서울대 연구팀, FPGA칩 핵심 소프트웨어 개발…"인텔 뛰어넘는 기술"

[이데일리 한광범 기자] 인공지능(AI)과 빅데이터 처리를 위한 저전력·고성능 시스템 반도체 칩에 대한 수요가 커지는 가운데, 서울대 연구진이 인텔 기술을 능가하는 FPGA 칩의 핵심 시스템 소프트웨어 기술을 개발했다.

서울대 공대는 컴퓨터공학부 이재진 교수팀이 국제 표준인 OpenCL(Open Computing Language) 언어로 작성된 소프트웨어를 FPGA에서 간단하게 고성능·저전력으로 실행할 수 있는 프로그래밍 환경의 원천 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.

서울대 공대 이재진 교수 연구팀. 왼쪽부터 이재진 교수, 조강원 박사, 김희훈 연구원, 이지수 연구원. (사진=서울대)

FPGA 칩은 다른 반도체 칩과 달리 필요할 때마다 프로그래밍을 통해 회로 구조를 바꿀 수 있어, 기존의 범용 CPU보다 더 높은 성능과 전력 효율을 얻을 수 있는 게 장점이다. 반면에 FPGA의 회로 구조를 매번 프로그래밍을 통해 재구성할 때 시간이 오래 걸리고 소수의 전문 인력만 이 작업을 수행할 수 있다는 한계가 있었다.

이재진 교수팀은 소프트웨어의 소스 코드를 자동으로 분석하고 최적의 FPGA 회로 구조를 만들어내는 기술을 개발함으로써 이러한 한계를 극복했다. 소프트웨어를 실행시키기 위해 CPU 프로그래밍 환경이 자동으로 기계어 코드를 만들어내듯이, FPGA 프로그래밍 환경이 자동으로 회로 구조를 만들어내는 것이다. 그 결과 사용자는 FPGA를 범용 CPU와 마찬가지로 별 어려움 없이 프로그래밍해 사용할 수 있다.

연구팀은 SPEC 벤치마크를 사용해 기술을 테스트한 결과, 연구팀이 개발한 OpenCL 프로그래밍 환경이 인텔과 자이링스(Xilinx) 같은 FPGA 세계 선도 기업들의 상용 OpenCL 프로그래밍 환경이 가지고 있던 오류를 모두 해결했음을 확인했다. 나아가 인텔과 자이링스 제품 대비 성능과 전력 효율도 더 뛰어난 것으로 나타났다.

연구 주된 기여자인 서울대 조강원 박사는 “기존에 AI를 처리하기 위해 사용한 엔비디아(NVIDIA) GPU나 구글의 TPU와 같은 반도체 칩은 회로의 역할이 고정돼 있어 새로운 AI 알고리즘에 빠르게 대응하기가 어려웠다”며 “이번 연구를 통해 FPGA를 사용해 새로운 AI 알고리즘이 나올 때마다 빠르게 받아들이면서 고성능·저전력을 달성할 수 있게 됐다”고 설명했다.

서울대 이재진 교수는 “이번 연구는 고성능을 요하는 계산 작업에 쉽게 FPGA를 사용할 수 있으며 성능도 뛰어난 FPGA용 OpenCL 프로그래밍 환경을 세계 최초로 개발한 데 의의가 있다”며 “현재 미국 기업이 개발한 시스템 반도체용 소프트웨어 기술이 상용화돼 있는 가운데 다음 세대의 시스템 반도체 소프트웨어 기술은 우리가 주도할 수 있다는 것을 보여준 중요한 사례”라고 강조했다.

연구 결과는 세계적으로도 주목받아 올해 6월 개최 예정인 컴퓨터 구조 분야 국제 학술대회인 ISCA(International Symposium on Computer Architecture)에서 논문으로 채택해 발표될 예정이다. 이번 연구는 한국연구재단의 차세대정보·컴퓨팅기술개발사업의 일환인 초고성능컴퓨팅연구단의 지원을 받아 수행됐다.