최근 저장대학교(浙江大学) 뇌-컴퓨터 지능 국가중점실험실(浙江大学脑机智能全国重点实验室)에서 차세대 뉴로모픽(뇌신경 모방) 컴퓨팅 ‘우쿵’(Darwin Monkey)을 공개했다. 20억 개 규모의 신경세포를 구현한 이 시스템은 전 세계 동종 시스템 가운데 최대 규모 기록을 갱신하며, 중국이 뉴로모픽 컴퓨팅 분야에서 세계적인 수준으로 도약했음을 입증했다.
뉴로모픽 컴퓨팅 ‘
우쿵’의 연구 기반
‘우쿵’의 탄생은 하루아침에 이뤄진 성과가 아니다. 저장대학교 뉴로모픽 컴퓨팅 연구팀이 오랜 기간 쌓아온 기술력의 결실이다.
이 시스템은 15대의 블레이드 서버로 구성되며, 각 서버에는 저장대학과 즈장(之江) 실험실이 공동 개발한 ‘다윈 3세대’(Darwin III) 뉴로모픽 칩 64개가 탑재돼 있다. 단일 칩은 235만 개 이상의 펄스 신경세포와 1억 개 이상의 시냅스를 지원하며, 전용 명령어 집합과 신경 모사형 실시간 학습 기능을 갖추고 있다.
2020년, 저장대학교 연구팀이 1억 개 규모의 신경세포를 구현한 중국 최초의 뉴로모픽 컴퓨팅 ‘다윈 마우스’(Darwin Mouse, 미키)를 개발했다. 이어 이번에 공개된 ‘우쿵’은 신경세포 수가 원숭이 뇌에 근접하며, 또 하나의 중요한 이정표를 세웠다.
연구팀은 2.5D 첨단 패키징 기술로 웨이퍼 단위의 초고집적 칩 ‘다윈 웨이퍼(Darwin Wafer)’를 제작했고, 이를 바탕으로 시스템 온 웨이퍼(System on Wafer, SoW) 블레이드 서버를 구현했다. SoW 블레이드 서버 본체에는 64개의 다윈 3세대 뉴로모픽 칩 다이(Chip)를 통합한 12인치 웨이퍼 한 장만이 탑재되어 있다. 이를 통해 기존 포토마스크의 물리적 제약을 극복하며, 배선 구조를 마이크로·나노 수준으로 최적화하였다.
‘우쿵’의 핵심 원리
연구팀은 2년여의 개발 끝에, 여러 핵심 기술에서 중요한 진전을 이뤘다. 대규모 신경망 시스템 상호연결 통합 아키텍처를 구축해, 다차원 그리드 기반의 계층형·확장형 칩 간 연결 구조를 지원했으며, 자기적응형 시간 스텝 제어 방식을 구현해 대규모 신경세포 간의 협력적 연산을 지원했다. 또한 중국 국산 웨이퍼 기판 공정을 적용하여, CoWoS-S 2.5D 첨단 패키징 기술을 기반으로 웨이퍼 단위의 뇌모사 연산 칩을 구현했다. 동시에 계층형 시스템 자원 관리 프레임워크를 수립하고, 다단계 메모리 시스템의 데이터 교환 전략을 설계해 대규모 신경망 시스템 자원의 효율적인 관리와 스케줄링을 구현했다.
뿐만 아니라, 연구팀은 뉴로모픽 컴퓨팅의 성능을 최대한 끌어올리기 위해, 차세대 ‘다윈’ 뇌모사 운영체제(OS)를 개발했다. 이 시스템은 계층형 자원 관리 아키텍처를 적용해, 부하 감지 스케줄링 알고리즘과 타임슬라이스 동적 분할 기법 등 기술을 구현했다. 이를 통해 통신 대역폭과 작업 특성을 종합적으로 고려함으로써 신경모사 작업의 효율적인 병렬 스케줄링 효율화와 시스템 자원의 동적 최적화를 달성했다.
이 뉴로모픽 컴퓨팅에는 다양한 지능형 응용 프로그램이 탑재되어있다. 딥시크(DeepSeek) 뇌 유사 대형모델을 활용해 논리 추론, 콘텐츠 생성, 수학 문제 해결 등 작업을 수행했으며, 강력한 뉴런·시냅스 자원을 통해 예쁜꼬마선충, 제브라피쉬, 생쥐, 원숭이 등 다양한 뉴런 규모의 동물 뇌를 초기 모사해, 뇌과학 연구에 새로운 수단을 제시했다.
글로벌 기술 비교
‘우쿵’은 예외적인 사례가 아니다. 뉴로모픽 컴퓨팅은 이미 세계 주요 기술 강국들이 경쟁하는 핵심 분야로 부상했다.
|
국가/기관 |
대표 기술 |
뉴런규모 |
특징 |
| 중국 |
‘우쿵’ 뇌 모사 컴퓨팅 |
20억 개뉴런 |
전용 뉴로모픽 칩, 웨이퍼급 패키징, 실시간 학습 지원 |
| 미국 |
Loihi 1/2（2017/2021） |
칩당 100만 코어 |
SNN 학습 알고리즘 지원, 엣지 컴퓨팅 환경에 초점 |
| 독일 |
Spiking Neural Network Architecture (SpiNNaker) |
백만 단위 뉴런 시스템 |
ARM 코어 기반 다중코어 아키텍처, 뇌 시뮬레이션 연구용 |
| EU |
SpiNNcloud |
10억 개 뉴런 목표 |
SpiNNaker 기술을 확장해 클라우드 기반 신경모사 플랫폼 구축 |
발전 전망
‘우쿵’의 등장과 그것이 보여주는 뉴로모픽 컴퓨팅 기술은 컴퓨팅 패러다임의 근본적 변화를 예고하며, 광범위한 미래 가능성을 열어주고 있다.
AI 발전에 새로운 연산 기반 제공: 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템은 기존 딥러닝 네트워크 및 대형모델의 과도한 에너지 소모와 연산 부담 문제를 해결할 수 있다. 동시에, 비지도 실시간 학습 메커니즘을 통해 AI의 혁신적인 도약을 가능하게 한다.
뇌과학 연구 지원: ‘우쿵’은 뇌를 모사하는 시뮬레이션 도구로서, 신경과학자들이 대뇌 작동 원리를 탐구하는 데 새로운 실험 수단을 제공한다. 이를 통해 뇌에 대한 이해를 높이고 동물 실험을 줄이는 데 기여할 수 있다.
범용 인공지능 발전 촉진: 아직까지는 인간의 추론 능력과 효율이 AI를 훨씬 능가한다. 그러나 ‘우쿵’의 뇌 모사 작동 메커니즘과 인간을 뛰어넘는 연산 속도는 미래의 뉴로모픽 AI 연구에 확실한 토대를 마련해줄 것이다.
참고자료:
저장대학교(浙江大学). 세계 최초! 저장대학교 ‘우쿵’ 탄생! (全球首台！浙大“悟空”出世！). (25.08.08)
https://mp.weixin.qq.com/s/JtdozLbbu6XdBXU6SvR90Q
