[오피니언뉴스=김상혁 기자] 국내 연구팀이 사람의 뇌 신경망을 모사해 성능을 극대화한 서버용 인공지능(AI) 반도체를 국내에서 처음으로 개발했습니다. 클라우드 데이터센터의 전력효율을 10배 이상 끌어올릴 수 있을 것으로 기대를 받고 있습니다.

◆ 저전력 고성능, 뇌신경망 모사한 NPU AI 반도체 개발

과학기술정보통신부는 한국전자통신연구원(ETRI)과 SK텔레콤이 공동연구를 통해 고성능 서버와 사물인터넷(IoT) 기기 등에 적용 가능한 '신경망처리장치(NPU)' AI 반도체를 한국 최초로 개발했다고 밝혔습니다.

NPU는 인간 뇌의 신경망을 모방, 대규모 연산을 동시에 처리할 수 있는 AI 프로세서로 AI 알고리즘 연산에 최적화됐습니다. NPU를 기반으로 만든 AI 반도체는 낮은 전력 소모, 빠른 데이터 처리 속도 등이 특징입니다. 미래 AI 산업 경쟁력을 가를 차세대 핵심기술로 꼽히는 이유죠.

이번에 연구진이 만든 AI반도체는 가로 17mm, 세로 23mm 면적으로 500원짜리 동전만한 크기에 1만 6384개의 연산장치를 집적해 성능을 극대화했습니다. 그리고 각 연산장치의 전원을 켜거나 차단할 수 있는 소프트웨어 기술을 적용해 전력 소모를 최소화했습니다.

이를 통해 초당 40조 번의 데이터 처리 능력을 갖췄으면서도 전력은 15~40와트(W)만 소모합니다. 기존 클라우드 데이터센터용 반도체 전력 소모량의 최대 20분의 1 수준입니다.

연구팀은 AI 반도체를 SK텔레콤 데이터센터에 적용해 전력 효율을 10배 이상으로 끌어올릴 계획입니다.

그래픽 처리장치(GPU)를 활용하는 기존 클라우드 데이터센터는 W당 1000억 번의 데이터 처리가 가능하나 이번에 개발된 AI 반도체는 W당 1~3조 번을 계산할 수 있습니다. AI 반도체는 올해 하반기부터 지능형 폐쇄회로(CC)TV와 음성인식 서비스용 SK텔레콤 데이터센터에 적용돼 실증을 거친다고 합니다.

◆ 앉으면 병 알아보는 'AI 스마트 변기'

한국-미국 공동 연구진이 앉아서 '볼 일'을 보는 것만으로도 병에 걸렸는지 알 수 있는 'AI변기'가 개발했다고 합니다.

미국 스탠퍼드대 영상의학과 샘 감비아 교수,  박승민 수석연구원, 이준 연구원, 서울송도병원 이종균 이사장, 원대연 과장, 김정하 과장팀은 소변과 대변 샘플을 변기에서 바로 측정하고 AI로 분석해 건강 상태를 확인하는 '스마트 변기'를 개발했습니다.

변기에는 압력센서, 대변용·소변용 카메라, 이미지 분석 AI프로그램 등이 설치됐습니다. 이를 통해 배변 시간, 대변의 형태, 소변 속도와 유량 등을 검사해 이용자의 건강상태를 판단한다고 합니다. 그리고 정보는 디지털 수치화된 후 의료진에게 전달됩니다.

이와 함께 연구진은 휴대폰 앱도 개발했다고 합니다. 변기 시스템과 연동되거나 스마트 변기가 없는 환경에서도 휴대전화의 카메라를 이용해 배변상태를 기록하고 인공지능으로 분석할 수 있다고 합니다.

'스마트 변기'로 변비, 변실금, 과민성대장증후군, 염증성장질환, 위장관출혈, 항문출혈, 출구기능장애형 배변장애, 전립선비대증, 방광염, 요도염 등을 진단하고 치료에 도움을 받을 수 있습니다.

◆ 5000번 늘려도 끄떡없는 '투명 전극' 개발

태양전지, 터치스크린 기반의 디스플레이 장치 등에는 투명하면서도 전기가 흐르는 '투명 전극'이 필수입니다. 현재 상용화 된 투명전극은 신축성과 유연성이 낮다는 단점이 있는데요.

이를 극복한 새로운 투명 전극이 개발됐다고 합니다. 향후 휴대형 전자기기의 주류를 이룰 것으로 예측되는 플렉서블 및 웨어러블 기기에 무궁무진한 활용이 기대됩니다.

한국과학기술연구원(KIST)는 이상수·손정곤 광전하이브리드연구센터 연구팀이 은 나노와이어 전극을 A4 용지 크기 이상의 대면적으로 제작해 신축성과 전기전도성을 유지하는 기술을 개발했다고 밝혔습니다.

현재 상용화된 인듐주석산화물 기반의 투명 전극은 금속 성분이라 유연성이 매우 낮습니다. 이후 각광받은 은 나노와이어 소재는 구부러지는 유연성은 확보했지만 늘어나는 신축성은 없었습니다.

이를 해결하기 위해 연구팀은 미리 늘려놓은 기판 위에 나노와이어를 배치했습니다. 그리고 기판을 다시 이완시킬때 사이사이에 용매를 넣었습니다. 이는 은 나노와이어의 마찰 저항을 줄여 부러지거나 손상되는 현상을 극복했습니다. 이를 통해 기존 투명전극이 가지지 못했던 신축성까지 확보했습니다.

연구팀에 의하면 이같은 방식으로 개발한 은 나노와이어 네트워크 필름은 기존 크기보다 50% 정도 더 늘어났습니다. 또 5000번 이상 반복적인 늘임 동작에도 안정적인 투명성과 전도성을 유지했다고 합니다.

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