[📪정보] [컴퓨터 입문 칼럼] 11. 하드웨어 2

[Navy(211.195)]

4편 링크

이번 편은 그리 인상적인 내용은 없다. 사실 아래쪽 절반은 몰라도 상관없는데 그래도 뉴로모픽 컴퓨팅의 개념은 알고 가자.

그리고 분량이 길어서 그림을 빼버렸다. 여러모로 재미가 없을 것이다... 대신 다음 편은 이제까지의 칼럼 중 제일 재미있을 테니까 기대해주시라.

I. 하드웨어 2

 

하드웨어 발전을 다뤄주면 좋겠다고 하신 분이 있었는데, 진공관-트랜지스터-IC-... 같은 걸 원하신건지 아니면 21세기 최신 발전을 원하신건지 모르겠다. 그래서 일단 그건 12편으로 미루고 별다른 언급이 없으시다면 후자만 쓰도록 하겠다.

 

몇몇 개념들을 소개한다.

 

1. 뉴로모픽 컴퓨팅(Neuromorphic Computing)

 

뉴런의 형태를 모방한 회로를 만들어 인간의 뇌 기능을 모사하려는 공학 분야. 1980년대 후반쯤부터 개념이 제기되었다.

 

아니, 그러면 인공신경망과 뭔 차이가 있나 싶을 수도 있다. 그런데 인공신경망은 신경계(뇌)를 소프트웨어적으로 모사하면서 그 작동 원리만 가져온 것이라면, 뉴로모픽 칩(chip)은 하드웨어적으로 모사한 것이다.

 

당연히 신경망 연산에 특화되어 있으므로 CPU, GPU를 활용한 신경망 연산보다 훨씬 빠르고 효율적이다.

 

최근 15년 정도 동안 뇌과학이랑 엮여서 뭔가 많이 나오고 있는 영역인데... 분명 유망한 건 맞다. 지금도 연구가 이루어지고 있으니 소리소문 없이 사라질까봐 걱정할 필요는 없다. 근데 갈 길이 조금 멀다.

 

기존 컴퓨터들은 모두 폰 노이만 구조(Von Neumann Archiecture, 폰 노이만이 제시한 컴퓨터 구조)를 따랐으나, 뉴로모픽 컴퓨팅은 이를 벗어난 것이기 때문에 하드웨어도 새로운 구조로 만들어야 하고. 프로그래밍 언어도 다시 짜야하고... 무엇보다 신경망이니만큼 그물망처럼 병렬적 연결 방식을 채택하기 때문에 난이도가 무지막지하다.

 

그래도 폰 노이만 구조의 단점인 병목현상이라든가(길이 갑자기 좁아져서 교통체증이 일어나는 모습으로 비유하겠다), 그런 것들을 완화할 수 있기 때문에, 뉴로모픽 컴퓨팅을 보조적으로 활용하는 등 연구가 이뤄지고 있다.

 

2. 하드웨어 소개

 

4편에서 SoC, CPU, GPU, 그래픽 카드, RAM(SRAM/DRAM), ROM을 소개한 바 있다. 몇 가지 개념들을 더 소개하려고 한다.

 

일단 쿨러(냉각기)라든가 USB라든가 CD라든가 그런 걸 논외로 해놓고 보면 하드웨어는 크게 연산장치, 기억장치(메모리), 입출력장치(I/O)로 나뉜다. 근데 프린터나 스피커 같은 입출력장치까지 굳이 소개할 필요는 없을 것 같고...

 

(1) 연산장치

CPU, GPU, FPGA, ASIC 등이 있다.

* FPGA(Field-Programmable Gate Array): 프로그램이 가능한 비메모리 반도체의 일종.

* ASIC(Application Specific Integrated Circuit): 특정 목적을 위해 설계된 집적 회로(IC).

 

암호화폐 채굴 같은 곳에 많이 쓰이는 친구들;;

여전히 CPU는 위대하다. GPU, FPGA, ASIC가 보조적 역할을 한다 보면 되는데...

 

CPU는 천재 교수 한두 명, 나머지들은 학생 수천 명 정도로 거칠게 비유할 수 있겠다. 연산속도 측면에서 나머지들이 훨씬 빠르다는 말이다.

 

예를 들어 인공지능 딥러닝 관련 학습을 하려고 하면 데이터를 가지고 연산을 돌려야 하는데, 그때 저 세 친구들을 써먹는다.

 

ASIC가 성능이 좋은데 (‘특정 목적’을 위해 설계되었으니 당연히 성능이 좋아야 한다), 비싸다보니 FPGA를 싼 맛에 쓴다. 물론 GPU나 FPGA도 나름대로 장점이 있다. 병렬처리를 하기 때문에 병목현상이 완화된다든가.

 

근데 우리가 전공자는 아니니까 작동 원리까지 알아볼 필요는 없겠다. 이런 게 있다는 것만 알고 넘어가자.

 

(2) 기억장치(메모리)

휘발성 메모리인 RAM과, 비휘발성 메모리인... 어... RAM 빼고 나머지 전부로 구분된다. 현재도 여러 새로운 메모리들이 개발 중에 있는 것으로 보인다. 한 가지 개념만 소개하자면...

 

* 플래시 메모리(Flash Memory, 1987~): ROM은 한 번만 기록이 가능한다던가 하는 단점이 있는데, 이를 해소한 것. ROM에서 발전한 것이긴 한데 다른 종류로 취급한다. 엄청난 장점들 덕분에 현재에도 개량을 거듭하면서 자주 쓰이고 있다. 나무위키에 따르면 SSD도 플래시 메모리의 일종. HDD는 기계식 메모리의 일종으로 분류되어 있다.

 

대충 RAM / ROM / 플래시 메모리 / 기계식 메모리로 분류된다고 보시면 되겠다. RAM과 ROM을 묶어서 주기억장치라고 하고, 플래시 메모리와 기계식 메모리는 보조기억장치로 분류된다.

 

그리고 번외로 나무위키에 있는 개념이니까 서술하자면,

cf) 마이크로아키텍처(microarchitecture) / CPU 아키텍처 / GPU 아키텍처: 컴퓨터 설계도 같은 개념으로 보면 된다.

 

다음 편에서는 이 개념들을 바탕으로 하드웨어 발전상에 대해 알아본다. 최근 CPU 미세공정이니 유명한 기업들이니 하는 것도 간략하게 다루어볼 생각이다.

그리고 기업들끼리 싸우는 역사를 보는 건 여러모로 재밌다.

(1~11편까지 다룬 개념들)

   

[익명(59.14)]

?? 뉴로모픽칩도 폰노이만 구조아님?? 근본적으로 새로운 구조가 아니라 그냥 연산과 저장이 별도로 되어있던 기존 반도체 칩에서 그냥 하나로 합친것 뿐 아닌가...

[Navy(211.195)]

Shifting from von Neumann to neuromorphic computing isn't going to come without substantial challenges. (모 영문기사 인용)

[Navy(211.195)]

일단 그러면 한번 더 찾아보겠음

[Navy(211.195)]

Neuromorphic computing, an emerging 'non-von Neumann computing' mimicking the physical structure and signal processing technique of mammalian brains, potentially achieves the same level of computing and power efficiencies of mammalian brains.