도시바 코퍼레이션(Toshiba Corporation)(도쿄증권거래소:6502)이 딥 러닝 처리를 위한 초저 전류 소비 뉴로모픽 반도체 회로를 사용하는 TDNN(Time Domain Neural Network)[1]의 개발로 사물인터넷과 빅데이터 분석을 촉진하고 있다. TDNN은 기존의 디지털 프로세서와 달리 도시바의 오리지널 아날로그 기술을 사용하는 수많은 소형 프로세싱 유닛으로 구성돼 있다. TDNN은 11월 8일 일본에서 열린 IEEE-후원 반도체 회로 기술 국제회의 A-SSCC 2016(Asian Solid-State Circuits Conference 2016, 아시아 솔리드 스테이트 회로 컨퍼런스 2016)에서 발표됐다.


딥 러닝은 많은 전력을 소모하는 고성능 프로세서에 전형적인 엄청난 연산을 필요로 한다. 그러나 딥 러닝의 파워를 센서와 스마트폰 같은 사물인터넷 디바이스에 적용하는 것은 아주 적은 에너지를 소비하며 대량의 필요한 작업을 할 수 있는 에너지 고효율 IC를 요구한다.


폰 노이만(von Neumann)식[2] 컴퓨터 아키텍처에서 대부분의 에너지는 데이터를 온칩 또는 오프칩 메모리 디바이스에서 프로세싱 유닛으로 옮기는 데 소모된다. 데이터 이동을 줄이는 가장 효과적인 방법은 프로세싱 유닛 각각이 물리적으로 가까운 곳에 있는 데이터 하나만을 처리하도록 하는 것이다. 이런 데이터 포인트에는 입력 신호(고양이 이미지)가 출력 신호(고양이 같은 이미지 인식)로 전환되는 동안 무게가 부여된다. 데이터 포인트가 원하는 출력에 가까울 수록 더 큰 무게가 부여되며 그 무게는 자동으로 딥 러닝 프로세스를 안내하는 파라미터를 제공한다.


뇌는 뉴런(무게 데이터) 간의 결합 강도가 시냅스(프로세싱 유닛)로 연결되는 것과 유사한 아키텍처를 갖고 있다. 이 경우 시냅스(synapses)는 뉴런(neurons) 간의 연결이며 각각 다른 강도를 갖는다. 강도(무게)는 그 연결을 통과하는 신호를 결정한다. 이렇게 시냅스는 일종의 프로세싱이라 할 수 있다. 공간적으로 완전히 펼쳐진 아키텍처라고 할 수 있는 이 아키텍처는 매력적이지만 분명 단점도 있다. 곧 칩 상에서 이를 복제하면 방대한 연산 회로를 요구해 너무 빨리 거대해 진다.


도시바의 TDNN은 2013년에 개발된 타임 도메인 아날로그와 디지털 혼합 신호 처리(TDAMS)[3] 기술을 사용해 프로세싱 유닛의 소형화가 가능하다. TDAMS의 경우 덧셈 같은 연산은 로직 게이트를 아날로그 신호로 통과하는 디지털 신호 지연 시간을 사용함으로써 효율적으로 수행한다. 이 기술을 사용하는 딥 러닝 프로세싱 유닛은 세 개의 로직 게이트와 공간적으로 완전히 펼쳐진 아키텍처의 1비트 메모리로 구성된다. 도시바는 SRAM(static random access memory) 셀을 메모리로 이용하며 손글씨를 인식할 수 있는 개념 검증(proof-of-concept) 칩을 제작한다. 작동 당 에너지 소비는 20.6fj[4]이며 앞서 이전 컨퍼런스[5]에서 발표된 것보다 1/6배 뛰어나다.


도시바는 에너지와 면적 효율성을 개선하기 위해 TDNN 을 저항 메모리(ReRAM)로 개발할 계획이다. 목적은 디바이스 상에서 고성능 딥 러닝 기술을 구현하는 IC이다.


[1] TDNN: 타임 도메인 아날로그 및 디지털 혼합 신호처리 기술을 사용하는 뉴럴 네트워크


[2] 폰 노이만 유형(Von Neumann type): 가장 널리 사용되는 표준 컴퓨터 아키텍처 이 아키텍처는 데이터를 처리하기 위해 메모리 디바이스에서 프로세싱 유닛으로 입력한다.


[3] TDAMS: 로직 게이트를 아날로그 신호로 통과하는 디지털 신호의 지연 시간을 사용하는 아날로그 신호 처리 기술로서 도시바가 개발했다. (참조: http://www.toshiba.co.jp/about/press/2013_02/pr2101.htm)


[4] 20.6fJ: 1W 전력 소비로 1초에 48조 6000억 회 작동


[5] ISSCC 2016(국제 솔리드 스테이트 회로 컨퍼런스 2016) 논문 번호 24.2


도시바 코퍼레이션(Toshiba Corporation)은 첨단 전자/전기 제품 및 시스템을 통해서 더욱 청정하고 안전한 일상생활을 지속시켜 주는 에너지 분야, 생활의 질을 지속시켜 주는 인프라 분야, 그리고 첨단 정보사회를 지속시켜 주는 스토리지 제품 등 3개의 전략적 사업에 세계적인 역량을 펼치고 있는 포춘지 선정 500대 글로벌 기업 중 하나이다. 도시바는 그룹의 기본 약속인 ‘인류에 헌신, 미래에 헌신’을 바탕으로 하여 국제 경영을 장려하고 있으며 미래의 세대들이 더 나은 삶을 사는 세상을 실현하기 위해 헌신하고 있다.


1875년 설립된 도시바는 현재 전 세계에 18만 8000여 명의 임직원을 보유하고 있는 550여개의 연결기업으로 구성된 글로벌 네트워크의 중심이며, 연간 매출은 5조 6000억 엔(미화 500억 달러, 2016년 3월 31일 현재)을 상회하고 있다. 자세한 사항은 도시바 웹사이트(www.toshiba.co.jp/index.htm)에서 확인할 수 있다.


비즈니스 와이어(businesswire.com) 원문 보기: http://www.businesswire.com/news/home/20161107005586/en/


[이 보도자료는 해당 기업에서 원하는 언어로 작성한 원문을 한국어로 번역한 것이다. 그러므로 번역문의 정확한 사실 확인을 위해서는 원문 대조 절차를 거쳐야 한다. 처음 작성된 원문만이 공식적인 효력을 갖는 발표로 인정되며 모든 법적 책임은 원문에 한해 유효하다.]