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소프트웨어로 완성되는, 미래를 향한 인텔의 컴퓨팅 혁신

기사입력 : 2022년 07월 15일 09시 50분
ACROFAN=권용만 | yongman.kwon@acrofan.com SNS
지난 몇 년간 향후 10년을 주도할 주제로 꼽히던 디지털 시대로의 변화는 지난 2년여간 전 세계적으로 다가온 위기에 우리가 효과적으로 대처할 수 있게 하면서, 예상 이상으로 더 빠르게 세상을 바꾸어 나가기 시작했다. 그리고 ‘반도체’의 혁신은 이러한 디지털 기반의 변혁을 위한 핵심 요소로, 더욱 높은 성능과 효율을 갖춘 반도체의 등장은 디지털 시대를 더욱 발전시키고 지속 가능하게 만든다. 하지만 반도체의 발전만으로는 진정한 디지털 시대의 혁신을 달성할 수 없으며, 하드웨어와 소프트웨어가 긴밀히 결합되었을 때 점점 빨라지는 세상의 변화를 뒷받침할 수 있는 혁신의 속도와 가치를 달성할 수 있을 것이다.

이에, 앞으로의 디지털 시대를 위한 혁신의 방향성은 ‘하드웨어 지원이 뒷받침된 소프트웨어 정의’로 표현된다. 이 때, 하드웨어는 성능과 함께 소프트웨어 정의 시대의 유연성을 뒷받침할 수 있어야 하고, 소프트웨어 또한 범용 하드웨어의 역량을 최대한 활용해 전용 하드웨어 급의 성능을 달성하면서도 다양한 기능을 구현할 수 있는 유연성을 유지할 수 있어야 하는, 어찌 보면 모순되는 두 가치의 양립이 요구된다. 그리고, 이러한 어려운 목표를 달성하기 위해서는, 특정 기업 수준의 노력을 넘어선, 디지털 변혁에 참여하는 생태계 전반의 참여와 협력이 필요하며, 이러한 혁신의 여정에서 시작과 끝은 모두 ‘소프트웨어’에 있을 것이다.

현재 우리의 ‘디지털 변혁’ 여정에 있어, 인텔(Intel)은 디지털 시대의 기반 인프라 전반에서 큰 영향력을 발휘하는 특별한 위치에 있다. 그리고 지난 5월 인텔이 다양한 혁신 기술을 선보인 ‘인텔 비전(Intel Vision)’ 행사에서는, 모든 방향에서 디지털 변혁을 가속화할 더 높은 성능의 각종 프로세서 신제품들이 큰 관심을 받은 바 있다. 한편으로, 이 행사에서 인텔은 지속적으로 ‘소프트웨어’와 ‘생태계’의 중요성에 대해 강조하며, 소프트웨어 측면에서의 노력은 새로운 하드웨어가 기존의 작업을 더 빠르고 효율적으로 수행할 수 있게 하는 것을 넘어, 더욱 다양한 하드웨어와 소프트웨어가 복잡하게 연결될 앞으로의 디지털 시대에서 혁신의 가치를 높일 것으로 기대했다.

▲ 최근 인텔이 보여주고 있는 혁신의 가치는 하드웨어만이 전부가 아니다 (자료제공: Intel)

최근 몇 년간 인텔이 보여 주는 변화의 속도는 지금까지 인텔의 역사 속에서도 손에 꼽을 정도로 빠르다. 먼저, 인텔의 핵심 가치인 x86 아키텍처 기반 프로세서와 반도체 생산 공정 측면에서는 앞으로 몇 년간 지속적으로 새로운 아키텍처와 제조 공정의 도입이 예정되어 있다. 또한 예전과 비교하면, 인텔은 x86 프로세서 이외에도 최근 본격적으로 고성능 클라이언트, 서버용 GPU 시장을 위한 제품을 선보이기 시작했으며, AI 트레이닝이나 클라우드 인프라 등을 위한 전용 프로세서 제품군에 이르기까지, 다양한 형태의 반도체 기반 제품들을 제공하고 있다. 여기에, 프로세서와 플랫폼 내부에 존재하는 특정 목적을 위한 ‘가속기’들까지 고려하면, 실질적으로 현재의 인텔 x86 아키텍처 기반 플랫폼은 다양한 아키텍처가 함께 존재하는 ‘이종 아키텍처’가 된 셈이다.

반도체 제조 공정이 지속적으로 미세화되고 있지만, 상용 반도체 칩의 면적과 집적될 수 있는 트랜지스터 수, 소비 전력과 처리 가능한 발열량 등에는 현실적인 한계가 존재한다. 이러한 현실적인 한계 안에서 프로세서의 성능을 끌어올리기 위해서는, 프로세서가 워크로드를 처리하는 방법 자체를 더 효율적으로 바꾸는 것이 가장 효과적이며, 이러한 변화는 하드웨어와 소프트웨어 모두에 필요하다. 이 중 하드웨어 측면에서는 프로세서 차원에서의 새로운 아키텍처와 명령어 체계, 그리고 특정 유형의 작업을 위한 가속기 기능의 도입이 이에 해당되며, 소프트웨어 측면에서도 이러한 하드웨어의 변화를 제대로 지원, 활용할 수 있을 때 비로소 그 가치를 제대로 누릴 수 있을 것이다.

이에 현재 모든 컴퓨팅 환경에서, 최신 하드웨어는 새로운 기능과 성능, 특성을 잘 활용할 수 있게 최적화된 최신 소프트웨어와 함께 사용하는 것이 추천된다. 그리고 이러한 새로운 하드웨어를 위한 최적화에서, 최신 운영체제에서의 최적화는 개별 애플리케이션들의 최적화보다 더 큰 의미와 영향력을 가지며, 인텔 또한 현재 클라이언트 쪽의 주요 운영 환경인 마이크로소프트 윈도우는 물론, 서버 쪽의 주요 운영 환경인 리눅스의 커널과 다양한 라이브러리의 개발에도 적극적으로 기여하고 있다. 이를 통해 운영체제가 최신 하드웨어의 이점을 더 적극적으로 활용하게 되면, 운영체제 자체의 사용자 경험은 물론, 운영체제 차원에서 제공되는 기능들을 사용하는 많은 소프트웨어들에서 더욱 향상된 성능을 얻을 수 있게 된다.

▲ 클라우드와 데이터센터의 ‘이종 인프라’ 구성은 점점 복잡해지고 있다 (자료제공: Intel)

현재 클라우드와 데이터센터는 ‘디지털 시대’로의 전환에 핵심적인 요소로 꼽히며, 더 많은 워크로드와 데이터가 데이터센터와 클라우드 위에서 다루어지고 있다. 그리고 데이터센터에서 다루어지는 워크로드는 양 뿐만 아니라 유형도 더욱 다양해지고 있는데, 일반적인 ‘프로세서’ 만으로 이루어진 ‘소프트웨어 정의’ 데이터센터는 모든 유형의 워크로드를 다룰 수는 있지만, ‘효율성’ 측면에서는 그리 효과적이지 않다. 이러한 문제를 극복할 수 있는 방법은, 많은 워크로드들에서 공통적으로 사용되거나, 높은 성능이 반드시 필요한 특정 유형의 작업에 대해, 이를 빠르게 처리할 수 있는 ‘가속기’를 적용하는 것이다. 대표적인 사례가 그래픽 연산이나 대량의 AI 훈련 등을 위해 GPU를 사용하거나, 암호화 등을 위한 가속기를 사용하는 것이다.

하드웨어적 측면에서, 인텔은 거의 모든 유형의 데이터센터에 필요한 ‘가속기’ 포트폴리오를 이미 갖추고 있다. 최신 제온 스케일러블 프로세서와 플랫폼은 범용 연산 뿐 아니라 벡터 연산을 위한 AVX-512, 암호화 처리를 위한 QAT 등을 갖추고 있으며, 차세대 제온 스케일러블 프로세서에서는 행렬 연산 가속을 위한 AMX 기술의 탑재도 예정되어 있다. 또한 인텔의 GPU 기술은 3D 그래픽 처리와 레이 트레이싱 지원은 물론, AI 등의 연산 가속, 하드웨어 수준에서의 강력한 비디오 인코딩, 디코딩 처리 등의 가속 기능을 제공한다. 이외에도 IPU는 복잡한 네트워크 구조의 데이터센터에서 대량의 데이터를 전송할 때 프로세서 부담을 줄이는 것을 넘어, 인프라 운영에 요구되는 성능 부담까지 처리할 수 있게 되었으며, 아예 사용자가 FPGA 등을 통해 가속기를 직접 만들어 쓸 수도 있다.

이러한 다양한 ‘가속기’가 하나의 시스템, 플랫폼에 함께 존재하는 상황에서 해결해야 할 과제라면, 복잡한 하드웨어 구성의 ‘활용’에 대한 복잡성을 줄이는 것이 될 것이다. 그리고 이러한 복잡성을 줄이는 것의 시작은 운영체제와 필수 공유 라이브러리에서 플랫폼의 가속기를 활용하도록 유도하는 것이 될 것이며, 그 다음이 개발 도구들에서 프로세서와 플랫폼에 있는 다양한 가속기들을 활용할 수 있는 수단을 제공하는 것이 될 것이다. 인텔은 이미 지난 수십 년간의 역사에서 이러한 부분들에 대해 지속적인 투자와 노력을 해 왔으며, 상당 부분 가시적인 성과도 나오고 있다. 특히 DPDK, SPDK, R4 등의 라이브러리 지원은 범용 x86 서버가 전용 스토리지나 네트워크 장비에 버금가는 처리 성능을 낼 수 있게 해, 현실적인 ‘소프트웨어 정의’ 인프라 구현을 지원했다는 의미를 찾을 수 있다.

▲ oneAPI는 이러한 복잡한 하드웨어, 소프트웨어 환경의 복잡성을 크게 줄여 줄 개방형 플랫폼이다 (자료제공: www.oneapi.io)

인텔이 생각하는 다음 단계는, 프로세서와 가속기 등 다양한 유형의 이종 하드웨어가 혼재하는 현재의 인프라 환경 전반을 하나의 ‘플랫폼’으로 다루는 것이다. 이 때, 사용자는 하드웨어 계층에 대한 전문 지식이 없이도 익숙한 소프트웨어 기술로 애플리케이션을 작성하면, 플랫폼이 현재 환경의 하드웨어를 이상적인 모습으로 사용할 수 있도록 지원해, 다양한 하드웨어와 소프트웨어가 존재하면서 생기는 복잡성 측면을 근본적으로 해결한다는 것이다. 인텔이 추구하는 이러한 전략의 핵심에는 oneAPI 플랫폼이 있으며, 올해의 행사에서 나온 주요 하드웨어 발표들에서도 꼭 한 번은 언급된 바 있다. 그리고 근본적으로 ‘개방형’을 표방하는 이 플랫폼은 하드웨어와 소프트웨어 모두에서 특정 영역이나 제조사에 국한되지 않으며, 더 넓은 ‘생태계’로 확장되고 있다.

근본적으로 oneAPI 플랫폼은 하드웨어나 소프트웨어, 사용 분야 등에 대한 제약이 없지만, 이 플랫폼의 활용이 가장 주목되는 분야라면, 다양한 형태의 가속기가 활용되고, 성능 효율과 개발 생산성이 모두 요구되는 AI와 고성능 컴퓨팅(HPC) 영역이 가장 먼저 꼽힌다. 특히 다양한 유형의 하드웨어와 가속기가 사용되는 AI 영역에서, oneAPI는 AI 모델 개발에 사용되는 주요 언어와 프레임워크, AI의 훈련과 추론에 사용되는 다양한 유형의 하드웨어 간 연결에 대한 복잡성과 최적화 문제를 해결하고, 소프트웨어의 생애 주기 전반에 걸쳐 다양한 하드웨어와 소프트웨어 간의 매끄러운 연결을 가능하게 한다. 특히, 인텔의 하드웨어 포트폴리오에 본격적으로 GPU가 추가되었지만, 인텔은 이미 oneAPI 플랫폼에 이 GPU의 활용을 위한 대응을 준비해 둔 상태다.

다양한 이종 하드웨어 기반 환경과 소프트웨어 프레임워크를 잇는 oneAPI 플랫폼의 존재는, 앞으로 더욱 활발해질 클라우드의 ‘엣지’로의 확장에서 더욱 중요해질 것이다. 이제 더 많은 AI 애플리케이션이 엣지 인프라에서 구현될 것이며, 데이터센터와는 전혀 다른 환경 구성과 제한된 자원 등의 제약이 AI 개발에서의 과제로 등장할 것으로 보인다. 이 때, oneAPI는 복잡한 하드웨어와 소프트웨어 구성 사이에서, 주어진 조건에서 가장 높은 효율을 기대할 수 있는 플랫폼이 될 것이다. 한편, oneAPI 플랫폼의 범용성 측면은 인텔의 데이터센터용 GPU ‘아틱 사운드-M(Arctic Sound-M)’의 활용 측면에서 볼 수 있는데, 비디오 스트리밍을 위한 하드웨어 기반 인코드와 디코드, AI 분석, 게임 스트리밍과 VDI 인프라 등의 주요 활용 기반이 모두 oneAPI 플랫폼 기반에서 제공된다.

oneAPI가 AI와 HPC 뿐 아니라, 소프트웨어 정의 기반 인프라 전반에서 활용될 플랫폼이라면, AI에 특화된 툴킷으로는 OpenVINO가 있다. 이 툴킷 또한 개발자가 익숙한 프레임워크 기반에서 작성한 AI 애플리케이션을, 인텔의 프로세서와 GPU, VPU, FPGA 등 다양한 하드웨어가 조합된 복잡한 환경에서도 최적의 성능과 효율로 구현될 수 있게 하고, 한 번 작성된 애플리케이션이 다양한 하드웨어 환경에서 재사용될 수 있게 돕는다. 이러한 도구들은 앞으로의 시대를 위한 ‘디지털 혁신’에 있어 기술적 접근의 장벽을 낮추고 하드웨어와 소프트웨어의 성능과 효율을 높이며, 개발자가 핵심 가치에 집중할 수 있는 환경을 만들고, 이에 따라 인텔의 제품과 솔루션의 가치도 높아지는 선순환 구조를 만들게 될 것이다.

▲ 컨피덴셜 컴퓨팅의 활용 확대는 여러 모로 혁신적인 변화를 가져올 것으로 기대된다 (자료제공: Intel)

새로운 기술들이 시장에서 더 긍정적인 반응을 얻고, 더 많이 활용되게 하기 위해서는 단지 기술의 장점만을 소개하고, 기술을 사용할 수 있는 도구들을 제공하는 것 정도로는 부족하다. 이럴 때 필요한 것이 새로운 기술의 장점을 빠르게 도입해 누릴 수 있게 돕는 ‘솔루션’의 존재이며, 인텔은 지난 ‘인텔 비전’ 행사에서 새로운 개념의 기술들을 빠르게 도입, 활용해 가치를 창출할 수 있게 돕는 여러 가지 프로젝트와 솔루션들을 소개했다. 특히 이제 컴퓨팅의 모든 영역에서 최우선 과제가 된 ‘보안’ 영역에서 선보인 발표들은, 지금까지는 현실적으로 극복이 어려워 보였던 단계의 혁신을 현실적으로 가능한 수준으로 만들고 있으며, 이는 앞으로 우리의 삶에 다양한 변화를 가속화할 것으로도 기대된다.

클라우드와 엣지 컴퓨팅, AI와 지속적 연결 등의 시대적 요구에서 ‘컨피덴셜 컴퓨팅(Confidential Computing)’은 큰 가능성을 지니고 있으며, 인텔 또한 하드웨어 기반의 신뢰 실행 환경을 제공하는 SGX(Software Guard Extensions) 기술을 이미 선보인 바 있고, 마이크로소프트 애저에서 이를 기반으로 한 서비스가 제공되고 있다. 이 기술의 가능성은 이미 여러 분야에서 주목받고 있는데, 특히 의료 등 보안에 아주 민감하고 규제 준수가 까다로운 분야에서, 보안에 대한 요구를 충족시키면서 AI 훈련 등에 실제 데이터를 다룰 수 있는 환경을 제공할 수 있다는 데서 관심이 높다. 하지만 이 ‘컨피덴셜 컴퓨팅’이 기존의 컴퓨팅 환경과는 사뭇 다른 성격을 가진 덕분에, 활용에 나서기까지 극복해야 할 다양한 ‘기술 장벽’ 또한 만만치 않다.

이를 극복하기 위한 인텔의 노력은 오픈소스 커뮤니티에 대한 기여와 투자, 그리고 다양한 파트너들과의 협업으로 요약된다. SGX 환경으로의 애플리케이션 마이그레이션에 대한 어려움은 Gramine 프로젝트를 통해, 별다른 코드 수정 없이 SGX 환경에 애플리케이션을 배포할 수 있는 방법을 마련했다. 또한 인텔이 발표한 ‘프로젝트 앰버(Project Amber)’는 이 컨피덴셜 컴퓨팅 환경의 신뢰성을 위한 ‘증명’ 절차에 인프라 공급자 뿐만 아니라 제 3자의 참여가 가능하게 해, 컨피덴셜 컴퓨팅 환경 구현과 활용에서의 유연성을 높였다. 앰버 프로젝트의 첫 버전은 인텔의 신뢰할 수 있는 실행 환경을 사용해 가상 머신에서 실행되는 베어메탈 컨테이너, 가상머신 및 컨테이너로 배포된 워크로드를 지원할 예정이며, 향후 지원 범위는 더 넓어질 것이다. 또한 인텔은 독립 소프트웨어 벤더들과 협력해, 앰버 프로젝트를 포함하는 신뢰 서비스를 활성화하고 있다.

SGX 기반의 신뢰할 수 있는 실행 환경은, 지금까지 데이터의 보안 관련 문제로 AI 등의 활용이 어려웠던 분야에서 새로운 차원의 혁신을 가능하게 해 준다. 특히 의료 분야에서 SGX는 AI가 실제 임상 데이터 세트를 다룰 수 있는 환경을 제공할 수 있다. 이러한 활용의 사례로는 마이크로소프트 애저 컨피덴셜 컴퓨팅 인프라 기반의 ‘BeeKeeper AI’가 의료 AI 혁신 개발 및 구축 속도를 현재 대비 30~40%까지 개선한 점이 있다. 또한 인텔과 펜실베니아 대학교 페렐만 의과 대학의 연합 종양 세분화(FeTS) 이니셔티브와의 파트너십은, 뇌 종양 탐색을 위한 AI 모델 훈련 개선을 위해 SGX 환경과 OpenFL을 활용해, 총 6개 대륙 55개 기관이 개별 데이터세트의 보안 및 개인 정보를 유지하면서 분석에 협력하고 있으며, 이를 통해 AI 모델 역량을 33% 향상한 사례다.

▲ 인텔의 전략은 다소 생소하게 느껴질 수 있지만, 필연적인 결정이기도 할 것이다 (자료제공: Intel)

새로운 기술들의 등장은 그 자체로도 다양한 변화를 만들지만, 때로는 다양한 기술들이 결합되어 완전히 새로운 시대를 만들기도 한다. 최근의 이러한 사례로는 클라우드 시대의 ‘소프트웨어 정의’ 인프라가 될 것인데, 이제 2U 정도의 제온 스케일러블 프로세서 기반 범용 x86 서버와 적절한 가속기, 소프트웨어의 조합은 데이터센터 인프라를 위한 모든 역할을 다 훌륭히 해 낼 수 있다. 그리고 이런 ‘소프트웨어 정의’가 엣지에 이르면, 5G 기지국과 클라우드 서비스를 위한 엣지 서버 등을 한 대의 서버 정도로도 구현할 수 있게 되며, 상황에 따라 용도를 유연하게 바꿀 수도 있게 된다. 바야흐로 고정 기능 기반의 장비가 소프트웨어 기반의 다목적 인프라로 바뀌는 중요한 전환점을 마주하게 되는 것이며, 인텔 FlexRAN 등의 솔루션은 이러한 변화에 확신을 주고, 변화를 가속화시키는 촉매의 역할을 한다.

인텔이 이번 ‘인텔 비전’ 행사에서 선보인 ‘엔드게임 프로젝트(Project Endgame)’ 시연 또한, 지금까지의 컴퓨팅 소비를 위한 PC와 네트워크, 클라우드 인프라 구성에 변화를 만들 수 있을 만한 흥미로운 시도다. 네트워크 내 다른 장치에서 사용 가능한 컴퓨팅 리소스를 사용자가 지금 사용하고 있는 단말에서 활용 가능하다는 이 ‘엔드게임 프로젝트’의 컨셉은, 지금까지의 VDI나 게이밍 스트리밍 서비스와는 그 성격이 사뭇 다르다. 가장 큰 차이는 애플리케이션과 데이터가 원격이 아니라, 사용자의 눈 앞에 있는 사용자의 PC에 있다는 것이며, 향후 이 프로젝트의 향방은 모든 개인과 기업 PC 사용자와 제조사, 클라우드 서비스 사업자에 이르기까지 컴퓨팅 생태계 전반의 행동 양식을 바꿀 수 있을 중요한 변화의 계기가 될 수도 있겠다는 생각도 하게 된다.

지금까지와 앞으로의 ‘디지털 시대’에, 반도체 기반의 하드웨어가 처리할 수 있는 ‘성능’은 의심할 여지 없이 중요한 부분이다. 하지만 하드웨어는 결국 우리가 원하는 작업을 수행하기 위해 사용하는 도구이며, 디지털 기반 시대로의 혁신을 완성하는 것은 결국 사람과 소프트웨어의 몫이고, 디지털 시대를 주도하기 위해서는 성능 뿐 아니라, 뛰어난 가치를 신속하게 창출할 수 있도록 지원하는 부분까지 고민해야 할 것이다. 그리고 이 부분에서, 인텔의 소프트웨어에 대한 지원과 투자는 단기적으로는 하드웨어 신제품의 가치를 극대화하고 경쟁력을 높일 수 있게 할 것이며, 장기적으로는 앞으로의 디지털 시대에 나타날 변화에도 인텔이 지속적으로 경쟁력을 유지하고 영향력을 발휘할 수 있게 도울 중요한 부분이 될 것으로 기대된다.


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