휴먼 브레인 프로젝트(Human Brain Project)’를 통해 본격적으로 논의되기 시작했습니다. 최초의 ARM 프로세서인 ARM1 개발에 참여했던 스티브 퍼버(Steve Furber) 맨체스터 대학교 교수가 이 아이디어를 소개했으며, 이후 TU 드레스덴의 크리스티안 마이어(Christian Mayr) 박사 연구팀이 인간 뇌의 기능적 원리를 접목하며 기술을 발전시켰습니다. 이들의 협력 목표는 뇌 모방 메시 컴퓨팅 개념을 대규모로 활용하여 다양한 시나리오에서 저전력 AI를 구현하는 것이었습니다. 이러한 노력은 2021년 상업적 스핀오프 기업인 SpiNNcloud Systems 설립으로 이어졌습니다. SpiNNcloud Systems의 첫 번째 제품은 스티브 퍼버 교수가 주도한 스파이킹 신경망 아키텍처(Spiking Neural Network Architecture) 기반의 SpiNNaker1 마이크로칩입니다. 이 ARM 기반 칩은 100만 개의 코어로 구성된 슈퍼컴퓨터를 구축하는 데 사용되었으며, 실시간 뇌 시뮬레이션 모델링을 지원합니다. 이 칩은 신경 형태학(neuromorphic) 분야의 선구자로서 신경과학 분야의 뇌 연구 발전에 기여했으며, 국가 연구소 및 R&D 센터의 관심을 끌었습니다. 이후 SpiNNcloud는 두 대학의 메시 컴퓨팅 개념을 한 단계 더 발전시킨 차세대 SpiNNaker2를 선보였습니다. SpiNNaker2는 기존 AI보다 효율적인 알고리즘을 제공합니다. 이 하이브리드 AI 프로세서는 ARM Cortex-M4 코어로 구동되는 대규모 상호 연결 프로세서 메시를 활용하여 1천만 개의 코어로 구성된 슈퍼컴퓨터를 구축합니다. 또한, 사건 기반 딥러닝 신경망(DNN)을 실행하기 위한 가속기가 통합되어 있어, 신경 형태학 원리와 기존 DNN을 결합하여 상당한 에너지 절감을 달성하는 혁신적인 접근 방식을 보여줍니다. SpiNNaker2는 복잡한 생산 최적화 및 물류, 신약 개발, 새로운 대규모 언어 모델(LLM) 및 로봇 공학, 스마트 농업 및 인지 도시 애플리케이션 등 다양한 사용 사례에서 실시간으로 대규모 AI를 매우 높은 에너지 효율성으로 제공합니다. 이미 이 제품과 뇌 모방 아키텍처에 대한 기업 및 연구 기관의 관심이 뜨거우며, 컴퓨팅 속도를 높이고 비용을 절감하는 방안으로 주목받고 있습니다. 실제로 SpiNNaker2 마이크로칩은 기존 고성능 컴퓨팅(HPC)에 사용되는 최첨단 GPU 대비 10배 더 에너지 효율적인 처리 성능을 보여줍니다. 또한, GPU로는 달성하기 어려운 뇌와 유사한 수준의 연결성을 구현합니다. SpiNNcloud의 공동 창립자이자 공동 CEO인 헥터 곤잘레스(Héctor González)는 SpiNNcloud가 다양한 AI 워크로드를 실행할 때 에너지 발자국을 줄이는 데 중요한 전략적 역할을 할 것이라고 강조합니다. 그는 “핵심 전략 파트너들과 ARM 기술 생태계 전체가 AI 모델을 가장 에너지 효율적인 방식으로 배포하는 미래로 전환하고 있습니다. 이것이 SpiNNaker2와 대규모 AI를 위한 메시 개념의 가치입니다.”라고 말했습니다. ARM의 저전력, 고효율 기술 리더십은 대규모 효율적인 AI 솔루션을 확장하는 데 기여하고 있습니다. Cortex-M은 대규모 AI를 위한 일반적인 제품군은 아니지만, SpiNNaker2에 활용되는 메시 개념에 필요한 저전력 기능을 위해 이상적인 IP 프로세서였습니다. 이는 SpiNNcloud의 접근 방식을 기존 HPC와 차별화하는 핵심 요소입니다. 곤잘레스는 “우리는 면적과 전력 측면에서 전체적인 발자국을 줄이는 것을 목표로 하는 대규모 프로세싱 요소 메시를 가지고 있습니다. Cortex-M 라인은 정확히 이러한 요구 사항을 충족합니다. ARM의 기술은 우리가 SpiNNaker2를 통해 목표로 하는 다양한 시장에서 이미 입증되었습니다.”라고 덧붙였습니다. ARM의 기술 역량과 더불어, 곤잘레스는 ARM의 독특한 생태계를 높이 평가합니다. 그는 “ARM과 협력하는 주요 이점 중 하나는 생태계입니다. 최고 수준의 기술 기업부터 수백만 명의 개발자에 이르기까지 광범위한 파트너를 보유한 매우 독특한 생태계입니다.”라고 말했습니다. ARM의 기술 역량과 독특한 생태계는 스타트업을 위한 ARM 유연 액세스(Arm Flexible Access for Startups) 프로그램과 결합되어, 프로토타입 개발 중 ARM IP에 대한 조기 무상 접근 및 광범위한 기술 지원을 제공함으로써 초기 단계 스타트업이 혁신적인 프로세서 설계를 신속하게 진행할 수 있도록 돕습니다. SpiNNcloud와 ARM의 관계는 ‘휴먼 브레인 프로젝트’ 당시 ARM 학술 접근(Arm Academic Access)으로 시작되었으나, 연구팀에서 스핀오프하면서 스타트업을 위한 ARM 유연 액세스로 전환되었습니다. 곤잘레스는 “스타트업을 위한 ARM 유연 액세스를 통한 프로토타입 개발 중 ARM IP에 대한 조기 무상 접근은 SpiNNcloud에 매우 유용했습니다. 일반적으로 스타트업은 선불로 비용을 지불해야 하지만, 이는 회사가 제품 개발 초기 단계에서 현금 흐름을 관리하는 데 도움이 되었습니다. 광범위한 ARM 생태계 지원을 포함하는 이 프로그램은 또한 즉시 제품을 상용화할 수 있는 수단을 제공했습니다.”라고 설명했습니다. SpiNNcloud의 성공 사례는 스타트업을 위한 ARM 유연 액세스 프로그램이 초기 단계 스타트업에 제공하는 이점을 잘 보여줍니다. 이 프로그램은 SpiNNcloud와 같은 스타트업을 다른 선도적인 기술 기업과 동등한 기술 수준으로 끌어올려, 뇌 모방 AI를 실리콘으로 구현하려는 회사의 혁신적인 비전을 현실로 만드는 데 기여하고 있습니다.