[첨단 헬로티]
▷▶이보 볼젠(Ivo Bolsens) 자일링스 수석 부사장 겸 CTO(Chief Technology Officer)
이미 여러 차례 무어의 법칙(Moore’s Law)에 대한 종말이 선포된 것을 고려하면, 우리는 지금 포스트-무어의 시대에 살고 있다고 말하는 것이 적절할 것이다. 그렇지만 어느 누구도 발전의 속도를 늦추려고 하지는 않을 것이다. 트랜지스터 밀도에 대한 고든 무어(Gordon Moore)의 관점은 커즈와일(Kurzweil)이 언급한 수확가속의 법칙(Law of Accelerating Returns)에서처럼 기본 기술의 장기적 흐름을 보여주는 한 측면에 불과하다.
무어의 시대에 기업들은 새로운 프로세스 노드가 가져다 주는 이익에 만족하고, 다소 안주한 경향이 있었던 것도 사실이다. 비록 속도는 느리지만, 확장은 계속될 것이며, 또한 무어의 법칙이 더 이상 효력을 발휘하지 않게 됨에 따라 새로운 트렌드를 보다 강하게 추진할 수 있는 동기가 부여되고 있다.
▲이보 볼젠(Ivo Bolsens) 자일링스 수석 부사장 겸 CTO(Chief Technology Officer)
최근에는 멀티칩 3D 통합과 같은 몇 가지 흥미로운 새로운 기술이 등장하고 있다. 모든 평방 밀리미터 영역에서 최대치를 달성하고 이제는 입방체로 이행하고 있는 것이다. 또한 스토리지 급의 메모리와 실리콘 포토닉스와 같은 새로운 기술이 도입되면서 빠르게 성과를 거둘 것으로 보인다. 미터당 약 100Gbps의 속도를 구현하는 기존 I/O 회로의 물리적 속도 한계를 극복함으로써 멀티-칩 연결 속도를 높이고, I/O 전력을 낮추기 위한 노력은 FPGA와 같은 미래 세대의 첨단 IC에 실리콘 포토닉스 기술의 도입을 견인하게 될 것이다.
컴퓨터 아키텍처의 황금기
지금은 대단히 흥미로운 시기이다. 2017 튜링 어워드(Turing-Award) 수상자인 스탠포드 대학의 존 헤네시(John Hennessy) 교수와 버클리 대학의 데이비드 패터슨(David Patterson) 교수는 지금을 컴퓨터 아키텍처의 황금기로 묘사하고, 핵심 동인 중 하나를 도메인 별 최적화 추구라고 언급했다. 이는 자일링스가 2018년 10월에 출시한 Versal ACAP(Adaptive Compute Acceleration Platform)의 가장 중요하고 강력한 기능 중 하나이기도 하다. 다른 부문을 통해 성능 향상을 보다 쉽게 달성할 수 있었던 불과 몇 년 전만해도 이러한 시도는 이뤄지지 않았을 것이다.
오늘날의 진보는 프로세싱 성능에만 국한되지 않는다. 앞서 언급한 것처럼 I/O 속도를 높이기 위해 실리콘 포토닉스 기술이 개발됐다. 실제로 폭발적으로 증가하는 AI의 작업부하는 Versal 칩과 같은 가속기를 기반으로 더 빠르게 데이터를 이동할 수 있는 방법을 찾는데 관심이 집중되는 가장 강력한 동인 중 하나다. Versal의 프로그램이 가능한 고대역폭 NoC(Network On Chip) 인터커넥트를 비롯해 분산된 온칩 메모리와 프로세싱 요소 간의 긴밀하고 짧은 연결 등의 다양한 설계 기능들은 차세대 성능 향상을 달성하기 위해 확장 이상의 새로운 방법을 찾고 있는 칩 제조업체들에게 중요한 예시가 될 수 있다.
AI는 현재는 물론, 미래의 프로세서 아키텍처에 가장 큰 영향을 미치고 있다. 자일링스가 수행하고 있는 대부분의 작업은 데이터센터 애플리케이션의 요구에 부응하는 것이며 이는 작업부하의 다각화가 핵심이다.
지금까지 하이퍼스케일 데이터센터는 비디오, 사진, 오디오를 저장하고, 주문형 컨텐츠를 제공하기 위한 거대한 데이터 저장소로 사용됐다. 이제는 스마트 팩토리, 스마트 시티, 스마트 인프라의 수많은 IoT 데이터 스트림과 자율주행 차량들이 연결됨에 따라 개인은 물론, 기업에 이르기까지 모든 부문에서 점점 더 많은 데이터가 필요하게 됐다. 또한 우리는 비즈니스 생산성과 에너지 효율, 공공안전, 보안 및 생활 수준을 높이는데 반드시 필요한 깊은 통찰력을 찾아야 한다.
그림 1. 프로세싱 속도 및 효율성을 향상시키기 위해 내부 디바이스의 상호연결 최적화
적응형 및 구성 가능한 데이터센터
작업부하가 다각화됨에 따라 데이터센터는 이를 효율적으로 처리할 수 있는 다양한 리소스 배열이 필요하다. 데이터센터 아키텍처는 유연성이 결여된 CPU 중심 구조에서 벗어나 메모리 및 가속기를 개별 작업부하에 할당할 수 있도록 리소스를 최적화할 수 있는 적응성 및 구성 가능성이 우선시 되고 있다. 단 하나의 장점만으로는 대응할 수 없다. 테라-OPS가 전부는 아니다. 초당 전송속도 및 지연시간과 같은 다른 성능 요소들이 실시간 요구의 증가에 따라 더욱 우선시 되고 있으며, 이는 자율주행 차량에서 분명하게 확인할 수 있다.
이러한 영역이 바로 프로그래머블 디바이스에 대한 자일링스의 전문 기술을 곧바로 적용할 수 있는 분야다. Versal ACAP과 같은 솔루션은 이미 이러한 산업 요구를 충족시키고 있다. 자일링스의 초기 비즈니스가 주로 빠른 설계 주기와 낮은 엔지니어링 비용을 필요로 하는 ASIC 디자이너와 EDA 소프트웨어 사용자가 대부분이었다는 것을 생각하면, 이는 엄청난 발전이라 할 수 있다.
오늘날 자일링스의 고객은 컴퓨터 과학자와 데이터 과학자로 전환되고 있다. 이는 아키텍처의 하위 레벨까지 자세히 이해할 필요 없이 프로그래머블 디바이스의 성능을 최대한 활용할 수 있는 강력한 툴을 제공하는데 더욱 중점을 두고 있기 때문이다. 자일링스의 PYNQ(징크(Zyng) 디바이스에서 파이썬(Python) 지원) 전략은 보다 다양한 엔지니어링 커뮤니티들이 첨단 프로그래머블 아키텍처를 보다 유용하게 활용할 수 있는 중요한 조치가 될 것이다.
그림 2. 클라우드 작업부하 다각화는 보다 뛰어난 유연성을 필요로 한다.
5G의 부상
그렇다면 미래의 우선순위는 어떻게 변할까? 5G로의 이행은 자일링스가 집중적으로 자원을 투자한 분야로 그 어느 누구도 할 수 없는 가치제안을 제공할 수 있다. 대부분의 솔루션은 전력 및 비용에 민감한 클라우드와 엣지 및 임베디드 플랫폼 사이에서 기존의 경계를 넘나들며 동작한다. 이러한 경계를 넘나드는 애플리케이션 확산에 대응하기 위해서는 고려해야 할 수 많은 툴들이 있다.
IoT와 마찬가지로, 5G는 엣지 컴퓨팅과 머신 러닝에 크게 의존한다. 이러한 기술은 개발 초기 단계에 있으며, 이를 충분히 이해하는 만큼 그 잠재력도 훨씬 더 커질 수 있다. 오늘날 상용 머신 러닝 애플리케이션은 두 단계로 구현된다. 첫 번째는 데이터 수집, 데이터 라벨링, 신경망 트레이닝으로 구성되고, 두 번째 단계는 트레이닝된 추론 엔진 영역에 구축된다.
기존의 수립된 시퀀스는 번거롭고 느리기 때문에 방대한 양의 데이터와 힘든 라벨링을 위해서는 막대한 리소스와 인프라가 필요하다. 많은 사람들은 에너지 소비 및 시장출시시간 측면에서 모두 기존의 시퀀스가 지속 불가능할 것으로 보고 있다. 또한 이 기술에 액세스하여 솔루션을 제공할 수 있는 충분한 개발자들도 부족하다. 전통적인 신경망의 데이터 집약적 트레이닝에서 강화형 머신 러닝으로의 전환은 트레이닝과 구축을 동시에 가능하게 함으로써 보다 빠르고 경제적인 전략을 제공할 수 있다.
그림 3. 구성 가능한 프로그래머블 가속기는 미래의 트러스트 인터넷(Trusted Internet) 노드를 지원할 수 있다.
블록체인의 타당성
업계 동향 중 고려해야 할 큰 흐름 중 하나는 바로 블록체인이다. 어떤 사람들은 무정부 상태의 암호화폐로 인해 나쁜 인상을 가지고 있을 수도 있지만, 블록체인은 우리가 알고 있는 것보다 훨씬 더 광범위한 타당성을 가지고 있다. 아르파넷(ARPANET)이 분산 컴퓨팅 및 이메일 전송을 위한 간단한 플랫폼으로 처음 등장했을 때 오늘날의 인터넷 개발을 예견한 사람이 있었을까? 블록체인 기술 또한 오픈-소스 하이퍼레저(Hyperledger)와 같은 프로젝트를 통해 인터넷으로 실행되는 트러스트 트랜잭션(Trust in Transaction)을 구축할 수 있는 플랫폼으로 자리 잡는다면 판도는 완전히 변할 수 있다.
우리는 조만간 사람들이 더 많은 데이터를 제시하지 않고도 데이터에 대한 증명이 가능해 개인정보를 효과적으로 보호할 수 있고, 정보의 출처와 근원지를 명확하게 식별하여 가짜 뉴스와 같은 문제를 해결할 수 있는 트러스트 인터넷(Trusted Internet)에 대해 논의하게 될 것이다. 우리는 블록체인 애플리케이션을 효율적으로 구현하고, 확장할 수 있는 방법을 찾아야 한다. 컴퓨팅, 스토리지, 네트워킹을 효과적으로 가속화하는 ACAP과 같은 기술이 이 솔루션의 주요 요소가 될 것이다.
무어의 법칙의 예측 가능성은 다소 무뎌지고, 느려졌을 수 있다. 미래에는 기술의 유연성, 민첩성, 효율성을 극대화하는 것이 중요하다. 또한 우리 모두가 필요로 하는 발전을 이루려면 이러한 기술에 익숙하지 않은 커뮤니티도 이를 활용할 수 있도록 견인해야 한다. 무어의 법칙이 퇴장하면서 이제 우리는 커즈와일의 수확가속의 법칙의 필연성을 분명히 확인할 수 있을 것이다.
