“엔비디아 칩보다 최대 478배 빠르다”… 中, 인간 뇌 모방한 ‘차세대 칩’ 개발

글로벌 인공지능(AI) 반도체 독점 규제와 서방의 대중국 기술 제재 펜스가 가혹하게 높아지는 가운데, 중국 최고 명문 교육·연구 수뇌부들이 미국 엔비디아(Nvidia)의 하드웨어 장벽을 단숨에 뛰어넘는 혁신적인 ‘뇌 모방형(뉴로모픽)’ 차세대 AI 반도체를 전격 공개했다.
데이터 연산과 저장을 단일 메모리 배열에서 동시 처리하는 이 칩은 인류의 난제로 꼽히던 복잡한 대뇌 피질 구조를 실시간으로 모델링해 내며 서방의 반도체 통상 압박에 맞설 중국 첨단 공학의 자강론 무기로 급부상했다.

4일(현지시각) 사우스차이나모닝포스트(SCMP) 보도에 따르면, 베이징대학교 집적회로학부 양위차오 교수 연구팀과 중국과학원(CAS) 공동 연구진은 세계 최고 권위의 국제 학술지 ‘사이언스(Science)’ 통합 인공 신경망을 탑재한 ‘40nm 컴퓨팅 인 메모리(Computing-in-Memory, CIM)’ 반도체 소자의 독점적 개발 성과를 확정 발표했다.

이 장치는 기존 컴퓨터 아키텍처의 물리적 한계를 청산하고, 복잡한 인간 뇌 표면 구조를 단 0.5초 이내에 재구성하는 메가 가이드라인을 입증했다. 연산 속도 면에서 현재 업계 표준으로 군림하는 미국 엔비디아의 고성능 대형 그래픽 처리장치(GPU) ‘A100’ 시스템보다 최소 50배에서 최대 478배 가쁘게 휘몰아치는 압도적 수율이다.

인간의 뇌는 두개골이라는 좁은 공간 내에 수십억 개의 뉴런을 수용하기 위해 표면적을 극대화한 가혹한 홈과 주름 구조를 지니고 있다.

기존 표준 컴퓨터의 ‘폰 노이만’ 아키텍처는 연산을 담당하는 프로세서(CPU/GPU)와 데이터 저장 장치(메모리)가 철저히 분리되어 있어, 초장기 뇌 구조 데이터를 처리할 때 두 장치 사이를 끊임없이 왕복 수송해야 하는 치명적인 지연 마찰과 가혹한 전력 소비 족쇄에 묶여 정체 부침을 겪어 왔다.

이 때문에 미세한 뇌 표면을 실시간 렌더링하려면 수천억 원 규모의 초대형 서버 인프라 조달이 필수적이었다.

중국 연구팀은 신경동학(Neurodynamics) 시스템을 차세대 메모리 배열 내에 직접 이식하는 공학적 실리 전술로 이 병목 장벽을 완전히 허물었다.
특히 차세대 메모리 칩인 위상 변화 멤리스터(Phase-change Memristor) 소자의 치명적인 물리적 결함으로 꼽히던 ‘전도 드리프트(시간에 따른 전류 변동으로 데이터가 불안정해지는 현상)’ 리스크를 역발상으로 활용, 지속적으로 변화하는 뇌 신호를 정밀 계산하는 강력한 컴퓨팅 자산으로 반전 튜닝해 내는 데 성공했다.

사이언스지에 논평을 게재한 독일 율리히 연구센터(Juelich Research Centre)의 핵심 석학들은 이 독보적인 인메모리 패러다임을 두고 “원유를 멀리 떨어진 가공 공장으로 매번 수송해 처리하는 대신, 축산 농장 현지에서 즉시 신선한 우유로 제품화하는 원스톱 공정과 유사하다”며 극찬했다.


이번 40nm 뇌 모방 칩의 등장은 단순한 연산 가액의 상승을 넘어 일론 머스크의 뉴럴링크(Neuralink)가 주도하던 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 전선과 차세대 정밀 의료 마켓플레이스를 전면 재편할 메가 뇌관으로 통한다.
밀리초(ms) 단위의 초저지연 연산이 하드웨어 기반으로 완벽히 구동됨에 따라, 일선 외과의사들이 복잡한 수술을 집도할 때 실시간으로 피질 표면을 추적·유도하는 ‘신경 내비게이션’ 시스템의 정밀 튜닝이 가능해졌다.

양위차오 베이징대 교수는 국영 광명일보와의 인터뷰를 통해 “이번 돌파구는 인체 지능 및 첨단 로봇공학, 그리고 뇌 질환의 조기 선별에 완벽한 하드웨어 방어벽을 제공한다”며 “가까운 미래에는 환자 개개인의 내밀한 뇌 역학을 실시간 동기화해 알즈하이머병을 극초기에 잡아내고 치료법을 시뮬레이션하는 ‘개인 맞춤형 디지털 뇌 쌍둥이(Digital Brain Twin)’ 인프라가 실전 배치될 것”이라고 확언했다.


자본 시장 전문가들은 중국이 미 상무부의 첨단 실리콘 웨이퍼 및 미세 공정 노광장비 유입 차단 규제 펜스 속에서도, 40나노라는 비교적 구형 성숙 공정 장부와 차세대 멤리스터 설계 공학만으로 엔비디아의 최첨단 AI 칩 성능을 폐기했다는 점에 주목하고 있다.

이는 하드웨어 물량 전선에서 밀리더라도 독보적인 뉴로모픽 자강론 알고리즘 뭉치를 통해 서방의 제재 장벽을 무력화할 수 있음을 입증한 사례다.

엔비디아 A100 대비 최대 478배 빠른 뇌 모방 칩을 앞세워 글로벌 의료·AI 로봇 가치 사슬의 주도권을 확보하려는 중국 연구진의 대담한 연산 도박과 이로 인한 아시아-태평양 반도체 안보 공급망의 대대적인 재편 시나리오는 하반기 거시경제 지형을 흔들 가장 뜨거운 변수로 부상하고 있다.


신경원 글로벌이코노믹 기자 shincm@g-enews.com