30㎝ 반도체칩이 초고속 컴퓨터 85만개 기능… ‘초거대 반도체’ 시대 개막



지금 디지털 혁명 시대에 가장 필수적인 인공지능의 학습과 판단에는 수많은 수학 행렬 계산이 수행된다. 인공지능은 수많은 행렬 계산을 통해서 최고의 이익 확률을 가진 결정을 ‘판단(Inference)’으로 출력한다. 그런데 여기에 수학 행렬 계산은 정의(定義) 자체가 병렬 과정이다. 다시 말해서 여러 계산기가 나누어 동시에 계산하고, 다음 단계에서 합치면 된다. 그래서 인공지능 반도체와 서버 컴퓨터는 극단적 병렬 구조를 갖는다. 이를 위해 GPU(Graphic Process Unit)에는 ‘수천 개’의 계산기 코어(Core)가 병렬로 내장된다. 그래야 가상 세계 속에서도 전세계 인간 숫자만큼 제각각 개별 인간을 닮은 인공지능을 생성할 수 있다. 최근에는 여기서 더 나아가 인공지능 반도체 칩 하나에 ‘수십만 개’의 병렬 계산기 코어(Core)를 내장한 ‘초거대 인공지능 반도체’가 등장했다. 이제 반도체도 초거대 시대가 되었다.




반도체는 실리콘 웨이퍼(기판) 위에 극자외선을 이용한 연속적인 판화 인쇄 작업(Lithography)으로 완성된다. 그리고 웨이퍼 공정을 모두 마치고 나면 작은 실리콘 조각으로 잘라서 쓴다. 하지만 최근 미국 인공지능 반도체 기업인 세레브라스(Cerebras)는 12인치 웨이퍼 전체를 반도체 칩 하나로 개발했다. 12인치 웨이퍼는 그 지름이 무려 30.48cm다. 사람 얼굴만 한 세숫대야 크기의 반도체 하나가 수퍼컴퓨터급 인공지능 계산을 수행한다. TSMC 7㎚ 공정을 사용하는 이 반도체 칩 하나에는 무려 85만개의 계산기 코어가 내장되어 있다. 칩 내부에는 2조6000억개의 트랜지스터가 연결되어 있고 40기가바이트(GB)의 내장 메모리가 설치되어 있다. 이러한 혁신적이고 파격적인 프로세서와 메모리의 동시 복합 설계로 인공지능 계산이 더욱 빠르게 되었고 전력 소모가 대폭 감소했다. 이렇게 웨이퍼 크기의 초거대 반도체 하나가 인공지능 수퍼컴퓨터가 된다. 지금 반도체 세계에서 벌어지는 치열한 반도체 초격차 혁신의 모습이다.




이제는 인공지능 모델 자체도 초거대 크기로 확대되고 있다. 이를 초거대 모델(Giant Model) 또는 기초 모델(Foundation Model)이라고 부른다. 바로 여기 초거대 모델의 학습에 초거대 반도체가 사용된다. 그리고 이들이 집적되어 초거대(Hyperscale) 데이터 센터가 된다. 세레브라스 WSE-2 인공지능 반도체는 암 치료 연구, 코로나19 연구, 신약 개발 연구, 중력파 연구, 물질 탐색 연구, 유전자 연구, 트라우마 연구, 인지 능력 연구, 그리고 국방 인공지능 연구 등에 사용 중이다. 이들은 인간과 지구가 함께 갈망하고 기도하는 건강, 안전, 행복과 지속성을 실천하기 위한 희망의 도구가 되어가고 있다.





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