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[EOST2023] LLM 3요소와 오픈소스의 발전

인공지능 기술의 발전은 지난 수십 년간 눈부신 변화를 거듭해 왔습니다. 과거에는 사람이 직접 특징을 정의하던 방식에서 딥러닝의 자동화로, 그리고 이제는 LLM의 시대로 접어들었습니다. LLM은 단순히 언어를 처리하는 도구를 넘어 산업의 근본적인 판을 흔드는 파급력을 지니고 있습니다. 특히 최근의 연구 흐름은 논문 발표와 동시에 오픈 소스를 공개하여 성능을 입증하는 방식으로 변화하며 기술의 대중화를 이끌고 있습니다. 언어 모델의 핵심은 문장에 확률을 매기는 작업에 있습니다. '백설 공주가 독사과를 먹었다'처럼 자연스러운 문장에는 높은 확률을, 어색한 문장에는 낮은 확률을 부여하며 학습합니다. 최근의 GPT와 같은 모델은 다음에 올 단어를 맞히는 과정을 통해 방대한 지식을 암기합니다. 초기에는 이 모델들이 단순히 암기한 내용을 꺼내 주는 지식 저장소 역할을 한다고 여겨졌으나, 모델의 크기가 커짐에 따라 인간의 일반 상식을 뛰어넘는 수준의 이해력을 보여주기 시작했습니다. 이제 LLM은 명시적인 알고리즘 없이도 숫자 정렬과 같은 복잡한 문제를 해결합니다. 과거에는 정렬을 위해 특정 프로그래밍 규칙이 필요했지만, 현재의 모델은 맥락을 이해하여 결과를 도출합니다. 이러한 능력은 프롬프트 엔지니어링을 통해 극대화됩니다. 예를 들어, 피자 주문을 받는 챗봇의 역할을 부여하면 모델은 사용자의 의도를 실시간으로 추론하며 적절한 답변을 생성하고 결과물을 구조화된 데이터로 요약해 줍니다. 이는 모델이 하나의 유연한 컴퓨팅 인프라로 작동함을 의미합니다. 모델의 성능을 결정짓는 세 가지 핵심 요소는 데이터, 컴퓨팅 자원, 그리고 파라미터입니다. 이들의 규모를 조절하며 확장할 때 성능이 지속적으로 향상된다는 '스케일링 법칙'은 LLM 발전의 기틀이 되었습니다. 최근에는 메타의 LLaMA나 Mistral과 같은 고성능 모델들이 오픈 소스로 공개되며 누구나 대규모 모델을 연구할 수 있는 춘추전국시대가 열렸습니다. 이는 빅테크 기업의 전유물이었던 LLM 기술이 연구 현장 곳곳으로 확산되는 계기가 되었습니다. 거대해진 모델을 효율적으로 다루기 위한 기술적 노력도 활발합니다. 모델의 연산 부담을 줄이기 위한 어텐션 메커니즘의 최적화나, 적은 비용으로도 특정 목적에 맞게 모델을 미세 조정할 수 있는 LoRA 같은 알고리즘이 대표적입니다. 특히 양자화 기술의 발전은 방대한 파라미터를 가진 모델을 일반적인 하드웨어에서도 구동할 수 있게 함으로써 기술 접근성을 획기적으로 높였습니다. 이러한 효율성 중심의 연구는 LLM이 실질적인 서비스로 구현되는 데 결정적인 역할을 합니다. 데이터의 측면에서는 단순한 양보다 질과 다양성이 더욱 중요해지고 있습니다. 최근 연구에 따르면 모델이 왜 그렇게 생각했는지 그 이유까지 함께 학습시키는 방식이 추론 능력을 비약적으로 향상시킨다는 점이 밝혀졌습니다. 또한 정형화된 템플릿보다는 실제 인간의 대화처럼 복잡하고 다양한 명령어를 포함한 고품질 데이터를 사용할 때 모델의 성능이 더 크게 개선됩니다. 이는 데이터 분석 AI를 통해 학습 데이터의 품질을 관리하는 새로운 연구 분야의 탄생으로 이어지고 있습니다. 앞으로 LLM은 여러 모델이 협력하는 멀티 에이전트 시스템이나 개인화된 인공지능, 그리고 물리적 로봇을 제어하는 뇌의 역할로 확장될 전망입니다. 하지만 한국어 전용 오픈 소스 모델의 부족이나 공정한 평가 지표 확립, 그리고 학습 데이터의 저작권 이슈 등 해결해야 할 과제도 여전히 남아 있습니다. 기술의 발전 속도에 맞춰 이러한 사회적, 기술적 문제들을 지혜롭게 풀어나가는 것이 LLM의 지속 가능한 발전을 위한 핵심이 될 것입니다.

[EOST2023] LLM 3요소와 오픈소스의 발전
한국전자통신연구원오픈소스 테크데이
  • 융합
  • 공학·기술

EOST2022 거대 인공지능 모델을 위한 고효율 컴퓨팅 인프라

거대 인공지능 모델의 등장은 현대 기술 지형을 근본적으로 변화시키고 있습니다. GPT-3나 구글의 PaLM과 같은 모델들은 수천억 개의 파라미터를 활용하여 인간에 가까운 언어 능력과 논리적 추론을 보여주며 전 세계적인 주목을 받고 있습니다. 이러한 모델들은 방대한 양의 데이터를 학습하며 프로그래밍이나 다국어 번역, 복잡한 수학 문제 풀이까지 수행할 수 있는 범용 에이전트로 진화하고 있습니다. 특히 단순히 특정 분야에서만 뛰어난 성과를 내는 것을 넘어, 한 번의 사전 학습(Pre-training)을 거친 후 다양한 분야에 적용할 수 있는 인공일반지능(AGI)의 가능성을 제시하고 있다는 점에서 그 중요성이 더욱 커지고 있습니다. 하지만 이러한 비약적인 발전 뒤에는 거대한 컴퓨팅 인프라라는 장벽이 존재합니다. 인공지능의 성능이 모델의 크기와 데이터 양에 비례해 향상된다는 스케일링 법칙(Scaling Law)에 따라 모델은 기하급수적으로 거대화되고 있습니다. 반면 반도체 성능이 2년마다 두 배로 증가한다는 무어의 법칙은 이러한 발전 속도를 따라잡지 못하고 있습니다. 특히 트랜스포머 모델의 경우 발전 속도가 연산 능력의 성장세보다 수백 배나 빠르기에 성능 장벽과 함께 막대한 전력 소비를 동반하는 에너지 장벽에 직면하게 되었습니다. 이는 특정 거대 자본을 가진 기업만이 인공지능 연구에 참여할 수 있는 높은 진입 장벽을 형성하고 있습니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 기술적 최적화 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 최적화는 크게 모델의 구조를 변경하는 비시스템적 방식과 컴퓨팅 인프라를 효율적으로 관리하는 시스템적 방식 두 가지로 나뉩니다. 현재 ETRI가 집중하고 있는 시스템적 최적화는 하드웨어와 소프트웨어의 긴밀한 조화를 통해 학습 효율을 극대화하는 것을 목표로 합니다. 인공지능 학습 과정에서 발생하는 통신, 연산, 메모리 사용 특성을 시간축에 따라 정밀하게 분석하고 이를 시스템 자원과 정렬시킴으로써 동일한 자원으로 더 빠르고 저렴하게 모델을 학습시킬 수 있는 환경을 구축하는 것이 핵심적인 과제라고 할 수 있습니다. 성능 최적화와 더불어 해결해야 할 또 다른 중요한 문제는 특정 하드웨어에 대한 소프트웨어의 종속성입니다. 현재 대부분의 딥러닝 프레임워크와 모델들은 엔비디아의 하드웨어 생태계에 강하게 얽매여 있어 다양한 연산 장치를 유연하게 활용하기 어려운 실정입니다. ETRI는 인공지능 클라우드와 머신러닝 프레임워크, 컴파일러를 아우르는 소프트웨어 스택을 연구하여 이러한 하드웨어 종속성을 완화하고자 합니다. 이를 통해 모델과 프레임워크 간의 결합도를 낮추고 범용적인 클러스터 환경에서도 높은 성능을 발휘할 수 있는 기술을 개발함으로써 인공지능 인프라의 민주화와 유연성을 동시에 확보하고자 노력하고 있습니다. 연구의 실효성을 높이기 위해 ETRI는 학계, 대기업, 스타트업과 협력하는 생태계 중심의 연구개발을 추진하고 있습니다. 한양대학교는 선도적인 원천 기술을 연구하고 NHN은 실제 클라우드 서비스 환경에서 기술을 실증하며 튜닙과 같은 기술력 있는 스타트업은 국산 머신러닝 프레임워크인 '오슬로'를 통해 기술 자립에 기여하고 있습니다. 특히 오픈소스 생태계에 단순히 사용자로 머무는 것이 아니라 적극적인 기여자로 참여하여 글로벌 기술 패권 사이에서 한국만의 틈새시장을 개척하는 것이 궁극적인 목표입니다. 국산 기술로 개발된 프레임워크가 세계적인 인공지능 모델 학습에 널리 활용되는 미래를 그려봅니다.

EOST2022 거대 인공지능 모델을 위한 고효율 컴퓨팅 인프라
한국전자통신연구원오픈소스 테크데이
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