4차 산업혁명의 핵심 기술인 인공지능(AI). AI 시대를 맞아 가장 부상하는 기업은 단연 엔비디아다. 엔비디아가 독보적인 기술력을 보유하고 있는 GPU(그래픽처리장치)가 딥 러닝 기반의 AI 컴퓨팅과 최적의 궁합을 보이고 있기 때문이다. 

그래픽칩 제조사로 유명한 엔비디아는 1993년 설립된 반도체 전문 기업으로 초기엔 CPU(중앙처리장치) 시장에서 인텔과 경쟁하기도 했지만, 이후 그래픽처리장치(GPU) 분야에서 시장 점유율 80%를 넘나드는 압도적인 업계 1위 기업으로 군림했다. 

엔비디아는 올해 1분기 매출 19억4000만달러, 순이익 5억7000만달러를 기록하며 시장을 놀라게 했다. 순이익은 전년 동기대비 144% 증가했고, 영업이익도 126% 상승했다. 주가도 큰 폭으로 상승해 1년 전에 비해 300% 이상 급등했다. 

AI가 산업에 적용되는 영역이 확대될수록 엔비디아의 성장도 가팔라질 것으로 전망된다. AI가 연산을 하기 위해서는 이에 맞는 고성능 프로세서가 필요한데 엔비디아가 이 분야에서 독보적인 기술력을 보유하고 있기 때문이다. 

이에 글로벌 ICT 기업들은 딥러닝, 클라우드 컴퓨팅, 자율주행 등 4차 산업의 핵심분야에서 엔비디아와의 협력을 점차 강화해 나가고 있다. 

엔비디아는 자율주행 분야에서 아우디, 메르세데스 벤츠, 도요타 등과 기술제휴를 맺고 자율주행 플랫폼을 제공하고 있다. 중국의 바이두와도 협력중이며 국내 기업으로는 SK텔레콤과도 자율주행차 공동 프로젝트를 진행중이다. 

AI는 왜 엔비디아의 GPU를 필요로 하나

인코딩 등 복잡한 연산의 속도는 엔비디아의 GPU보다 인텔의 CPU 성능이 월등하다. 하지만 많은 연산을 동시다발적으로 진행해야 하는 인공지능 분야에서는 압도적으로 코어수가 많은 GPU가 유리하다. 

이를 병렬 연산이라 하는데, GPU는 단순 작업을 한번에 처리하는 데 효율적으로 설계됐다. 예를 들면 1+1이라는 간단한 연산을 1000회 반복한다고 가정했을 때, CPU는 1+1을 순차적으로 1000번 반복 실행(직렬연산)하고 GPU는 1000개의 코어가 각각 1번씩 1+1을 실행한다. 

GPU는 본래 게임, 멀티미디어 콘텐츠 재생 등을 컴퓨터 환경에서 더 원활히 수행하기 위해 개발됐다. 대용량의 데이터 처리가 CPU 과부하의 원인이 되며, 이를 효율적으로 해결하기 위해 병렬 연산에 적합하도록 코어수를 늘린 프로세서가 탄생한 것이다. 

GPU라는 이름도 1999년 엔비디아가 '지포스'라는 이름의 그래픽카드용 칩을 내놓으며 처음 사용했다고 알려졌다. 

수천개의 코어를 내장한 그래픽칩은 AI의 핵심기술인 딥러닝, 머신러닝에 효과적인 것으로 드러났다. 스스로 학습하는 인공지능은 빅데이터 분석 등을 위해 간단한 연산의 지속적인 반복이 필요한데, 병렬연산에 특화된 GPU가 CPU에 비해 월등한 성능을 발휘했다. 

일례로 2012년 구글은 AI가 1000만장에 달하는 이미지를 학습하도록 하기 위해 1만6000대의 CPU 기반 컴퓨터를 사용했다. 반면 바이두는 불과 1년 뒤 GPU 기반의 동일한 컴퓨터 단 3대를 사용해 같은 작업을 수행했다. 

사실 CPU와 GPU는 비슷한 사이즈의 프로세서 칩이다. 데스크탑에 주로 사용되는 CPU는 싱글코어에서 듀얼코어, 쿼드코어, 옥타코어로 발전해 왔다. 반도체 공정이 미세화될수록 같은 크기에 더 많은 숫자의 코어를 탑재해 성능 향상을 이끌었다. 

GPU의 경우 수천개의 코어가 칩 하나에 포함된다. 이것이 가능한 이유는 CPU에 포함된 다양하고 복잡한 기능의 연산회로가 아예 빠져있기 때문에 가능하다. 

병렬 연산이 AI와 자율주행에 중요한 이유와 엔비디아의 새로운 칩 '볼타'

자율주행을 위해서는 차량에 장착된 온도, 습도, 거리 등을 측정하는 각종 센서 및 모듈, 카메라 등이 수집한 대량의 데이터를 실시간으로 파악해 결정을 내려야 한다. 

이를 위해선 수천개의 코어가 동시에 각각의 작업을 수행하는 것이 훨씬 효율적이다. 

엔비디아는 지난 10일 캘리포니아주 산호세에서 열린 '연례 GPU 기술 컨퍼런스'에서 인공지능에 맞춤화된 차세대 GPU '볼타'를 공개했다. 

볼타에는 무려 5376개의 쿠다(CUDA) 코어와 삼성전자의 2세대 고대역폭메모리(HBM2)가 탑재됐다. 트랜지스터는 210억개 이상이 들어갔다. 

젠슨 황 엔비디아 CEO는 볼타를 공개하며 "볼타는 기존 GPU인 파스칼보다 12배 빠르며 세계 최고 속도의 D램과 비교해도 7배에서 최대 10배까지 빠르다"고 밝혔다. 

이어 "엔비디아 GPU 컴퓨팅 플랫폼인 볼타가 인공지능의 새로운원동력이 될 것"이라며 자신감을 보였다.