사람의 눈 닮은 ‘인공지능 눈’ 연구
2019년 CCTV 제조사에 기술 이전

[보안뉴스 김성미 기자] 한국전자통신연구원(원장 이상훈, 이하 ETRI)은 기존대비 수십 배의 연산량을 처리하면서도 소형화한 ‘인공지능(AI)의 눈’인 시각지능 칩을 개발했다고 20일 밝혔다. ETRI가 개발한 시각지능 칩은 사람 수준으로 사물을 인식한다. 일상생활에서 접하는 모든 물체에 대해 인공지능이 학습을 통해 사람 수준으로 인식이 가능케 되는 길을 연 셈이다. 이 칩은 가로와 세로 각각 5㎜ 크기다. 성인 손톱의 절반 수준이다.


▲ETRI에서 개발한 시각지능 칩 크기를 100원짜리 동전과 비교한 모습 [사진=ETRI]

연구진은 신경 연산량을 수십 배 감소시켜 연산 효율을 획기적으로 개선할 수 있는 시냅스 컴파일러 기술과 매우 낮은 소비 전력으로 사람 두뇌의 신경연산을 모사(模寫) 하는 시각지능 칩을 개발했다고 밝혔다. 이 칩은 가로와 세로 각각 5㎜ 크기다. 성인 손톱의 절반 수준이다. 초당 33회 물체 인식을 할 수 있다. 초당 1회에 불과한 기존 소프트웨어(SW) 활용 칩과 성능 차이가 크다.

신경연산 속도 역시 획기적으로 높였다. 현재 수준의 칩은 데이터를 넣게 되면 얼마만큼의 에너지를 써서 연산을 수행하는지 여부를 밝힐 수 있는 정도다. 연구진은 한 개의 칩을 의미하는‘뉴런’을 256개 연결해 데이터 연산 수행을 시연했다고 밝혔다.

연구진은 인공신경망의 방대한 양의 신경연산과 뉴런 간 연결성 분석을 통해 신경망 성능은 떨어지지 않으면서 최적화할 수 있는 새로운 신경망 학습 방법도 찾았다. 바로 ‘시냅스 컴파일러’ 기술이다. 해당 기술을 통해 신경망 학습을 적용하면 기존 기술대비 1/10 미만 적은 신경연산을 통해서도 동일 성능을 확보할 수 있다.

연구진은 아울러 반도체 칩에서 인공지능 연산을 수행할 때 필요한 소비에너지를 줄이기 위해 뉴런 회로 기술을 구현했다. 디지털 회로 기반 연산기와 두뇌 뉴런 동작을 모방한 아날로그 회로를 융합했다고 연구진은 설명했다.

이 뉴런 칩을 이용해 시각지능 칩을 만들게 되면 기존의 CPU 및 GPU를 활용하는 SW 기술 대비 약 1/100의 에너지만으로 시각지능 기술이 가능하다. AI 기술이 나날이 발전하고 있지만, 딥 러닝이나 방대한 양의 정보를 SW로 처리하기 위해선 이를 담당할 서버나 데스크톱 PC가 필요했다.


▲ETRI 연구진이 시각지능 칩 기술을 통해 사물인지 기술을 실험하고 있는 모습(왼쪽부터 김주엽 선임연구원, 조민형 책임연구원) [사진=ETRI]

CCTV나 드론, 자율주행차가 실시간으로 촬영한 영상을 분석하기 위해서는 중앙 서버로 연산 정보가 이동된 후 처리되기 때문이다. 그러나 이런 기술들이 집약된 시각지능 칩을 활용하면 스마트폰이나 CCTV 등 기존 구조를 바꾸지 않고도 곧바로 중앙처리장치(CPU)에 내장할 수 있다. 에너지 소비량이 많은 현재의 물체 인식 방식을 대체할 수 있다는 뜻이다.

향후 칩을 스마트폰, CCTV, 드론 등에 적용하면 특정 물체나 범죄자와 같은 사람인식에 있어 탁월한 효과발휘가 가능해질 것으로 연구팀은 보고 있다. 마치 사람의 눈처럼 일상생활 속의 사물을 학습해 인식하는 시각지능의 상용화가 본격화되는 셈이다. 특히, 연구진이 개발한 칩은 CCTV 등에 내장시 데이터 중 특정상황인 움직이는 물체나 사람만을 특정해 정형화된 의미정보만 뽑아낼 수도 있다. 따라서 적은 양의 데이터 처리에 따라 속도도 빨라지고 연산량도 대폭 줄일 수 있다.

연구진은 해당 칩을 기반으로 효과적인 데이터 처리를 위한 본격 연구를 준비 중이다. 데이터를 넣고 빼는 스케줄링 작업과 CPU칩 인터페이스를 연결해 시냅스 코드작업과 칩의 순서 등을 조절하는 연구가 더 필요해서다.

ETRI는 올해 자율주행차 인식과 관련된 어플리케이션도 추가 연구할 계획이다. 이를 통해 내년경 자율주행차 인식 전용칩을 만들 계획이며 결과물은 내년 상반기중 시연이 가능할 것으로 예정하고 있다. 우선 감시 카메라 제조사에 내년 기술이전을 할 계획이다.

이 연구는 과학기술정보통신부의 ‘신경모사인지형 모바일 컴퓨팅 지능형 반도체 기술 개발 과제’로, 연구진은 ①시냅스 컴파일러 기술 ②하이브리드 뉴런 회로 ③시각지능칩 아키텍처 등을 핵심 특허를 보유하고 있다. 현재 10여건의 국제특허 출원을 추진 중이며 관련 SCI 논문 3편을 발표한 상태다.
[김성미 기자(sw@infothe.com)]

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