발간등록번호 정책연구 호 뉴로닉컴퓨팅시스템기반의차세대인공지능선도방안 연구기관 서울대학교산학협력단 연구책임자 박병국

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1 정책연구호뉴로닉컴퓨팅시스템기반의차세대인공지능선도방안국가과학기술자문회의발간등록번호 정책연구 호뉴로닉컴퓨팅시스템기반의차세대인공지능선도방안 연구기관 서울대학교산학협력단연구책임자 박병국

2 발간등록번호 정책연구 호 뉴로닉컴퓨팅시스템기반의차세대인공지능선도방안 연구기관 서울대학교산학협력단 연구책임자 박병국

3 제출문 국가과학기술자문회의지원단장귀하 본보고서를 뉴로닉컴퓨팅시스템기반의차세대인공지능선도방안 최종보고서로제출합니다 년 월 일 주관연구기관명 서울대학교산학협력단 연구기간 주관연구책임자 박병국 참여연구원 연구원 유회준 연구원 황현상 연구원 심재윤 연구원 김재준 연구원 유승주 연구원 김장우

4 연구원 김형진 연구보조원 백명현 연구보조원 황성민 연구보조원 장태진 연구보조원 이정준 참여전문가 전 문가 정두석 전 문가 김상범 전 문가 이주현 전 문가 정부연 전 문가 류현석 전 문가 최용수

5 목 차 제 장서론 제절연구의필요성제절연구목적제절연구내용제절연구방법 제 장인공지능시스템의정의및발전 제절인공지능시스템정의및분류제절범용하드웨어기반인공지능의발전제절뉴로닉컴퓨팅시스템기반인공지능의발전 제 장국내외인공지능시스템정책현황및분석 제절국외차세대인공지능시스템현황 국가주도프로젝트현황 산업현황 특허현황 전문인력현황제절국내차세대인공지능시스템현황 국가주도프로젝트현황 산업현황 특허현황 전문인력현황제절현황진단및시사점분석 - i -

6 제 장차세대인공지능 뉴로닉컴퓨팅 시스템분야선도방안 제 절비전및핵심목표 제 절 대추진전략 정부주도의연구지원체계화 플랫폼구축및표준기술화 미래지향적 환경조성제절기술개발방향 기술개발전략 단기추진과제 장기추진과제제절기대효과 제 장결론 참고자료 국내외인공지능관련국가주도프로젝트별세부현황 참고자료 국내외인공지능관련특허심층분석 참고문헌 - ii -

7 표목차 표 분야별연구목표 표 중국 차세대인공지능발전계획 대주요과제 표 일본로봇혁명의배경과구상 표 일본 연구회 주요논의사항 표 일본의대형과학기술프로젝트중인공지능관련주제 표 분석대상기술의분류체계 표 분석대상기술의유효특허모집단 표 국내 기술예산현황 표 국내전자정보디바이스산업원천기술개발사업비예산추이 표 국외대비국내특허경쟁력 표 대학별전문인력현황 표 년 대품목수출액및증감률 표 프로젝트투자현황 표 분야별연구목표 표 의 가지플랫폼별주요내용 표 출원인 표 핵심특허선정기준 표 핵심특허군특허리스트 표 핵심특허군특허리스트 표 핵심특허군특허리스트 표 핵심특허군특허리스트 표 핵심특허군특허리스트 표 핵심특허군특허리스트 표 핵심특허군특허리스트 - iii -

8 표 핵심특허군특허리스트 표 핵심특허군특허리스트 표 삼성전자핵심특허군특허리스트 표 서울대학교핵심특허군특허리스트 표 포항공과대학교핵심특허군특허리스트 - iv -

9 그림목차 그림 국가핵심기술로서뉴로닉컴퓨팅시스템개발필요성 그림 연구방법 그림 기호적인공지능과연결론적인공지능비교 그림 인공지능시스템의분류 그림 현재의인공지능시스템에사용되는범용하드웨어 그림 뉴로닉컴퓨팅 세대전용하드웨어 그림 뉴로닉컴퓨팅 세대전용하드웨어상상도 그림 인공지능시스템발전단계 그림 의개략적인구조 그림 의개략적인구조 그림 기존범용하드웨어와뉴로닉컴퓨팅시스템기반인공지능 전력소모추세 그림 인간뇌 뉴로닉컴퓨팅시스템 딥뉴럴넷의분류및비교 그림 새로운패러다임의신경망집적회로의기본구성요소 그림 뉴로닉컴퓨팅시스템기반차세대인공지능응용분야 그림 해외국가별차세대인공지능시스템관련국가주도프로젝트현황 그림 프로젝트관련투자 그림 프로그램로드맵 그림 퀄컴의제로스및스냅드래곤칩 그림 트루노스칩의레이아웃 그림 구글의클라우드 그림 구글스트리트뷰및음성검색서비스 그림 인텔의 그림 인텔 칩좌과 우 - v -

10 그림 의새로운모바일프로세서 그림 전체연도별동향 그림 주요출원국연도별동향 그림 기술시장성장단계 그림 주요출원국기술시장성장단계 그림 네패스와제너럴비전의기술협약체결 그림 하이닉스 스탠포드대학교및램리서치 버슘머티리얼즈의 공동연구개발협약체결 그림 현황진단및시사점분석 그림 년메모리반도체 시스템반도체시장점유율 그림 국내차세대인공지능시스템기술정책 분석 그림 차세대인공지능선도를위한추진체계도 그림 정부주도의연구지원체계화방안 그림 플랫폼구축방안 그림 미래지향적 환경조성방안 그림 차세대인공지능분야선도를위한단계별기술개발방향 그림 차세대인공지능선도를위한단기추진과제 그림 여러종류메모리의특성 그림 차세대인공지능선도를위한장기추진과제 그림 시냅스소자에요구되는특성 그림 신경망 아키텍쳐 그림 차세대인공지능기술의기대효과 그림 차세대인공지능기술활용범위및기대효과 그림 프로젝트개요 그림 프로젝트기관별참여그룹 그림 프로젝트의연구개발체계 - vi -

11 그림 프로젝트관련투자 그림 프로젝트로드맵 그림 뉴로시냅틱코어 그림 뉴로모픽칩 그림 스탠포드셸리 그림 멤리스터칩 그림 국가로보틱스이니셔티브기술어플리케이션및목표 그림 국가로보틱스이니셔티브기술연구개발플로우 그림 무인드론시연 그림 유럽 멀티웨이퍼시스템 그림 유럽 멀티랙시스템 억개뉴런 그림 맨체스터대 칩 그림 노드보드만개뉴런 그림 노드보드이용기호인식로봇 그림 백만개의로직게이트를가지는 를내장한 그림 백만개의로직게이트를가지는 를내장한 중국 연구소의디안나오시리즈 그림 일본의주요스마트제조기관의모식도 그림 엑소브레인 프로젝트개요 그림 신경망모사기술개발사업개요 그림 주요출원국내외국인특허출원현황 그림 주요출원인의세부기술별현황 그림 국가간특허활동력 그림 최근 년다출원인현황 그림 주요출원인별핵심특허군분석 - vii -

12 그림 핵심특허군분석 그림 핵심특허군분석 그림 핵심특허군분석 그림 핵심특허군분석 그림 핵심특허군분석 그림 핵심특허군분석 그림 핵심특허군분석 그림 핵심특허군분석 그림 핵심특허군분석 그림 삼성전자핵심특허군분석 그림 서울대학교핵심특허군분석 그림 포항공과대학교핵심특허군분석 - viii -

13 요약문 추진배경 인공지능전용하드웨어기반의뉴로닉 컴퓨팅시스템분야는차세대인공지능분야선도를위해세계각국의연구와국가주도프로그램이집중되는분야 등의범용하드웨어기반의인공지능이지닌큰전력소모 저속동작의한계를극복하기위해새로운구조의컴퓨팅시스템필요 미국유럽등은뇌과학연구를통해인공두뇌구현을위한원천기술을확보하고군사분야응용및상용화추진을위해국가주도의대형프로그램을운영하며뉴로닉컴퓨팅시스템기술개발에집중 뉴로닉컴퓨팅시스템기반차세대인공지능시스템에서메모리는핵심요소로강국인우리나라가선도할가능성충분 뉴로닉컴퓨팅시스템구성에있어두뇌의시냅스역할을담당하는메모리소자기술이매우중요해짐 세계최고의국내메모리기술을뉴로닉컴퓨팅시스템에창의적으로접목하여이분야세계기술선도및엄청난부가가치창출가능 시장지배 신산업창출및국가기술위상에미치는뉴로닉컴퓨팅 시스템기술의파급효과가큼 차산업혁명의완성도를크게높일수있는핵심기술로시장지배경쟁력을높이고새로운고품질일자리창출을위한최적기술 기존컴퓨팅시스템이변혁기를맞이하고있고 초기단계인뉴로닉컴퓨팅시스템기술을주도하는나라가세계정보기술및관련기술을선도할가능성이매우높음 - ix -

14 차세대인공지능중심으로반도체시장재편예상 이에대한대책이 없을경우국가경제위기우려 인공지능이처리해야할데이터의양이급증하고메모리가단순히프로그램과데이터를저장하는연산장치의보조적수동적역할에서벗어나연산의핵심요소로부상 우리나라는현재메모리강국이지만향후적극적이고선제적인대응을하지않으면기술경쟁력이크게약화되고 메모리시장의대부분을잃게될수있음 인공지능시스템정의및발전 인공지능시스템이란 인간의신경계를모사하여기억과학습이 가능한인공신경망을구현할수있는시스템을칭함 인공지능시스템은 와같은범용하드웨어를사용하고그위에서구동되는소프트웨어로구현가능하지만 인공지능알고리즘을처리하기에매우비효율적 인공신경망알고리즘을위해개발된새로운대규모병렬컴퓨팅시스템으로구현하는것이훨씬효율적 인공지능시스템은범용하드웨어기반시스템과뉴로닉컴퓨팅기반시스템으로분류가능하며 후자의경우초저전력동작가능 현재의인공지능시스템은범용하드웨어인고속중앙연산장치와상당량의병렬연산이가능한그래픽처리장치를활용한인공지능 뉴로닉컴퓨팅시스템은 세대로구분이가능하며차세대 인공지능이란이들을총괄하는개념 세대 대규모병렬컴퓨팅과저전력연산을위한 기반의전용하드웨어인 와 를활용한인공지능 세대 초대규모병렬컴퓨팅과초저전력연산이가능한새로운패러다임의신경망집적회로를활용한인공지능 - x -

15 범용하드웨어기반인공지능시스템의경우 대량의데이터를병렬적으로 연산하는인공지능알고리즘을처리하기에매우비효율적인구조로되어있음 뉴로닉컴퓨팅시스템은생물학적뇌와유사한구조로구성요소들이대규모병렬적으로구성되어있어대량의데이터를범용하드웨어기반 인공지능대비 의초저전력으로동작이가능 뉴로닉컴퓨팅시스템기반차세대인공지능은기존의인공지능제반분야에서초저전력으로활용가능하며퍼스널 로의활용기대 뉴로닉컴퓨팅시스템기반인공지능기술은기존의딥러닝기반인공지능제반분야 크게자율주행자동차 웨어러블디바이스 인지로봇그리고모바일단말분야등저전력이필수적인응용분야에서활용될것으로예상 저전력으로구동이가능하여사용자개개인이클라우드컴퓨팅이라는제한된환경에서벗어나퍼스널 로사용이가능할것으로기대 국내외인공지능시스템정책현황및분석 미국의 유럽의 등뉴로닉컴퓨팅시스템기반 차세대인공지능에대한다양한국가주도대형프로그램수행중 미국은 등산업체및대학들이공동으로진행하는대형국가프로그램을진행하고있으며 의 는그결과물중하나임 유럽연합주도로사람의두뇌를모사하는 가상두뇌를목표로하는 수행중 중국은범국가적프로젝트인 를통해기초뇌연구부터뉴로닉컴퓨팅시스템 군사용드론등폭넓은인공지능연구개발진행중 일본은인공지능분야의연구에대한프로젝트는상대적으로저조하나강점을보이던로봇분야의대형프로젝트 진행중 - xi -

16 국내차세대인공지능시스템정책은국가프로그램부재 산발적 과제및예산부족등체계적인대응미흡 뉴로닉컴퓨팅시스템기반차세대인공지능기술선도가유리한상황이고이분야에서거대한신산업및신시장창출이예상되고있으나 이에대한국가의체계적인대응이부족 뉴로닉컴퓨팅시스템기반차세대인공지능관련국가주도대형프로그램의부재로개인연구자가진행하는단기적이고산발적인과제가소규모로진행중 미래창조과학부가발표한 년인공지능기술 예산에따르면총 억원중 인공지능소프트웨어분야에 억원 뇌과학등기초과학분야에 억원 인공지능하드웨어분야에 억원을투자하는것으로되어있어 거의대부분이소프트웨어와기초과학에치중 인공지능하드웨어분야 억원예산에서대부분 기반의가속기 등에집중되어있고 뉴로모픽칩에대한예산은 억원에불과할정도로절대부족 뉴로닉컴퓨팅기술은기존의직렬연산컴퓨팅구조에서대규모병렬처리구조로전환되는컴퓨팅패러다임변화의선두주자이나 현재장기적이고체계적인국가전략과이를실현할수있는정책이부재하고 적정한예산이확보되어있지않은상황 뉴로닉컴퓨팅시스템분야는기술발전의초기단계로 차세대 인공지능선두주자로서의가능성충분 신경계모방을위한두가지필수요소인뉴런연결모델지원과대규모아키텍처설계를모두탑재한현존시스템은없고 전력소모등에서한계를가지고있어전세계적으로뉴로닉컴퓨팅분야는아직초기단계임 현재압도적우위를차지하고있는국내메모리반도체와비약적으로성장한시스템반도체기술을바탕으로차세대인공지능국가전략을세우고정부가주도하고기업이참여하는연구개발상용화정책을수립한다면 - xii -

17 뉴로닉컴퓨팅시스템분야에서선도적역할을할가능성이높음 뉴로닉컴퓨팅시스템에대한적절한대책이없을경우향후반도체시장전반의점유율감소등국가주력산업의위기우려 뉴로닉컴퓨팅시스템에서는프로세서와메모리가동일칩에포함되거나적층구조로구현될것으로예상되므로혁신적인프로세서메모리융합구조에대한연구개발및설비투자가필요하나 현재세계적인메모리호황을맞은기업들은증산및단기적인개발에집중투자 메모리를포함하는프로세서인뉴로닉컴퓨팅시스템에의해새로운메모리의수요가대폭증가할것으로예상되나이에대한적절한대책이없어향후메모리시장의점유율감소가예측됨 뉴로닉컴퓨팅시스템을중심으로세계반도체시장이새롭게재편되고이러한흐름을따라가지못할경우반도체시장전반의점유율감소로이어질것 뉴로닉컴퓨팅시스템기술은엄청난파급효과가예상되므로국가가주도하여로드맵과장기적인전략을만들고국내반도체관련기업의적극적인참여를이끌어내야함 - xiii -

18 차세대인공지능 뉴로닉컴퓨팅 시스템분야선도를위한방안 대추진전략 정부주도의연구지원체계화를통해신속하게차세대인공지능시스템분야선도 뉴로닉 프로그램추진 차세대인공지능관련연구프로세스를총괄하고방향성을제시할수있는국가프로그램추진및전문가로구성된프로그램위원회구성 국제기술교류추진 정부주도로차세대인공지능시스템분야관련국제기술교류및국제공동연구를추진하여세계시장에서기술선도를위한발판마련 플랫폼을구축하여다양한아이디어들을구체화할수있는 발판을마련하고 세계시장에서의표준기술화 뉴로닉컴퓨팅시스템의파운드리화 대학 연구소 중소벤처기업이우수한국내메모리반도체기술을활용하여뉴로닉컴퓨팅시스템을쉽게제작할수있는환경을조성하고퍼스널 플랫폼구현기반마련 중소벤처기업 대기업간상생생태계조성 중소벤처기업과대기업이협력하여표준화된 플랫폼을구축하고 이를중소벤처기업들이이용하여다양한제품을개발할수있도록상생생태계조성 차세대인공지능연구활성화를위한미래지향적 환경조성 산학연의연구역할분담 산학연각기관의강점을살려상호보완적인 연구환경조성 핵심전문인재유치및양성 부족한인력보충을위해 년간핵심전문 인력약 명양성을목표로하는인재유치및양성프로그램수립 - xiv -

19 기술개발방향 뉴로닉컴퓨팅시스템선도를위해기술의성숙도에따라단기추진 장기추진과제로기술개발진행 단기추진과제 병목현상해소를위한고대역폭메모리개발 대규모병렬프로세서및대용량메모리시스템기반의인공지능가속기개발 메모리칩에프로세서가집적된집적회로 개발 장기추진과제 시냅스가중치를저장할수있는고집적메모리개발및뉴런회로와의연결최적화를통한초저전력뉴로닉컴퓨팅시스템연구와새로운패러다임의컴퓨팅하드웨어구현 기대효과 인간수준의에너지효율을가진초저전력인공지능패러다임 독립형기기에탑재하여어디에서나사용자가직접제어가가능한 인공지능 즉퍼스널 로의패러다임전환 인공지능기술세계시장경쟁력확보 세계적우위에있는메모리기술을기반으로뉴로닉컴퓨팅기술분야에서 선두주자로나아가기위한미래산업기반구축및성장동력창출 새로운산업및시장창출가능 소프트웨어기반인공지능기술의한계를극복하고새로운산업및시장을 창출 양질의일자리를창출하여국가경쟁력및삶의질을높이는데기여 - xv -

20 미래인공지능산업을주도할핵심인력양성 다가올미래인공지능산업을이끌어갈융 복합적핵심인력을양성할 수있는시스템및제도적기반마련 정보기술분야에서의국제적위상제고 미래의새로운인공지능인뉴로닉컴퓨팅시스템분야에서세계 표준기술화주도및플랫폼구축을통한인공지능생태계조성주도 - xvi -

21 제 장서론 제 절연구의필요성 소프트웨어기반인공지능의한계와차세대인공지능 막대한컴퓨팅자원을바탕으로한소프트웨어기반인공지능이제 차산업혁명주도중 제 차산업혁명은인공지능 로봇공학 사물인터넷 무인운송수단 차원인쇄 나노기술과같은 대분야를포함하며세계적으로새로운산업시대를위한변화가가속화되고있음 제 차산업혁명은단순한기술의발전을넘어서현재전세계모든산업구조에변화를가져와사회경제적 지정학적 인구학적으로단절되었던모든분야에대한경계를허물고융합적인트렌드의플랫폼으로서영향력을강화해나갈것임 특히 대기술중가장핵심이되는분야는인공지능으로 현재는소프트웨어기반의딥러닝 기술이분야전반을주도하는중 이러한소프트웨어기반기술은연산을순차적으로처리하는폰노이만컴퓨팅에적합하도록개발된기존의디지털하드웨어에서운용되어막대한컴퓨팅자원과엄청난전력소모를요구 뉴로닉 컴퓨팅시스템은기존범용 하드웨어기반인공지능의전력소모문제를해결가능한새로운패러다임으로주목받고있음 소프트웨어기반인공지능은기존의하드웨어 를범용으로사용하기때문에슈퍼컴퓨터가필요하고비효율적인연산구조로인해 - 1 -

22 막대한양의전력을소모함 이를해결하기위해기존의 기술을바탕으로 딥러닝알고리즘에특화된 등의 새로운하드웨어의개발이진행중 이보고서에서는뉴로닉컴퓨팅시스템 세대라칭함 더나아가실제신경계의뉴런과시냅스를전자소자로모방하여연산장치의크기와전력소모를획기적으로줄일수있는새로운패러다임의기술개발연구가필요함 이보고서에서는뉴로닉컴퓨팅시스템 세대라칭함 뉴로닉컴퓨팅시스템이차세대인공지능선도를위한핵심분야가될것임 소프트웨어기반인공지능의문제점을극복하기위한방안으로하드웨어에기반을둔차세대인공지능과이를구현하기위한뉴로닉컴퓨팅기술의중요성이부각됨 향후인공지능을단일 으로구현하는초저전력반도체기술이반도체산업전반의패러다임 변화를가져올것으로예상되는바 이에대한대응책마련과연구개발정책수립이반드시필요 세계주요국의차세대인공지능시스템관련정책 미국은 프로젝트와 프로젝트수행중 미국은국가주도로제조산업전반의활성화와혁신을위한 투자 및인프라확충추진 년부터국방고등연구계획국 이 과 을주축으로한산학연컨소시움을구성하여진행해온 프로그램을통해인간의뇌수준을재현할수있는칩을개발하고무인운송수단 사물 - 2 -

23 인터넷 와같은핵심기술에의적용을추구해왔음 년부터 년간지속적으로 조원의예산이투입될것으로예상되는 프로그램을통해신경과학과새로운 컴퓨팅기술에기반을둔인공지능시스템구축을목표로하고있음 미국의대표반도체회사인인텔에서도인공지능구현을위한통합전략을발표 유럽은 수행중 년부터 개국 개의연구기관이참여하는 를운영을통해인간뇌와비슷한규모를가진인지 학습이가능한인공지능컴퓨터의개발을목표로하고있음 동아시아 중국 일본 역시뇌연구와인공지능을지원하기위한 프로젝트수행중 과거메모리반도체분야를선도했던일본에서는브레인마인드 프로젝트와로봇레볼루션이니셔티브를진행하고있음 국가적투자전략으로반도체강대국을노리는중국은뇌연구와인공지능을국가전략으로채택 차이나브레인프로젝트 우리나라의차세대인공지능연구정책방향 소프트웨어기술에중점을둔정책방향 지난 년 월진행된구글딥마인드의알파고와인간이세돌의바둑대국이후로인공지능에대한관심이획기적으로증가 그결과최근한국정보화진흥원 에서국내외환경변화와급속한기술발전에따른정책적대응방안 선을내놓고 년까지중점적으로추진해야할 개의과제를선정 - 3 -

24 미래창조과학부에서는 년인공지능관련연구개발에 억원투자 이중인공지능소프트웨어분야에 억원 인공지능하드웨어분야에 억원을투자하는것으로나타남 인공지능하드웨어분야 억원예산마저그안을들여다보면대부분 기반의가속기 등에집중되어있고 뉴로모픽칩에대한 예산은 억원에불과할정도로뉴로닉컴퓨팅시스템에대한투자절대부족 뉴로닉컴퓨팅시스템관련국가주도프로젝트필요성 세계최고수준의메모리반도체기술을활용하여뉴로닉컴퓨팅시스템분야원천기술개발가능 우리나라는지난수십년간반도체강국의지위를지켜왔으며특히인공지능에서핵심적인역할을담당하는메모리분야에서압도적인우위차지 이러한토대위에아직전세계적으로초기단계에있는뉴로닉컴퓨팅시스템기반차세대인공지능분야의연구개발에대한적극적인지원정책을마련하고실현해나갈필요있음 현재는뉴로닉컴퓨팅기반차세대인공지능시스템관련국가주도의대형프로그램의부재로개인연구자가진행하는단기적이고산발적인과제가소규모로진행중 세계적으로성공한소프트웨어기반의딥러닝인공지능분야와뉴로닉컴퓨팅시스템기반차세대인공지능분야의기술적연계를통한혁신을이루어낸다면우리가세계를선도하는입장에서차세대인공지능산업의패러다임변화를이끌어갈수있을것으로기대 - 4 -

25 - 5 -

26 제 절연구목적 뉴로닉컴퓨팅시스템기반차세대인공지능기술을중심으로국내외연구개발동향 지적재산권현황및산업응용에대한분석 미국유럽등에서수행중인국가주도프로젝트로인한뉴로닉컴퓨팅시스템분야연구개발결과물조사 국내외특허분석을통하여현재우리나라의특허시장점유율분석및뉴로닉컴퓨팅시스템분야발전가능성조사 현재의문제점진단및핵심전략과정책방안제안 우리나라가절대적우위를차지하고있는메모리반도체와비약적으로발전하고있는시스템반도체기술을발판으로 차산업혁명의핵심기술인차세대인공지능분야에서선도적역할을할수있는기반을마련 궁극적으로동물의신경계를닮은새로운패러다임의컴퓨팅구조를개발할수있는체계적정책방안수립 빠르게변화하는세계산업환경에대한적응력높임 소프트웨어기반인공지능과뉴로닉컴퓨팅시스템기반차세대인공지능의융합을통한시너지효과를발휘하여해당분야의선두주자로서우리나라가세계를이끌수있는연구개발정책방향을제안 - 6 -

27 제 절연구내용 국내외뉴로닉컴퓨팅시스템기반인공지능연구개발동향및특허 현황분석 주요국뉴로닉컴퓨팅시스템기반인공지능정책환경분석 차세대인공지능분야선도를위한핵심정책제시 뉴로닉컴퓨팅시스템의발전방향예측및단계별대응전략마련 대규모병렬구조와초저전력연산에기반을둔차세대인공지능시스템개발을위한정책방향설정 차세대인공지능분야사업화및생태계조성방안제시 전문연구인력육성방안제시 제공할연구성과 국내외뉴로닉컴퓨팅시스템기반차세대인공지능핵심기술 관련기술산업전망및특허분석 뉴로닉컴퓨팅시스템기반인공지능관련핵심전략및정책방안수립 - 7 -

28 제 절연구방법 문헌및특허조사 국 내외뉴로닉컴퓨팅시스템기술관련연구및특허현황자료 수집 조사 분석 뉴로닉컴퓨팅시스템기술동향및국가별추진정책조사 국 내외국가주도의기추진정책및효과자료수집 조사 분석 전문가간담회및워크숍을통한의견수렴및반영 관련연구기관의의견수렴을통한실효성있는정책방안수립추진 - 8 -

29 제 장인공지능시스템정의및발전 제 절인공지능시스템정의및분류 인공지능의개념 개념적으로기호적 연결론적인공지능으로분류를할수있고 현재 연결론적인공지능의총아인인공신경망이압도적우위에있음 존매카시 가 년처음인공지능이라는용어를사용한이래인공지능연구는황금기와침체기를여러번거치며현재심층학습 이주도하는새로운황금기를맞이함 인공지능의발전역사를간단하게보면딥러닝이전의상징추론과논리연산위주의기호적 인공지능과딥러닝 으로대변되는연결론자 관점의인공지능으로나누어볼수있음 기호적 인공지능 추상적개념에대한기호적연산을사용하는 방법론으로모든것을프로그래밍에의해처리하려는시도 규칙 기반의추론을바탕으로최적의상태에대한순차적인탐색으로추론결과를 도출함 표현에중점을두기때문에학습이어렵고 학습또는추론의입력 데이터가불완전할경우적용어려움 순차적이고복잡한연산을사용하는기존의컴퓨팅하드웨어와잘맞음 연결론 적인공지능 대규모의단순한계산으로추론을 수행하고간단하지만효과적인학습방법을가짐 불완전한입력및학습데이터에대해서도추론과학습을할수있어범용성큼 초대규모병렬연산이필수적이어서기존의컴퓨팅하드웨어와잘맞지않음 현재연결론적인공지능의총아인인공신경망 이압도적인우위에있음 다수의고속중앙연산장치 와상당량의병렬연산이가능한그래픽처리장치 - 9 -

30 가결합한범용하드웨어기반의인공지능이각광을받고있음 인공지능시스템의정의 인공지능시스템이란 인간의신경계를모사하여기억과학습이 가능한인공신경망을구현할수있는시스템을칭함 인공지능시스템은 와같은범용하드웨어를사용하고그위에서구동되는소프트웨어로도구현가능하지만 인공신경망알고리즘을위해개발된새로운대규모병렬컴퓨팅시스템으로구현하는것이훨씬효율적이며고속처리가가능함

31 인공지능시스템의분류

32 현재의인공지능시스템은 등의범용하드웨어기반으로구현 범용하드웨어인고속중앙연산장치 와상당량의병렬연산이 가능한그래픽처리장치 를활용한인공지능 인공지능시스템중최근부상하는뉴로닉컴퓨팅시스템은 세대로 구분할수있으며차세대인공지능이란이들을총괄하는개념 뉴로닉컴퓨팅시스템이란 등 머신러닝이라는특수한목적을가지고제작된모든하드웨어로구현되는시스템뿐만아니라궁극적으로는자연의신경계와같은새로운패러다임의컴퓨팅구조로이루어진하드웨어를기반으로구현되는인공지능시스템을뜻함 세대구분 세대뉴로닉컴퓨팅시스템 대규모병렬컴퓨팅과저전력연산을위한 기반의전용하드웨어인 와 를활용한인공지능 세대뉴로닉컴퓨팅시스템 초대규모병렬컴퓨팅과초저전력연산이가능한새로운패러다임의신경망집적회로를활용한인공지능 차세대인공지능이란뉴로닉컴퓨팅 세대와 세대를총괄하는개념 세대에서는인공지능알고리즘을효율적으로구동할수있는전용또는집적된메모리와연산기 구조가주축이됨 세대에서는현재양산되는메모리를사용하거나데이터전송대역폭을넓힌메모리가사용되고 특히현재메모리에연산기를집적하는형태가사용될것으로예상됨 세대시스템에서는인공지능하드웨어의기본구성요소 인뉴런과시냅스에기존의소자와회로를벗어나스파이킹인공신경망 기반의새로운개념이도입되고 시스템설계에서도새로운아키텍처와연산방식에기반을두고있어컴퓨팅기술에패러다임변화가일어날것으로예상

33 세대에서는생물학적시냅스를모방하는소자에기존메모리를 창의적으로변형하여사용하거나새로운형태의메모리소자가 필요하고 뉴런모방소자 회로와아키텍처 그리고알고리즘이하나의 시스템으로융합하는형태로발전 출처

34 인공지능시스템의발전 인공지능시스템연구는딥러닝을필두로급격히발전되었으나큰전력소모로인해뉴로닉컴퓨팅시스템에대한필요성대두 년대시작된인공신경망연구는활성함수 의잘못된선택과네트워크를학습시키기위한고성능컴퓨터의부재로침체기를맞음 새로운활성함수인 정류선형유닛 산업의눈부신발전에따른 방대한데이터 의발전을통해다시활발하게연구되기시작 그러나독립적인처리기억장치인터페이스를가짐으로써나타나는병목현상에의해큰전력소모 저속동작이라는한계를보이기시작하면서학습을효율적으로진행하기위한 특수한목적을가진 세대뉴로닉컴퓨팅시스템인 가최근 년부터등장 또한기존컴퓨팅방식에서탈피 인간의뇌동작을모사하여혁신적으로새로운컴퓨팅아키텍처를구성하는 세대뉴로닉컴퓨팅시스템에대한연구가활발히진행

35 제 절범용하드웨어기반인공지능 범용하드웨어기반인공지능의발전 다층퍼셉트론기반인공지능 의발전 년대중반활발히연구된다층퍼셉트론 과역전파 알고리즘은현재인공지능기술의근간임 기계학습관점에서보면퍼셉트론은하나의 분류 에속하는확률을출력하는분류기이고 이러한 분류기의집합을여러층 으로구축한 는다양한 분류작업을잘수행할수있음 퍼셉트론기반인공지능연구는실제응용에적용하기힘든문제점들로 년대들어침체기를맞이함 첫째 큰문제를풀기위해층이많은인공신경망을학습해야하는데 사라지는기울기 문제로 층이상의학습이현실적으로불가능 둘째 큰인공신경망은많은학습데이터를필요로하는데양질의대량학습데이터를준비하는비용이매우컸음 셋째 큰인공신경망을많은학습데이터로학습시키려면엄청난 계산량을필요로하는데이를가능하게할고성능컴퓨터가없었음 새로운활성함수 발전된하드웨어등을통해딥러닝기반인공지능 연구가다시부흥기에접어듦 현재의딥러닝기반인공지능기술은위의 가지문제를 정류선형유닛 이라는새로운활성함수사용 학습데이터확보를위한대규모투자 그래픽처리장치 를이용한계산능력의획기적개선으로해결함

36 는현재서버시스템에서상품추천등에이용되고있으나 추후 딥러닝의주류는 을포함한 기억망 등이될것으로예상하고 이와함께알파고에서그유용성이입증된강화학습 이병행사용될것으로예상됨 구체적으로 은영상기반데이터에 은음성등시계열 데이터에 은정답을가지지못한일반적인데이터를학습데이터로사용하는비감독학습 의중요한방법으로 기억망은장기기억이요구되는응용에주로 사용될것으로예상됨 범용하드웨어인공지능최신동향 정적이미지처리 은이미지분류 사물판별 화면분할 등의 분야에서최근비약적인발전을이룸 이미지분류의경우잔차네트워크 와인셉션모듈 개념을적용한네트워크가현재사람의 분류능력을넘어서는성능을제공 사물판별은한번에출력분류 사각형을내는방식과 단계로처리하는방식각각에있어자율형자동차와증강현실 응용에 적용될수준의고성능네트워크들이제시되고있음 화면분할의경우증강현실의핵심기술로사용되며단순계층분류뿐아니라개별적인사례수준까지분할가능한네트워크가개발되어 실제증강현실애플리케이션예 페이스북의카메라효과플랫폼 에적용되고있음

37 출처 자연어처리와같은시계열 데이터처리 은자연어처리를기반으로한음성인식과문장에기반한번역의두 가지중요응용에서꾸준한기술개발과함께실적용이동시에진행되고있음 음성인식에서는기존의은닉마르코프모델 기반방식들이 으로빠르게대체되고있으며 번역역시실제 서버시스템에서는번역작업의절반이상에 기반번역알고리즘을 적용예 구조는 및이의최적화구조예 가널리사용되며 이 가지는장기기억문제를해결하기위해 에추가의기억장치를 가지는기억망 구조가제안됨 장기기억예 긴 를그래프구조로인식 문맥인식예 를위한사용자별자주사용하는 인식 등을필요로하는응용을 중심으로활발한연구가시작되고있음

38 출처 범용하드웨어인공지능의한계점 범용하드웨어구조는인공지능알고리즘에서필요로하는계산구조와상이하여대량의데이터를처리하기에비효율적 현재인공지능알고리즘구현에사용되는범용하드웨어는계산을맡은 또는 와프로그램과데이터를저장하는메모리로이루어지는데 이들간의연결부분이프로그램 데이터전송성능을결정하는처리장치기억장치 병목문제가존재 인공지능알고리즘은대량의데이터에대한단순한계산이특징이므로복잡한프로그램을필요로하지않고 대량의데이터전송및계산능력이필요함 계산기의수가아주적은기존범용프로세서 그리고데이터전송능력이현저히낮으며전력을많이소모하는기존처리장치기억장치인터페이스로는고속 저전력인공지능알고리즘을수행하기어려움

39 출처

40 제 절뉴로닉컴퓨팅시스템기반차세대인공지능 뉴로닉컴퓨팅시스템은새로운패러다임의신경망집적회로로기존의컴퓨팅방식을상당부분대체할수있는잠재력보유 기존의컴퓨팅구조와는달리 생물학적인간의뇌와규모및기능적측면에서유사한구조의컴퓨팅아키텍처를추구하는새로운패러다임의신경망집적회로가제안됨 뉴로닉컴퓨팅시스템은인간의신경계에서중추역할을하는기본구조인시냅스와뉴런을전자소자와회로를통해모방하여대규모병렬처리가가능 범용하드웨어대비 세대의경우 세대의경우 정도의저전력으로많은양의데이터를처리할수있어뉴로닉컴퓨팅시스템 세대에대한연구는향후세계적인추세에서기존의컴퓨팅방식을상당부분대체할잠재력을가짐 출처

41 기존메모리소자의변형및차세대메모리소자를활용한시냅스모방소자와이를구동하기위한뉴런회로를구축하여시스템적인레벨에서의구현에대한연구가활발히진행중 퀄컴 등도더적은전력을사용하면서고차원적인연산을빠르게 수행하는 세대뉴로닉컴퓨팅시스템칩연구에공을들이고있는추세

42 뉴로닉컴퓨팅시스템기반차세대인공지능은기존의딥러닝기반인공지능의다양한제반분야에서활용가능 인공지능관련시장전망은인공지능에대한정의 기술및시장의범위등조사기관마다상이한점이있지만 연평균 수준의성장이기대됨 의경우 년까지 조원 맥킨지의경우 년까지 조원의시장규모를전망한다고밝힘 출처 차산업혁명을주도하는인공지능 기술의시장동향및주요이슈종합분석 범용하드웨어기반인공지능의경우 시스템을학습하고 사용하는데큰전력소모를수반하기때문에클라우드컴퓨팅과같은제한된환경으로만사용자들에게제공가능 앞으로등장할새로운패러다임의뉴로닉컴퓨팅시스템기반인공지능의경우저전력으로구동이가능하여사용자개개인이클라우드컴퓨팅이라는제한된환경에서벗어나 로사용이가능할것으로기대됨 뉴로닉컴퓨팅시스템기반인공지능기술이활용될예상제품시장은기존의딥러닝기반인공지능제반분야 자율주행자동차 웨어러블디바이스 인지로봇그리고모바일단말분야등저전력이필수적인응용분야임 자율주행자동차의경우방대한양의데이터학습을통해저전력으로신속한판단기능을제공할수있으며 연결성 기반지능형교통서비스실현 차량최적화및안전주행유도가기대됨 인지로봇의경우외부환경을스스로인식하고상황을판단하여자율적으로동작하는기계의구현이가능하고 의료 국방 해양탐사 실버용등다양한분야에서의지능화된서비스창출이가능할것으로예상됨 사람의동작을학습하고 실제작업현장에투입될수있는휴머노이드로봇등을통하여특히우리나라의큰문제점으로전망되는저출산고령화사회의노동력을대체할것으로도기대됨 웨어러블디바이스의경우 웨어러블기기를활용한생체데이터의분석을 통한스마트헬스케어 주변의상황에맞추어자율적으로재생혹은 정지하는영상기기 길찾기 교통편등사용자의궁금한사항에 즉각적으로반응하여답변을알려주는지능형서비스등에사용될것으로

43 기대됨 초저전력 초소형으로동작하는인공지능은인체삽입형초소형기기 환경감시용센서 안전및국방용초소형로봇 스마트글라스 휴대폰등 기존범용하드웨어기반의인공지능이불가능한분야에도응용되어 차산업혁명의완성도를크게높일것으로기대됨 가정용전자기기인 냉장고 컴퓨터 청소기 인공지능스피커 그리고 각종 용센서에탑재되어전력소모는물론이고클라우드형태의서버와의통신을크게줄여줄수있어그효용성은매우높을것으로예상됨 학습및인식 추론등이가능하다는점에서질병진단 금융관련투자및 신용평가및심사등인간이수행할수있는거의모든분야의활동에서뉴로닉컴퓨팅시스템기반인공지능시스템이사용될것으로예상됨

44 제 장국내외차세대인공지능시스템현황및 분석 제 절국외차세대인공지능시스템현황 국가주도프로젝트현황 1) 프로젝트세부현황은 [ 참고자료 1] 참조

45 미국 범국가적대형프로젝트인 를통해두뇌활동메커니즘 규명및응용기술개발 산업화진행중 출처 오바마대통령이범정부차원에서백악관산하 과학기술정책사무국 이

46 주도하는국가대형프로젝트로 년 월 를발표 년년까지두뇌활동의전체적인기능을규명하는연구및이를활용한응용기술개발 산업화를동시에진행하는 에총 조 억원의연구비를투입 는기초연구에집중하면서도기업의참여를유도하여 기술개발과산업화가거의동시에이루어져기술개발후상용화까지의 시간지연 을최소화하는전략을채택하고경쟁프로젝트가 될수도있는유럽연합과국제협력관계를유지 미국국방부산하방위고등연구계획국 는 두뇌의 인공지능을 모방하여 새로운 구조의 인지컴퓨터를개발하는 프로젝트진행중 출처

47 두뇌신피질의인지기능을구현하는새로운구조의인지컴퓨터개발을목표로 가지핵심기술하드웨어 컴퓨팅구조 전산모사 학습환경을연구함 미국방위고등연구계획국 에서 년까지총 억달러투자 한화약 억원이상 년동안 단계 로 및 개대학스탠포드 보스턴 조지메이슨 포틀랜드과공동으로 프로젝트를통해국가주도추진하였으며 그결과현재까지가장높은처리 능력을가진뉴로닉컴퓨팅시스템으로평가받는 의 칩개발 유럽 유럽연합주도로사람의두뇌를모사하는 가상두뇌를목표로하는 프로젝트수행중 심각한질병들을치료하고예방하기위하여인간두뇌메커니즘에대한연구가활발하게진행되었으나 수백억개의뉴런과수십조의시냅스로구성된두뇌를직접연구하는것은한계가존재 이러한한계를극복하고자유럽연합에서는사람의두뇌를정확하게모사하는 가상두뇌를만드는과제를 대미래유망기술중하나로선정하고 년간 억유로를투입한 를시작 또한 프로젝트는인간의뇌를컴퓨터로구현 두뇌시뮬레이션을 통한질병예방및치료를넘어 새로운컴퓨팅구조를설계하여새로운인공지능플랫폼구현이목표 의주요임무는뇌의구조및기능에관한데이터확보 슈퍼컴퓨터와소프트웨어로구성된 플랫폼구축 대표적인뇌질환에대한치료법제시 뇌에대한이론체계수립

48 분야 투자규모 단위 유로 억 만 억 만 만 억 만 연구목표 Ÿ 신경과학 의학및컴퓨팅기술에의한프로토타입개발 Ÿ 신경과학및임상연구의가속을위한통합형 플랫폼개발 Ÿ 뇌활동영역간의관계를파악하여수학적인모델개발 Ÿ 일반화된뇌지도를위한필수적인데이터를생성 중국 범국가적프로젝트인 를통해기초뇌연구부터뉴로닉 컴퓨팅시스템 군사용드론등폭넓은인공지능연구개발진행중 급격한경제성장을이루며세계 위의경제대국으로성장한중국은 년이후세계금융위기와중국내경제환경변화로인해경제성장률이감소 이를극복하기위해중국은 차산업혁명을통한저성장극복및신성장동력확보를시도 특히미국 유럽 일본등세계주요국에서인공지능에관한중요성을높이평가함에따라 중국최대정치행사인양회에서바이두리옌홍회장에의해범국가적프로젝트로 를기획 민간공동으로인공지능을중국의차세대성장동력으로육성하고 인간기기간상호작용 무인자동차 군사민간용드론등의분야를망라하는대규모인공지능개발프로젝트 범국가적지원을통해인공지능최강국을목표로함 년간체계적인중장기적계획을통해인간두뇌의기본메커니즘연구부터시작하여뉴로닉컴퓨팅시스템의구현 그리고무인자동차 군사용드론까지폭넓은연구개발을목표로설정

49 년까지인공지능기술을중국차세대성장동력으로육성하기위해 년 월 개부처 국가발전개혁위원회 과학기술부 공업화신식화부 중앙인터넷 정보판공실등 공동으로 인터넷플러스 인공지능 년액션플랜 발표 차산업혁명에대한국가적차원의대응을통해 년까지인공지능시장규모를약 조 억원까지예상하며세계인공지능시장진입시도 년 월 차세대인공지능발전계획 을발표하여 년까지 국가인공지능핵심산업의규모를키우고세계인공지능산업선도를위한중장기발전계획제시 인공지능은새로운국가경쟁력의지표로써미래를선도하고 국가안보를향상시키며국가발전의새로운엔진이라는인식확대 인공지능산업세계선도를위해 단계로나누어각각의단계에이루어져야할연구및산업규모에대한목표를설정 단계 년까지세계선진국수준의차세대인공지능이론및기술수준확보를목표로핵심산업 억위안이상 연관산업 조위안이상규모육성 단계 년까지인공지능기본이론의중요한돌파구를달성하여기술및응용프로그램에있어세계최고수준달성을목표로하며 이를위해핵심산업규모 억위안 연관산업규모 조위안확대육성 단계 년까지인공지능이론 기술 시스템의새로운세대를형성하고관련법률 정책시스템및안전제어체계확립을목표로 이에따른핵심산업규모 조위안 연관산업규모 조위안이상확대육성 각단계별전략달성을위한 대주요과제를설정하여세계인공지능발전추세를빠르고정확하게파악하고이를통한과학기술혁신능력기반강화추진

50 주요과제 개방적이고협력적인인공지능기술혁신시스템구축 세부내용 새로운기초이론확립 차세대시스템구축인공지능플랫폼개발 고급인재육성 새로운고효율지능형경제육성 안전하고편리한지능형사회건설 군사및민간분야인공지능통합및강화 안전하고효율적인지능형인프라시스템구축 새로운인공지능산업육성 지능형기업개발인공지능혁신산업단지조성 지능형교육 지능형의료시스템개발행정 사법 도시 환경등사회적인프라관리 군사및민간개발통합구현국방과학연구장려및군사기술플랫폼강화 지능형정보인프라구축 세대이동통신네트워크시스템 개발 차세대인공지능관련주요과학기술프로젝트수행 인공지능요구사항을반영하고 상대적으로약한분야와의연결을위한프로젝트강화 출처 일본 로봇혁명이란 로봇이극적으로변화 자율화 정보단말화 네트워크화 자동차 가전 휴대전화 주거까지로봇화 제조현장에서일상생활까지다양한곳에서로봇을활용 로봇혁명실현을위해 혁명실현을위한 가지기둥 세계로봇이노베이션거점으로 세계최고의로봇활용사회 중소기업 농업 간병 의료 인프라등 사회과제의해결이나국제경쟁력강화를통해로봇이새로운부가가치를창출하는사회를실현 사물인터넷 시대에로봇으로세계를리드 와융합 빅데이터 네트워크 인공지능을구사하는로봇 출처 한일산업기술협력재단

51 인공지능분야의연구에대한프로젝트는상대적으로저조한편 강점을보이던로봇분야에대한대형프로젝트 진행중 경제산업성은자국경제성장의핵심전략으로로봇혁명을추진하기위해로봇신전략 을발표 년 로봇을통한부가가치창출이기대되는제조업 서비스 간호의료 인프라재난대응건설 농림수산식품산업등 개분야를 년년간까지집중지원 인력양성 글로벌전개에대비하여국제표준화에노력하고로봇 개발 도입에기여하는실증실험필드정비 로봇도입 활용을 최전선에서추진하는인재육성 표준화및규범제정 세계로봇혁명을리드하기위해서통신 인터페이스 등의호환성확보와국제표준화와다양한로봇관련규범제정노력 로봇혁명이니셔티브 협의회창설 산관학을연계하여 니즈와시즈의매칭 모범사례공유보급 국제프로젝트 국제표준획득 데이터보안 국제협력등추진 총무성은인공지능의발전가능성과사회에미치는영향을종합적으로전망하고 관련분야에서국제경쟁력강화대책마련목적으로 인공지능화가가속화되는 미래상에관한연구회 연구회 구성 전문가구성 정보통신 인공지능 뇌과학 인지심리학분야등공학을 비롯해인문학등다양한영역의전문가가참여 주요의제 인공지능화가가져올구체적분야의변화 사회에미치는영향 인공지능산업전개및국제경쟁의전망 정책방안등

52 일본은로봇을제외한인공지능분야의연구는저조한편이며 국가 과학기술프로젝트에서도인공지능등을주제로하는것도많지않은상황 인공지능이인간의능력을상회 인간의기억을데이터로이점만들어외부에보존가능 힘든일은로봇에게맡길수있음 우려 인간이로봇을제어할수없을가능성있음 논의사항 인공지능으로무엇을할수있는가 인공지능을어떻게사용할것인가 해외에비해늦은일본의연구개발체제를어떻게할것인가 프로그램명 최첨단연구개발지원프로그램 억엔 혁신적연구개발추진프로 그램 억엔 전략적이노베이션프로그램 억엔 Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ 인공지능관련내용 인공지능연구는전체 개테마중 개테마 억엔 초거대데이터기반시대를위한초고속데이터베이스엔진의개발과해당엔진을중심으로한전략적사회서비스의실증평가 인공지능연구는전체 개테마중 개테마 양자인공뇌를양자네트워크에연결하는고도지식사회기반의실현 Ÿ 인공지능연구는 전체 개테마중 개테마 억엔의일부 Ÿ 자율주행시스템 邉 툐요타자동차고문

53 산업현황 뉴로닉컴퓨팅시스템기반차세대인공지능최신산업동향 개발을통해모바일 상에서의 효율적인인공지능구현 퀄컴에서는 을통해휴대용단말기 의코프로세서 형태로연결가능한 라는뉴로시냅틱하드웨어를개발하고있음 는인간처럼주변환경을인지할수있는 로개발됨 인간의두뇌는각종감각기관으로부터오는막대한데이터를병렬적으로처리하고 입력신호의임계치가넘을때만신호를보냄으로써에너지소모역시낮추는방법을사용 또한연구범위를확장하여온디바이스딥러닝 을통해모바일 상에서대규모심층신경망 이효율적으로동작하도록구현 연구팀은스냅드래곤로버 라명명한로봇을통해장난감을식별 분류해서사용자가선택한사물함에물체를집어넣는학습진행을시연한바있음

54 출처 인간두뇌기능을모방한칩 를통해 이미지인식등의기능에서초저전력동작선보임 에서는인간두뇌기능을모방하기위해설계한트루노스 칩을개발하였고 오늘날의컴퓨터와성능비교를위한테스트및벤치마크작업을지속적으로진행중 에서 년공개한 라는새로운컴퓨터에는각트루노스칩에약 개의뉴런 와 의시냅스용메모리를가지는 개의트루노스칩을탑재하여초당 프레임으로이미지데이터를분류할때불과 밀리와트의전력만을소비하며 초당 프레임으로생성하는이미지에서패턴을식별 인식할수있다고밝힘

55 출처 라는자체뉴로닉컴퓨팅 하드웨어를개발하여구글이제공하고있는인공지능서비스에서활용중 는딥러닝 구현을위한구글의오픈소스프레임워크 인텐서플로우와함께사용되는하드웨어임 또한 는 으로 벡터와행렬연산의병렬처리를통해데이터분석및딥러닝에최적화된새로운종류의프로세서 성능은최신 및 보다 배에서 배빠르면서소비전력 당인공지능연산성능은 배에서 배까지향상되었다고주장 실제구글의어플리케이션으로는구글투데이 스트리트뷰 알파고 음성검색등에 를

56 사용한다고밝힘 최근구글에서는 년 월 일에진행되었던구글 컨퍼런스에서는 세대 기술이라고밝힌 클라우드 도공개 클라우드 는연산성능 테라플롭스짜리칩 개를탑재하여 성능을갖는모듈로만들어졌는데 이프로세서모듈카드 개를고속인터커넥트로연결해 페타플롭스의 팟 또한개발하였다고밝힘 페타플롭스는부동소수점연산을 초에 번해낼수있는성능 세대 에서는학습에수반되는 모델대상패턴매칭 연산에 와 사용을병행하였다면 새로발표한 세대클라우드 의경우에는 학습및추론등전체머신러닝연산을 로모두처리할수있다는점이큰 차이점이며 향후더발전된모습의 를지속적으로제시할것으로예상됨 출처

57 출처 이라는 기반의딥러닝가속기 라는 을개발하여기존 를넘어다가오는 차세대인공지능시장에대비중 는딥러닝프레임워크인 와호환가능한딥러닝최적화가속기 은 이 년인수한알테라의 기술을기반으로만든딥러닝가속기로최대 테라플롭스의부동소수점계산이가능하며 의이미지처리성능을보임 데이터수집 전송및다양한 기기에서수집된정보를기반으로실시간결정을내릴수있으며 다양한애플리케이션에맞춰특정시스템구현이가능함 는단 의전력으로 기가플롭스 이상의연산성능을발휘하는 로저전력구동이필수적인자율주행 모바일기기등에활용 년 월에는세계최초의 형 딥러닝가속기인 을출시

58 출처 출처

59 을탑재한모바일 인 발표 중국 에서는 개의코어를가진 와기존 보다 의성능을향상시킨 를탑재한모바일 을발표 특히 에는 비트부동소수점을 테라플롭스의 성능으로연산가능한 를동시에탑재하여인공지능관련연산시 기존보다 배의전력효율로 배의성능을낼수있음 출처

60 특허현황 주요출원국연도별특허동향분석결과뉴로닉컴퓨팅시스템분야의 경우미국주도의특허출원이진행되고있으며최근중국의급격한 약진이두드러짐 인공지능시스템기술의전체특허동향을살펴보면 년대 중반까지특허출원이저조하였으나 년급격하게특허출원이 증가하였음 년이후미국에서의출원이급격하게증가하고있으며 중국에서의특허출원또한증가하고있는것으로분석됨 본기술분야는주로미국에서의특허출원이절반이상으로미국에의해 주도되고있으며 및 이가장많은특허를출원한 것으로분석되며 특히최근 등 중국에서특허출원이증가하고있기때문일것으로분석됨

61 한국의연도별특허동향을살펴보면 년이후특허출원건수가 증가하고있는추세를보이며 최근까지일정출원건수를유지하고있음 미국의연도별특허동향을살펴보면 년이후부터출원건수가 급격하게증가한후 최근까지지속적으로일정출원건수를유지하고 있으며 타국가대비월등하게많은특허를출원하고있어본기술분야에 대한관심도가매우높음을알수있음 또한인용도지수 와시장력 지수 가커서기술력이높으면서시장확보력이높은것으로분석됨 일본의연도별특허동향을살펴보면 특허모집단의수가적어 정확하진않지만 년이후특허출원건수가증가하여일정 출원건수를유지하고있는것으로분석됨 유럽의연도별특허동향을살펴보면 특허모집단의수가적어 유의미한분석을하기에적합하지않으나 년이후특허출원건수가 증가하고있는추세를보이고 특히 년에가장많은특허를출원한것으로 나타나최근본기술분야에대한관심도가높아지고있는것으로분석됨 중국출원의연도별특허동향을살펴보면 특허모집단의수가 적어유의미한분석을하기에적합하지않으나 년이후특허 출원건수가증가하여일정출원건수를유지하고있는것으로분석됨

62 특히 최근구간 년이후 에급격하게특허출원수가증가하고 있어본기술분야에대한관심도가높아지고있는것으로분석됨 기술성장단계분석결과아직뉴로닉컴퓨팅시스템분야의경우태동기또는성장기수준으로분석됨 특허출원동향으로파악한기술시장성장단계는상기와같은다섯단계로 구분할수있음 태동기는신기술이출원하여특허건수가출원인의건수 증가가미미한단계이고 성장기는관련시장규모 또는기대시장규모 의 확대에따라출원인의수와출원건수가함께증가하는단계임 성숙기는 시장이성숙되어감에따라경쟁에서살아남은기업만이연구개발활동을 하여출원인이감소하며출원건수가정체되는단계이고 쇠퇴기는시장 규모가축소되면서출원인과출원건수가모두감소하는단계임 회복기는 일부분야에서나타나는현상인데새로운모멘텀의출현에의하여다시 연구개발활동이활발해지면서출원건수와출원인수가다시증가하는단계임 인공지능시스템기술의기술시장성장단계를파악하기위하여 년부터 년까지 년단위의구간으로나누었으며 각구간은 구간 년 년 구간 년 년 구간 년 년 구간 년 년 및 구간 년 년 임

63 인공지능시스템기술분야의전체및해당국가의기술위치를 포트폴리오로나타낸것으로 전체출원중최근의출원동향을 개 구간으로나누어각각의구간별출원인수및출원건수를나타내어 특허출원동향을통한기술위치를살펴볼수있음 그림 에서살펴본바와같이 인공지능시스템기술은 구간인 년부터 구간인 년까지는전반적으로출원인수와출원건수가 증가하고있으며 구간에서출원인수와출원건수가급격하게증가하고 있어세계시장관점에서기술시장은태동기와성장기사이로분석됨

64 한국특허의기술위치는 구간까지는출원인수와출원건수가적었으나이후지속적으로출원인수와출원건수모두증가하고있으며 특히 구간과 구간에서의출원인수와출원건수의상승폭이큰것으로분석됨 미국특허의기술위치는 구간부터 구간까지출원인수와 출원건수가지속적으로증가하는성장기에있는것으로나타나며 타국가대비출원인수와출원건수가월등하게높은것으로분석됨 일본특허의기술위치는 구간까지는출원인수와출원건수가증가하였으나 구간에서는다소감소하고있는것으로나타나지만 전체적인출원동향으로보았을때최근구간에서의특허출원이증가하고있는것으로분석됨 유럽특허의기술위치는일본와비슷하게 구간까지는출원인수와출원건수가증가하였으나 구간에서는다소감소하고 있는것으로나타남 유럽의전체적인특허출원동향으로보았을때최근구간에서의특허출원이증가하고있는것으로분석됨 중국의기술위치는 구간부터 구간까지전반적으로출원인수와출원건수가증가하는추세를보이고 특히 구간이후 급격하게출원인수와출원건수가증가하고있는것으로분석됨 향후본기술분야에대한연구개발은크게증가할것으로예상됨 특허분석결과메모리반도체관련분야에서파생된특허들이차지하는비중이크고 향후뉴로닉컴퓨팅분야의핵심기술은메모리관련기술이될것으로전망 분석대상기술분류체계 인공지능시스템기술을정량분석대상으로동향분석정량분석을실시하였으며 동향분석에서의기술분야와심층분석기술분야를동일하게적용 출원인기준으로분석하며 일반적으로특허출원후 개월이경과된때에출원관련정보를대중에게공개하고있음 따라서아직미공개상태의데이터가존재하는 년출원된특허는그정량적

65 의미가유효하지않으므로정량분석은 년 월까지한정함 유효특허는아키텍처 건 뉴런회로 건 시냅스 소자 건및학습알고리즘설계 건을포함 대분류중분류검색개요 기술범위 차세대인공지능시스템기술 아키텍처 뉴런회로 시냅스소자 학습알고리즘설계 초저전력인공지능반도체의기본구조를정의하는 아키텍처 구조 설계와 관련된기술 고집적뉴런을위해회로 칩 프로세서 기술 가속기와관련된 시냅스소자와관련하여회로 메모리 멤리스터및 크로스바와관련된기술 초저전력인공지능반도체구현을위한학습알고리즘설계와관련된기술 대분류 차세대인공지능시스템기술 중분류 아키텍처 뉴런회로 시냅스소자 학습알고리즘 한국 미국 유효특허선별결과 일본 유럽 중국 합계 설계 총계

66 전문인력현황 미국의경우산업체를중심으로뉴로닉컴퓨팅시스템관련연구팀이있으며 과 프로젝트를수행하는 여개의대학 정부연구소등지에 천여명의전문인력이있는것으로추정 뉴로닉컴퓨팅관련연구성과를논문발표등을통하여비교적상세하게공개하는 의경우다른기관과비교했을때상대적으로현재연구에참여하고있는인력에대한정보가풍부함 의경우 명정도의박사급연구원이관련연구를수행 중 상변화 메모리 멤리스터와같은차세대메모리소자와공동연구를하고있는인력 다수포함됨 전자공학 재료공학 과같은 다양한분야의연구원들이참여하고있음 프로젝트를통해협력하는 여대학 정부연구소 사기업체의 인력을포함할경우전체연구인력규모는더욱증가 하드웨어설계등에 여명정도의다양한인력이참여하여연구진행중 년 월 가 년도에뉴로닉컴퓨팅시스템에집중적으로투자하고있다고 언급한것으로보아상당한규모의연구인력이참여하고있는것으로추정됨 출처

67 중국에서 를통해다른기술선도국과경쟁 보다는보완하는식으로대응전략을마련을목표로하며 수백여명이연구에참여하는것으로추정이되나향후폭발적으로핵심인력이증가될것으로예상 프로젝트에서 은약 명의연구원들이연구를진행하였고 에수백여명의전문연구원들이편성되어있을것으로예상 인공지능육성 년액션플랜에서는바이두 알리바바 텅쉰등대표적인후보기업이참여하고있으며 바이두는연간인공지능연구원 여명을더고용할계획을밝힌바있음 인공지능관련기업및투자유치등미국에이어 번째로많이있는 것으로미루어보아빠른시일내에전문인력이폭발적으로증가할것으로예상

68 제 절국내차세대인공지능시스템현황 국가주도프로젝트현황 국내인공지능 예산현황은소프트웨어인공지능과기초과학연구에 집중되어있고뉴로닉컴퓨팅시스템기반차세대인공지능에대한투자는현저히낮은상황 프로젝트 딥뷰프로젝트 국가프로젝트등현재추진중인국가주도프로젝트의경우대부분소프트웨어인공지능에집중 미래창조과학부가발표한 년인공지능기술 예산에따르면 년 억원대비 증가한총 억원투입 억원 억원 기초기술억원 총 개분야에대해총 억원투입 국가전략프로젝트억원 플래그십프로젝트억원 로봇융합억원 기타 주요과제억원 지능형반도체억원 슈퍼컴퓨팅억원 뉴로모픽칩억원 기초기술 뇌인지뇌공학분야억원 산업수학억원 소프트웨어 억원 대비슈퍼컴퓨팅분야를제외하고뉴로닉컴퓨팅시스템이라할수있는 하드웨어 억원에대한투자는현저히낮은상황 더욱이현재진행중인뉴로닉컴퓨팅을위한차세대인공지능시스템에대한 예산의경우장기프로젝트가아닌개인연구자가진행하는단발성프로젝트가대부분 유럽의 미국의 등과같이국가주도의 대형 장기프로그램필요

69 기술구분 년 년 증감 증감률 언어시각지능 차세대추론등 지능형반도체 슈퍼컴퓨팅등 기초 뇌인지 뇌공학 산업수학등 계 출처 미래창조과학부보도자료 반도체관련국가연구개발사업예산지속적으로감소 국내반도체관련국가연구개발 사업예산은 년 억원에서 년 억원까지지속적인감소추세를보이며큰예산삭감으로이어짐 이는중국기업이정부의대폭적인지원을업고공격적인글로벌인수합병까지하는등 반도체산업육성에속도를내며중국의 반도체굴기 를실현하기위해정책을펼치는것과는대조적 단위 억원 기술구분 년 년 년 년 년 년 반도체 디스플레이 광 총사업비 출처 전자정보디바이스산업원천기술개발사업 한국과학기술기획평가원

70 산업현황 국내산업체들의경우주로미국의산업체 대학들과의기술협약으로 연구를진행중이며산발적인움직임이있는수준 반도체패키징테스팅기업 네패스는 년 월 출신엔지니어가설립한뉴로모픽설계기업 제너럴비전 과의기술협약뉴로모픽핵심기술교육 제품개발트레이닝등을맺음 또한올해를목표로 개의뉴런을내장한국내최초뉴로모픽칩모델명 생산및개발을발표하며생산은동부하이텍 패키징은네패스에서진행함을밝힘 하지만네패스의기술은제너럴비전사의뉴로모픽기술을라이선스해서적용한것으로순수국내기술이아님 출처

71 하이닉스의경우 년미국스탠퍼드대학교 반도체장비업체인램리서치 재료업체인버슘머티리얼즈 와함께강유전체물질을활용한 인공신경망반도체소자공동연구개발 협약을체결 공동연구를통해인공신경망반도체소자를개발하고이를뉴로모픽칩까지발전 궁극적으로신개념컴퓨팅시스템창출을목표로함 하이닉스제공 출처 삼성전자의경우삼성종합기술원산하두뇌컴퓨팅연구실을중심으로관련연구가진행중인것으로알려져있으나 실제생산및상용화를위한본격적인연구단계가아닌해외기술동향분석단계 종합적으로고집적고효율의차세대뉴로모픽프로세서개발을진행중이지만현재까지해외와같은국가주도정책및대형프로그램의부재로산발적이고분열된연구가진행중

72 특허현황 시냅스관련기술위주로연구 시스템아키텍처구현기술미비 인공지능시스템기술분야특허분석결과 강점으로는시냅스의 연구개발의기본이되는메모리기술에관한세계적인수준의기술력을확보하고있으며 상대적으로활발한연구성과물을창출하고있는것으로분석됨 약점으로는선진국대비기술인지도가낮으며 아키텍처 뉴런 시냅스기술에관한개발플랜이부족함 뉴로모픽시스템의 외부적인 요인으로 차산업혁명에따른인공지능반도체로의가속화가전망될것으로분석되며 인공지능시스템의초기단계로서원천핵심기술확보의가능성이있음 프로세서와같은비메모리분야에관한연구는산학연모두미미한실정으로연구개발비용및시간이소요될것으로보임 국내메모리기술의우수성을적극적으로활용하여뉴로닉컴퓨팅분야의특허를출원하되 시냅스및뉴런소자회로의기술뿐만아니라아키텍처나시스템기술에도집중하여전략적으로출원하여원천기술에서세계를선도하는정책을만들어야할것임 한정된소수연구그룹만특허출원 우리나라의경우 삼성전자 서울대학교 포항공과대학교중심으로시냅스소자관련기술을중심으로특허를출원하고있고 및 과달리특허그룹군이형성되지않아특허포트폴리오형성에미흡 미국에이은 번째특허점유율로해외대비약 특허경쟁력보유 주요출원국의내 외국인특허출원현황을살펴보면 전체뉴로닉 컴퓨팅시스템과관련한특허출원중에미국출원이 로가장높은점유율을보이고 그뒤를이어한국출원이 의점유율을 보였으며 일본과유럽출원이각각 의점유율을보이고

73 중국출원이 로가장낮게나타남 본기술분야의선도국에해당하는미국대비한국의특허점유율은 에해당하였고 각기술분류중에서시냅스소자 기술이 다른기술보다특허경쟁력이높은것으로분석됨 검색개요 기술범위 기술분류 아키텍처 선도국 미국 한국 뉴런회로 미국 시냅스소자 학습알고리즘설계 미국 미국 전체미국 2) 00(00) 은선도국대비한국의수준 ( 한국의지표값 ) 을의미함

74 전문인력현황 미국등의뉴로닉컴퓨팅시스템분야선도국에비해전문인력부족 태동기 성장기사이의해당분야의잠재력으로보았을때현재미국전문인력의최소 배이상의전문인력에대한수요가있을것으로예상되나국내산업체및대학 연구소등의경우이에턱없이부족한실정임 뉴로닉컴퓨팅시스템관련연구를진행하는국내대학기관의석박사통합관련전문인력은약 여명에불과한것으로조사됨 인력박사후연구원학교 연구교수 박사과정 석사과정 총인원 가천대 2 2 고려대 광주과학기술원 국민대 부산대 2 2 서울대 세종대 이화여대 포항공대 한양대 총계 뉴로닉컴퓨팅시스템분야전문인력양성을위한융복합형교육환경부족 뉴로닉분야기술의세계적선도는결국훌륭한전문인력에달려있어 체계적인양성이반드시필요하나현재관련인력의수는매우부족하고전문교육프로그램이나적절한교재가부족함 뉴로닉컴퓨팅은소재 소자 공정 회로 아키텍처 알고리즘 뇌과학에이르는분야가융합되어야가능한기술인데 다양한전공을아울러서인재양성을할수있는교육환경이없음 또한뉴로닉컴퓨팅의기술발전정도에따라인재양성프로그램도

75 달라질필요가있으나 그러한것을반영하는지원프로그램이없음 뉴로닉컴퓨팅분야특허동향분석에의하면이기술은현재태동기또는성장기수준이라이분야의인재양성을위해서는국내외학회에많은연구자를파견하여다양한아이디어를배울수있는기회가제공되어하나지원이부족

76 제 절현황진단및시사점분석 차세대인공지능시스템기술의필요성 범용하드웨어는인공지능알고리즘을수행함에적합하지않은구조로되어있어극심한에너지소모를요구 범용하드웨어 시스템은프로세서와메모리가직렬로연결되어있어대규모의데이터를처리함에있어속도가느리고높은에너지를소모함 구글딥마인드사의알파고의경우이세돌과의대국을위해약 가넘는높은에너지소모량을보임 높은에너지소모로인해모바일기기지향인공지능이클라우드기반서비스로제한되어여러가지한계를지님 클라우드기반의경우반드시통신이가능한상태에서인공지능서비스이용이가능하여통신이느리거나제한적인환경에서는서비스이용이어려움

77 다양한데이터를수집하고반영하는데는클라우드서비스가효과적이나 개별사용자에특화된인공지능환경을제공하는데는제약이따름 초저전력인공지능구현및모바일지향퍼스널 환경구현을 위한뉴로닉컴퓨팅전용하드웨어개발필요 뉴로닉컴퓨팅하드웨어는인간의신경계를모방하여 그구성요소인뉴런과시냅스가대규모병렬구조로되어있어많은양의데이터를초저전력으로처리가능 초저전력인공지능구현이가능한경우 클라우드기반인공지능서비스를넘어개별기기에서인공지능구현이가능한퍼스널 환경이구현가능 차세대인공지능선두주자 로서의가능성 세대 미국 유럽등의국가에서 등의상용기술을 보유한상황으로 해외연구그룹및국가와의적극적인협력을통한기술격차해소가필요 현재우리나라교육과학기술부와미국과학재단가추진하고있는한미나노포럼이매년개최되고있으나 국가적차원의차세대인공지능특화기술교류는부족함 국가차원의적극적인국제기술교류및공동연구를통해빠르게기술격차해소필요 세대 현존뉴로닉컴퓨팅기반차세대인공지능시스템연구는 낮은완성도를가져 아직선두주자로도약가능성충분 신경계모방을위한필수요소인뉴런연결모델링지원과대규모아키텍처설계를모두탑재한현존시스템은없음 국외여러그룹에서발표한연구결과가있지만해당기술이일관성있게성장하지못하고한계를가지고있어 선두주자로도약할

78 가능성이충분한상황 뉴로닉컴퓨팅시스템기반차세대인공지능에서메모리반도체는핵심기술로서중요성을가짐 새로운패러다임의대규모병렬구조를가진뉴로닉컴퓨팅시스템 특히인간의뇌를모방하여하드웨어기반인공지능을구현하는 세대뉴로닉컴퓨팅시스템에서는신경계의핵심요소인시냅스와뉴런의모방이필수적 특히시냅스는인간의기억과정보처리를동시에담당하는핵심요소중하나로알려져있어 세대뉴로닉컴퓨팅시스템구성에있어이에대응하는메모리소자기술이중요 압도적우위를차지하고있는메모리반도체와비약적으로성장한시스템반도체기술을발판으로차세대인공지능분야에서선도적역할을할수있는체계적인전략과지원대책을마련할필요가있음 국내차세대인공지능정책의문제점 국가주도의대규모장기프로그램부재로인해기초기반기술부터응용에이르는차세대인공지능을아우르는융합연구진행불가 현재진행중인차세대인공지능시스템정책의경우총괄프로그램의부재로개인연구자가진행하는단발성프로젝트가대부분 년이후뉴로닉컴퓨팅시스템 세대관련국가 현황을살펴보면 미래창조과학부 개 교육부 개 중소기업청 개등여러부처에분산되어과제가진행되고있음 출처 전체연구프로세스를총괄하는프로그램이부재한현상황에서 개개인의단일연구팀이뇌와같이복잡하고집적도가높은구조의뉴로닉컴퓨팅시스템을개발하기에는한계가있음 기술의성숙도가초기단계이며고위험도 고수익

79 형의연구특성상단기프로젝트로는큰성과를기대하기어려움 차세대인공지능분야선도를위해서는정부주도하에 등과같은대규모 장기프로그램이필요 학교 연구소와기업간의효율적인연계부족으로뉴로닉컴퓨팅 관련연구가실제구현으로이어지지못하는한계를지님 해외대규모프로그램에서는국가및산학연계를통해뉴로닉컴퓨팅기술관련연구가활발히진행중 뉴로닉컴퓨팅시스템기술은컴퓨팅패러다임을바꿀수있는혁신기술이지만제작설비가없는연구주체는실제구현에어려움이있어기업과대학및연구소의협력을정부가주도할필요가있음 반도체제작및설계에대한세계최고의기술을보유하고있는기업들의참여를유도하여차세대인공지능칩을쉽게제작할수있는환경조성필요 새로운인공지능보급을통한세계화를위해중소기업및 스타트업활성화를위한정책필요 뉴로닉컴퓨팅시스템의경우제작난이도가높아후발주자에대한진입장벽이높음 다양한소비자들의수요를소수의대기업이충족시키기에는한계가있음 뉴로닉컴퓨팅시스템을활용한다양한애플리케이션을활성화하고이를제품화하여세계화하기위해서는중소기업및스타트업의역할이중요 대부분의 예산이소프트웨어인공지능에집중되고있고 해외인공지능하드웨어관련투자대비부족 과학기술정보통신부가발표한 년인공지능기술 예산에따르면총 억원중 가 억원 가 억원 기초기술 억원임 뉴로닉컴퓨팅시스템기술이라할수있는 의경우 년의 억원보다 억원증가하였지만여전히 에비해부족

80 전문인력양성문제점 뉴로닉컴퓨팅시스템에필요한창의융합형전문인재양성 프로그램부족 기초학문부터시작하여반도체재료 공정 소자 설계 아키텍처 알고리즘 소프트웨어등다양한분야에대한전공별교육은 활발하지만 뉴로닉컴퓨팅시스템에필요한다양한전공의전문지식과 이들전공간의지식융합에관한교육커리큘럼이나프로그램부재 세계적으로연구개발초기단계로 소프트웨어기반인공지능분야에비해 연구개발인력이적어국내핵심인력양성및국외인력유치정책필요 태동기나성장기에부합하는인력양성의방법으로해외관련학회에참여하여관련지식을다양하게습득할수있도록하는정책이나프로그램이필요 국가주력산업인메모리반도체의위기 기업들의투자가새로운설비가요구되는뉴로닉컴퓨팅기술보다는기존메모리관련산업에집중 뉴로닉컴퓨팅시스템은기존컴퓨팅시스템과는달리프로세서연산기와메모리가동일칩에집적되는등의변화가있어기업에서는새로운공정개발이요구되어장기적과제로보고투자에관심이적음 세대뉴로닉컴퓨팅기술은기존메모리기술에서소재 소자 공정 회로 아키텍처 알고리즘측면에서획기적인변화가필요하여투자가능성이낮음 현재 및 메모리관련산업이전세계적으로호황기를맞으며기업들은단기적인개발및증산에만집중투자 차세대인공지능중심의반도체시장재편은메모리반도체 중심의국가경제에큰위협

81 세대뉴로닉컴퓨팅시스템인 등은메모리를포함한프로세서로서 인공지능발전에따라그수요가어느시기까지증가할것으로예상됨 주변국의추격과축소화의어려움등으로 단품 메모리 제품에대한시장점유율이감소할것으로예상 이에대한적절한대책이없을경우 현재 이상을대한민국이 점유하고있는메모리시장을상당부분잃을것으로예상 차세대인공지능중심으로세계반도체시장이새롭게재편되고 이러한흐름을따라가지못할경우 년기준 대우리나라 수출품목중 위를차지하고있는반도체시장점유율감소로이어져국가경제악화예상 출처 대수출품목 단위 백만불 품목명금액품목명금액 위 반도체 반도체 위 석유제품 자동차 위 자동차 선박해양구조물 위 선박해양구조물및부품 및부품 무선통신기기 위 무선통신기기 석유제품 위 자동차부품 자동차부품

82 위 평판디스플레이및센서 평판디스플레이및센서 출처 위 합성수지 합성수지 위 철강판 철강판 위 전자응용기기 전자응용기기 대품목수출액 총수출액비중 현황진단및시사점을통해본 분석

83 전략 뉴로닉컴퓨팅시스템의글로벌선도국이부재한 상황에서우수한메모리반도체기술을활용하여퍼스널 플랫폼개발 전략 뉴로닉컴퓨팅시스템관련연구개발을총괄하는 대규모장기프로그램운영및투자활성화 전략 메모리산업패러다임변화에대응하고 뉴로닉컴퓨팅 시스템의쉬운제작환경조성을위해파운드리산업화추진 전략 산 학 연의상호보완적인연구환경을조성하고 미래 뉴로닉컴퓨팅시스템산업을이끌어갈전문인력양성및유치

84 제 장차세대인공지능 뉴로닉컴퓨팅 시스템 분야선도방안 제 절비전및핵심목표 비전차세대인공지능분야선도 중장기적인기술개발투자를통해향후대한민국이차세대 인공지능분야선도 와같은범용하드웨어는딥러닝으로대표되는인공신경망 알고리즘을처리하기에매우비효율적임

85 이에따라범용하드웨어기반인공지능은고속 저전력동작을함에 있어한계점이명확함 현재뉴로닉컴퓨팅시스템기반의차세대인공지능분야는기술개발의초기단계로 특정국가혹은기업이압도하고있는상황이아님 장기적인안목의기술개발투자가이루어진다면 향후대한민국이 뉴로닉컴퓨팅시스템기반의차세대인공지능분야에서선도적인역할을할것으로기대됨 핵심목표 인간수준의에너지효율을가진뉴로닉컴퓨팅시스템기반차세대인공지능개발을통하여개별기기에탑재가능한퍼스널 구현및대중화 범용하드웨어대비뉴로닉컴퓨팅시스템 세대의경우 세대의경우 정도의저전력으로클라우드서비스를넘어퍼스널 플랫폼구현 퍼스널 구현을통해초저전력구동이필수적인가정용기기 자율주행자동차 군사용장비 기기등에활용 대추진전략 정부주도의연구지원체계화를통해신속하게차세대인공지능시스템분야선도 뉴로닉 프로그램추진 차세대인공지능관련연구프로세스를총괄하고방향성을제시할수있는국가프로그램추진및전문가로구성된프로그램위원회구성 국제기술교류추진 정부주도로차세대인공지능시스템분야관련국제기술교류및국제공동연구를추진하고지원하여세계시장에서

86 기술선도를위한발판마련 플랫폼을구축하여다양한아이디어들을구체화할수있는 발판을마련하고 세계시장에서의표준기술화 뉴로닉컴퓨팅시스템의파운드리화 학교 연구소 중소벤처기업에서우수한국내반도체기술을활용하여뉴로닉컴퓨팅시스템을쉽게제작할수있는환경을조성하고퍼스널 구현기반마련 중소벤처기업 대기업간상생생태계조성 국내중소벤처기업과대기업의협력을통해표준화된 플랫폼을구축하고중소벤처기업들이활용하여다양한제품을개발할수있도록상생생태계를조성하고이를기반으로세계시장에서의표준기술화 차세대인공지능연구활성화를위한미래지향적 환경조성 산학연의연구역할분담 산학연각기관의강점을살려 상호보완적인연구환경조성 핵심전문인재유치및양성 부족한인력보충을위해 년간핵심전문 인력약 명양성을목표로하는인재유치및양성프로그램수립 기술개발방향 단기추진과제 뉴로닉컴퓨팅시스템 세대의기술격차를줄이기 위한메모리기술개선및디지털회로기반시스템의최적화 등기존메모리가가지고있는단점개선을통한고대역폭 저전력소자개발 고용량고집적차세대메모리소자 차세대 개발 대규모병렬처리가가능한디지털회로기반인공지능시스템최적화모델수립

87 장기추진과제 시냅스와뉴런을모방한새로운패러다임의컴퓨팅 구조설계 고집적시냅스소자개발및시냅스어레이최적화 인공지능반도체에최적화된뉴런모델연구및뉴런어레이최적화 효율적인뉴런과시냅스어레이연결방법모색및온칩학습구현 신경계모델링을통한새로운패러다임의컴퓨팅구현

88 제 절 대추진전략 정부주도의연구지원체계화 뉴로닉 프로그램추진 차세대인공지능관련연구 프로세스를총괄하고방향성을제시할수있는국가프로그램추진및전문가로구성된프로그램위원회구성 전문가로구성된프로그램위원회를구성하여연구방향성제시 각분야의전문가로구성된위원회를통해다학제간의융합연구추진 차세대인공지능기술로드맵을제시하고 프로그램의방향을제시 주기적업데이트를통해 장기년 프로그램을위해해외사례와비슷한수준의예산확보 예시 미국 한화 조 억원규모 유럽 한화 조 억원규모 예산확보를통해차세대인공지능시스템의기본구성요소인소자 재료

89 회로의개발부터시스템의구성 활용 상용화까지집중투자 연구다양성확보및차세대인공지능분야선도기술개발을위한새로운연구프로젝트체계확립 현재투자되고있는민간연구과제비규모를고려하여뉴로닉컴퓨팅 시스템의각세대에예산을분배하되 연차가지날수록 세대의비중이 커지는형태의연구비운용 단계 년차 연구다양성확보및가능성검토를위해 개내외중규모프로젝트연 억억원규모와다수소규모아이디어탐색과제연 억억원규모의동시운용 방식 단계 년차 표준기술화및선도를위해가능성있는핵심 아이디어를중심으로기존의연구그룹을재편하여대규모프로젝트 연 억원이상 를 개내외로진행 방식 국제기술교류추진 정부주도로차세대인공지능시스템분야 관련국제기술교류및국제공동연구를추진하여세계시장에서기술선도를위한발판마련 범용하드웨어기반인공지능기술은이미미국 유럽등해외에서선도하고있어국제기술교류를통해기술격차해소 기술격차해소를통해인공지능산업시장에진출 확보하여차세대인공지능시스템경쟁력확보의발판을마련 시장점유율을 해외기술교류를통해해외시장동향및규모에대해미리파악하고 관련특허현황파악을통해미래원천기술선점효과증대 시스템설계 알고리즘개발 소자및회로공정기술에강점을가진국내및 해외그룹과의공동연구추진을통해뉴로닉컴퓨팅시스템개발역량강화 국내외여러그룹이공동으로핵심아이디어를고안하고 각그룹의장점을살려아키텍처설계와시스템제작 알고리즘및시스템설계기술을토대로차세대인공지능칩을제작함으로써 설계역량을강화하여뉴로닉컴퓨팅시스템선도기반마련

90 플랫폼구축및표준기술화 뉴로닉컴퓨팅시스템의파운드리화 대학 연구소 중소 벤처기업에서 우수한국내메모리반도체기술을활용하여뉴로닉컴퓨팅시스템을쉽게제작할수있는환경을조성하고퍼스널 구현기반마련 대학 연구소 중소벤처기업에서개발한아이디어를대기업의우수한메모리반도체기술로구현함으로써연구개발효율을높이고선도기술확보 예 의 의경우제작능력이있는반도체기업에서매년 여개의연구용칩제작기회제공

91 반도체제작의높은진입장벽을낮춰중소벤처기업은다양한종류의제품을생산할수있고 대기업의경우에는파운드리또는 형태의학습가능뉴로닉집적회로를통해수익창출 예 팹리스 기업인대만미디어텍의경우벤처기업으로시작하여 년기준 조 억원의매출을기록 다가오는미래의메모리반도체위기를극복할새로운사업모델로서 국가경제위기에대비하고 차세대인공지능시장에서의성장동력확보 중소벤처기업 대기업간상생생태계조성 중소벤처기업들과대기업의협력을통해표준화된 플랫폼을구축하고이를 이용하여다양한제품을개발할수있도록상생생태계조성 중소벤처기업과대기업간플랫폼공유협약을통하여다양한수요충족및상생생태계조성 대기업의우수한반도체공정기술을중소벤처기업에서활용하여다양한수요를만족하게할제품을개발 중소벤처기업에서개발한원천기술에대한지적재산권을보장하고 이를사업화하여생태계조성 예 의경우 모바일기기 를직접제조하지않지만 프로세서를설계하고라이센싱함으로써전세계 이상의점유율을점함 중소벤처기업에서 플랫폼뉴로닉컴퓨팅시스템개발도구을 이용하여소비자들의수요를만족시킬수있는제품을개발하여이윤창출 중소벤처기업들이보유한원천기술에대한아이디어를위탁 제작하여실제적인제품을판매함으로써 기반다품종소량생산산업전략을채택 3) 반도체제품을직접생산하지않고, 설계및기술개발을하고, 생산은 100% 위탁생산하여제품을판매하는반도체업체를칭함. 4) 뉴로닉컴퓨팅시스템환경구현을위한기본구성요소로구성된개발도구. 다양한응용처에따라연결구조변형이가능

92 예 자율주행자동차에서사용가능한장애물인식모듈과같은부속품 개발을통한 수익모델또는개인자산관리를위한스마트비서와 같은완제품판매를통한 수익모델

93 미래지향적 환경조성 산 학 연의연구역할분담 산 학 연각기관의강점을살려 상호보완적인연구환경조성 산업체는 세대뉴로닉컴퓨팅시스템에집중하는동시에우수한하드웨어플랫폼을학교 연구소등에제공하여 세대뉴로닉컴퓨팅시스템연구에활용되도록장려 학교는차세대인공지능분야개발에필요한뇌과학 컴퓨터공학 전자공학등다양한분야의기반연구에집중하도록연구프로젝트지원 연구소는다양한전공의박사급전문인력을활용한학제간낮은문턱을통해뉴로닉컴퓨팅시스템에필요한융합연구를진행하도록전담연구팀개편

94 핵심전문인재유치및양성 부족한인력보충을위해 년간 핵심전문인력약 명양성을목표로하는인재유치및양성프로그램수립 고급인력유치전략 차세대인공지능기술연구투자확대를통해고급인력유치를하는동시에인재유출방지 해외에서고급인력에제공하는이상의대우를함으로써해외에유출된고급인력을자연스럽게국내로다시유입시키는유인책사용 핵심인재양성전략 차세대인공지능분야의핵심전문인력은뇌과학 컴퓨터공학 전자공학 신소재공학등의다학제적인지식을갖추어야하므로융복합형인재양성이필수적 핵심전공과관련된전문지식과 연관된보조전공지식을동시에보유한융합형인재양성을위해차세대인공지능협동과정신설 뉴로닉컴퓨팅시스템관련융복합적연구기관에교육예산을지원하여새로운교육과정을신설하고핵심전문인력을지속해서양성 대학에투입되는 예산을증액하여다양한기반분야의전공지식을갖춘석박사급이상의전문인력을지속적으로양성

95 제 절기술개발방향 기술개발전략 차세대인공지능분야의선도를위한기술개발방향은기술의성숙도에따라단기추진과제와장기추진과제로구분하여진행되어야함 등을활용하는뉴로닉컴퓨팅시스템 세대기술은이미퀄컴 구글등과같은기업에서기술개발이되어있는시점으로 향후 년내에기술격차를좁혀야하는분야임 실제신경계를모방하는새로운패러다임의신경망집적회로를활용하는뉴로닉컴퓨팅시스템 세대기술은아직선도그룹이없고다양한후보군의기술이검토중인초창기라할수있으며 향후 년이상을내다보는장기적인투자가요구되는분야임

96 단기추진과제는뉴로닉 프로그램 단계 년차 에서 달성해야하는기술목표로 뉴로닉컴퓨팅시스템 세대의기술격차를줄이기위한과제로구성해야함 등의기존메모리기술을개선하여 병목현상해소를위한고대역폭고집적도메모리반도체소자개발 등의차세대메모리소자를활용하여메모리칩에프로세서가집적된메모리 개발 하드웨어기반인공지능가속기구현및대규모병렬처리가가능한디지털회로기반인공지능시스템의최적화모델수립 장기추진과제는뉴로닉 프로그램 단계 년차 에 걸쳐장기적인안목으로뉴로닉컴퓨팅시스템 세대로의패러다임변화및기술선도를목표로진행되어야함 뉴로닉컴퓨팅시스템 세대는기존의범용하드웨어와는다른새로운패러다임의기술로 하드웨어기반신개념인공신경망의핵심구성요소인시냅스 뉴런의구성및연결구조연구와이를활용하여뇌의동작을모방한새로운패러다임의컴퓨팅구조설계연구병행 인공신경망에최적화된시냅스와뉴런개발및뉴런시냅스연결최적화 뉴로닉컴퓨팅시스템 세대를위한모델링및시뮬레이션툴개발 뇌과학 컴퓨터공학 전자공학 신소재공학등의다학제적인접근을통해뇌의동작을모방한새로운패러다임의컴퓨팅구조설계연구

97 단기추진과제 핵심구성요소 를위한고대역폭메모리 반도체소자및디지털회로기반시스템 정보를읽는과정에서발생하는병목현상방지를위한고대역폭 고속 메모리연구와대용량의정보를처리하고저장하기위한 고집적 고용량 메모리연구진행필요 인공지능알고리즘은대량의데이터를활용한단순한계산을 진행하는것이특징으로 대용량 고속데이터전송이필수적이나 기존메모리기술의경우이에미치지못함 메모리기술에따라고속화및고집적화에대한기술개발방향을설정하여뉴로닉컴퓨팅시스템에서의활용성증대

98 기존기술 메모리 디지털시스템 의개선을통한고대역폭 고집적도 메모리반도체소자개발 계산중심애플리케이션을위한고대역폭온칩메모리 최근여러기업들에서설계중인반도체칩에서채용되는수백 에이르는대용량 의면적비용및전력소모를줄이는것이핵심경쟁력임 대역폭및지연시간개선 최근종래의컴퓨팅시스템에서런타임백업스토리지역할로널리 사용되어왔으나 낮은대역폭 긴지연시간 을개선하여뉴로닉컴퓨팅시스템 세대에적용 중간계층 을이용한예측적데이터프리페칭기법등을도입하여대역폭 활용을최대로하고지연시간 감소 비휘발성의장점을살린 중간비휘발성스토리지로백업스토리지역할을널리사용되어왔으며 다른비휘발성저장장치 예 하드디스크 에비해지연시간이작음과동시에휘발성스토리지 예 에비해용량이크다는장점이있음 여전히휘발성저장장치와의대역폭 지연시간갭으로인해병목의 요인이므로시스템백본스토리지역할을수행할수있는기술을통해개선

99 출처 차세대메모리소자의개선을통한뉴로닉컴퓨팅시스템특화메모리개발 높은성능의 차원 기술및양산 의낮은대역폭문제를해결하기위해제시된 차원 기술로써이미양산되어활용되고있으므로단기개발목적에부합 차세대메모리이용에따른시스템설계부담을최소화하면서높은성능향상을기대할수있음 높은집적도및짧은읽기지연시간 의 장점을통한차세대메모리소자 가중치가바뀌지않는추론 단계의가중치저장소로도입가능 상대적으로느린쓰기 속도의개선연구 방식의메모리에연산기가분산내장된형태의

100 구조개발가능 비휘발성 고용량메모리로써의 차원교차점 상용화 과같이주메모리접근성능의영향이적은시스템에서는주메모리로 대신 과같은비휘발성 고용량메모리의사용이가능 특히 차원교차점 방식으로최근상용화된 의경우 대비비용및전력소비를크게줄이며 과 메모리를합쳐하나의메모리로대치하는 장점이있기때문에 모바일 임베디드시스템에적용될가능성이큼 대규모병렬처리가가능한디지털회로기반인공지능시스템최적화모델수립 하드웨어기반인공지능가속기구현 등의하드웨어기반인공지능가속기는현재여러대기업에서동시에대규모칩설계가진행되고새로이많은스타트업이생기는아주뜨거운분야임 기존의플랫폼 과차별화된인공지능애플리케이션특화 가속기연구진행 두뇌시뮬레이션에서사용할수있는다양한모델개발 학습 추론모두수행가능한범용시스템및추론에최적화한 추론전용시스템개발 추론전용시스템의경우애플리케이션에따라다양한크기의온칩메모리예 의경우 수준 동영상에대한 의경우수십 를가짐 학습 추론그리고추론전용시스템모두데이터재사용을극대화하기위해하나의데이터를다수의프로세서에동시에배포하는구조를공통적으로채택함 두시스템모두인공신경망이가지고있는잉여계산을최소화하는계산기

101 구조및반도체칩구현이핵심 중단기적으로데이터비트수와값의분포를최대한이용하는기술연구 장기적으로인공지능알고리즘과하드웨어구현간의통합설계연구 인공신경망하드웨어최적화 데이터비트수감소는필요한메모리용량대역폭감소 단위면적당구현가능한계산기의수증가라는장점을가지므로 약 비트수준으로줄일수있는최적화기술연구 인공신경망상의데이터값은 또는 에가까운작은크기의값이아주많은특징을가지므로이러한작은값들을이용하여계산을생략하거나저비용으로수행하여가속기의성능및에너지효율을높이는기술이최근연구에서발표되고있으며해당기술의고도화방법에대한연구진행 알고리즘하드웨어통합설계는알고리즘과이에맞는하드웨어설계를동시에진행하며하드웨어구현의성능비용에너지가능성과알고리즘상의다양한기능간의통합적인고려를통해최적의시스템전체성능에너지최적화를가능하게함 대규모병렬처리프로세서개발 인간의뇌규모 개의뉴런 시냅스를처리하기위해 대규모로확장이가능한병렬처리시스템개발 뉴런모델을자유롭게프로그램재구성할수있는회로기술연구를통해다양한뉴런모델을지원

102 장기추진과제 고집적 저전력시냅스 어레이및학습규칙구현 학습방식 온라인 오프라인 에상관없이시냅스가중치를저장할 수있는고집적메모리연구 세대뉴로닉컴퓨팅시스템기술의핵심변수인시냅스가중치를저장할수있는메모리개발 신경망에존재하는막대한수의시냅스를제한된면적에구현하기위해기존의 을대체가능한고집적저전력구동메모리필요할것으로예상 는수직적층화기술이이미상용화되어있으므로 정보의면적밀도를극대화할수있는메모리이며 구현이가능하므로매우높은정보밀도를확보할수있어서

103 시냅스가중치메모리에적합함 뉴로모픽컴퓨팅시스템에부합하는새로운시각의차세대메모리연구 기존시냅스소자는아직까지이상적인아날로그시냅스소자의요구조건을모두만족하기에는기술적인한계가있으므로 이를극복할수있는신개념시냅스소자의연구개발 수직적층형 의단점 느린응답속도을보완할수있는차세대메모리의개발은인공지능반도체장기추진방향에필수적 상변화메모리 는메모리정보밀도를극대화 디자인룰할수있을것으로예상되며 구현이가능할것으로예상되므로인공지능반도체의시냅스가중치저장매체로적합할것으로예상됨 다만메모리상태의사간에따른변화를근본적으로개선할필요있음 저항변화메모리 는 시냅스소자구현에적합하고 구조로초고집적화가가능한장점이있음 아날로그시냅스의다양한요구조건을만족하기위한 소재 소자수준에서의연구개발 온라인학습용시냅스학습규칙개발 시냅스모델확보 반도체칩상에서스스로시냅스가중치를최적화할수있는학습규칙개발 초저전력심화학습가속기반도체칩을구현하기위해 역전파 알고리즘을시냅스메모리소자의쓰기방식을이용하여효율적으로구현하는방법개발 새로운패러다임의신경망을구현하는반도체칩을위해 기존 신경과학에서제안된학습규칙 등을추상화하여제한된 수의변수를이용한학습규칙개발 고집적 고기능성단위시냅스개발및시냅스어레이최적화 고집적 고기능성단위시냅스개발

104 시냅스의수는뉴런수의 배정도되어야하므로시냅스모델을 단일소자로구현하는기술연구 추가적인외부회로없이뉴런에서오는신호만으로시냅스가중치를변화시킬수있으며 메모리로서가중치를장기저장할수있어야함 등시간에따른변화에대응하는신경망구현을위해서는단기기억 의구현도가능해야함 대규모 집적어레이에서신뢰성을보장할수없는 소자에 대한연구개발은지양되어야함 단위시냅스로구성된시냅스어레이최적화 단위시냅스학습에필요한학습변수는여러단위시냅스사이에공유될수있으므로이를고려한시냅스어레이의구조를최적화필요 생물학적뉴로모픽시스템을모방하기위해초고집적시냅스어레이구현을위해 차원적층형시냅스어레이에대한연구개발진행 기존크로스바어레이를통해가중치합산을해결하면서이를 차원적층형으로구성함으로써다층어레이구현 뉴런회로와의연결및데이터처리시전력손실과전력소모를최소화할수있는시냅스어레이구성에관한연구개발 클라우드컴퓨팅에사용될뉴로모픽컴퓨터의시냅스메모리소자는다량의데이터를처리하기위해빠른읽기쓰기속도가매우중요 현재가장유력한뉴로모픽컴퓨팅구조후보군에서요구되는특성을모두엄밀하게만족시키는시냅스메모리소자는아직없으므로다양한메모리소자에대한연구필요

105 저전력동작가능한뉴런모델확보및뉴런어레이의 면적 에너지최적화 신경망기반인공지능반도체에최적화된뉴런모델확보 뉴런은다층신경망에서계층별로입력을받아미리정의된연산을수행한후그결과를출력하는프로세싱유닛으로서 수행하는연산에따라신경망의형태를정의하는중요한의미를가짐 기존신경과학에서제안된뉴런모델은매우다양하며실제뉴런과의유사성에비례하여모델의복잡도가증가하므로뉴런모델을최적화할필요가있으며요구되는특성은아래와같음 뉴런을구성하는하드웨어는복잡한기능을수행하기위한정확성과전력소모최소화를위한단순성사이에서의 를고려하여구현되어야함

106 초저전력심화학습가속기반도체칩에사용될뉴런회로는심화학습의틀내에서뉴런에요구되는연산들을초저전력으로정확히수행해야할수있도록설계하는것이중요함 뉴런모델및 뉴런모델은뉴런동작의기본모델로 세대뉴로닉컴퓨팅시스템의단위뉴런의기본특성으로평가됨 뉴런모델연구개발방향 온라인학습기능은뉴런내부에추가로포함되어야하나 추론에비해난이도가훨씬높은하드웨어의구현이필수적으로요구되어신경망종류에따른가변성과오프라인온라인학습의지원여부에따라연구개발방향을설정해야함 세대뉴로닉컴퓨팅시스템의응용분야에따라뉴런의동작활동도 를달리할필요가있으며활동도에따라뉴런회로설계를달리해야함 아날로그 디지털뉴런연구및뉴런어레이최적화 아날로그뉴런연구개발방향 입력조건에따라항상재현가능한안정적인스파이크의생성이가능한회로및소자의연구 신경망에서생체모방에중점을둔 기반의효율적뉴런회로연구 다양한발화현상을정해진소수의파라미터들의값으로기술가능한가변성측면에중점을둔뉴런모델의하드웨어구현 반도체공정이미세화될수록악화되는아날로그회로의최대약점인공정온도전압변화에둔감한특성을갖는공정및회로개발 모든뉴런들의특성균일화를위한개별뉴런의랜덤오프셋제거및발화율이득불균일에대응한자체보정회로기술연구

107 디지털뉴런연구개발방향 정확한결과예측이가능한디지털방식의강점을극대화시키기위해소프트웨어를통해모든프로그래밍이가능한파라미터정의뉴런프로세서구조연구 이를확장하여 등다양한신경망을지원할수있는재구성가능한뉴런하드웨어구조연구가가능함 기간 지연 멤브레인누설과같은생체뉴런현상의효율적기술방법연구 누설전류감소화및저전력소모를위한설계연구 디지털방식은아날로그방식에비해훨씬많은트랜지스터들로구현됨 시냅스메모리소자의형태에따른어레이읽기쓰기용혼성모드디지털회로연구 단위뉴런으로구성된뉴런어레이최적화 각뉴런간동작에관여하는일부변수를공유할수있는뉴런어레이의설계연구 뉴런어레이가점유하는면적을최소로유지하면서뉴런의기능을구현하여집적도록높일수있도록해야함 뉴런기본동작원리의에너지면적효율화 시냅스전뉴런 으로부터전달된전압신호를모으는 적분기 의소형화및적분기의결과값에따라활동전위 를생성하는에너지면적효율적인회로설계연구 뉴런회로상에서신호를합하는역할을하는 는회로설계상 많은면적을차지하므로고집적도를위해이를줄일수있는방안연구 회로상존재하는잡음요소를뉴런동작의잡음 이웃한활동전위 간격의불규칙성으로변환하는회로설계연구 재료의원자수준에서구현한뉴런동작변수는단위뉴런의초고집적화를가능하게할것으로예상함

108 뉴런 시냅스어레이연결최적화및학습알고리즘개발을 통한 세대뉴로닉컴퓨팅시스템칩구현 뉴런과시냅스어레이의연결최적화 뉴런과시냅스어레이의연결 뉴런과시냅스를금속배선을이용해연결하는방법이가장기본적인방법임 를이용하여뉴런과시냅스사이신호전달을할수있으며 예 이경우뉴런과시냅스의연결은 를거치게됨 회로가추가로필요하나신경망구성의용이함시냅스어레이의크기를유연하게조절할수있는장점이있음

109 뉴런과시냅스어레이의연결최적화방안연구 뉴런과시냅스의연결은다양한방법이있으며 세대뉴로닉컴퓨팅시스템의규모및단위뉴런당시냅스의연결수등에따라최적화된방법을적용해야함 확장형뉴로모픽시스템에서임의의뉴런간연결상태를정의하는글로벌로컬라우팅을위한아키텍처연구 시냅틱입력의총합산을수치화하여다음뉴런에전달하기위한전류디지털변환연구 발화율및타이밍의인코딩을위한주파수디지털 시간디지털변환회로 인접한뉴런들사이에서비선형풀링의구현을위한효율적인 회로연구 아날로그디지털변환특성의선형화및재현성을고려한신뢰성개선연구 뉴런회로구조연구를통해온 오프라인온칩학습구현 오프라인학습 효율적배치학습을위한효율적로컬메모리사용방법연구 감독 학습수행을위한 가능뉴런회로구조연구 비감독 학습수행을위한 가능뉴런구조연구 온라인학습 온칩강화 학습수행을위한효율적로컬메모리사용및뉴런회로연구 에서 수행을위한시간차처리뉴런구조연구

110 신경계모델링및뉴로닉컴퓨팅시스템전용시뮬레이션툴개발 세대뉴로닉컴퓨팅시스템을위한신경계모델링 단순히기계를통하여인간의지능을흉내내는것에목표를두지 않고 사람의두뇌를이해 분석및모델링하는것에목표를두고 연구를진행해야함 그러기위해서는뉴런과시냅스의집적도 저전력구현에집중하는한편 그핵심기능을충실히모방할수있는하드웨어를만들어야함 알고리즘디지털회로아날로그회로및소자등을통하여 화학적전기적시냅스의동작메커니즘과뉴런의동작메커니즘을효과적으로모델링해야함 세대뉴로닉컴퓨팅시스템을위한새로운시뮬레이션툴개발 세대뉴로닉컴퓨팅시스템기반인공지능의장기추진과제는사람의 두뇌구조를자세히분석할수있는시뮬레이터개발이우선되어야함 기존기계학습알고리즘과별개로 사람의학습알고리즘을찾기 위하여뉴런과시냅스로이루어져있는시뮬레이터개발 신경모방소자및어레이의크기가증가하면서 이를 와같은 회로시뮬레이터로시뮬레이션하고자하면회로의크기에비례하여 시뮬레이션소요시간이많이필요하게되므로 세대뉴로닉컴퓨틱 시스템기반의소자어레이전용시뮬레이션툴개발 뇌의동작을모방한새로운패러다임의컴퓨팅구조설계 기존컴퓨팅메커니즘의한계및새로운패러다임의컴퓨팅 메커니즘연구를통해새로운컴퓨팅매커니즘개발 현재반도체시스템을기반으로한인공지능시스템기술은물리적

111 한계로인해인간의뇌의인지능력과전력소모량에미치지못할 것으로예상되므로 기본소자로부터회로및아키텍쳐 그리고 컴퓨터가정보를수집하고처리하는방식까지전레벨에걸쳐혁명적인패러다임의변화를가져올수있는연구개발 이러한전방위적연구를위해서는뇌과학 컴퓨터공학 전자공학 신소재공학등의다학제적인접근이요구 영역별로특화된컴퓨팅패러다임은넓은응용에쓰일수있지만성능이나전력소모면에서약점이있는기존범용컴퓨팅시스템과 반대로성능이나전력소모측면에서는장점이있으나특정응용에만 국한되어사용될수있는 의장단점을적절히조화시키는것이특징 새로운컴퓨팅메커니즘에필요한기술 인간의뇌기능을조금더유사하게모사하기위한많은수의뉴런과시냅스소자를 차원적으로집적하고연결할수있는 차원반도체집적시스템에대한연구 차원반도체소자집적기술 인터커넥트기술 방열기술 차원반도체설계및검증기술연구 많은수의뉴런들을연결하기위해특화된 기술개발 새로운컴퓨팅메커니즘의최적화 인공지능응용에서는많은양의데이터통신이요구되므로 메모리에가까운위치나또는메모리내부에컴퓨팅블록을배치함으로써성능및전력소모를줄이는 기술에대한선도연구 특히우리나라가세계최고수준의기술력을가지고있는메모리기술의우월성을극대화하기위해 기존의메모리기술뿐만아니라차세대메모리들의특성에최적화된 방식의인공지능하드웨어기술개발

112 전력소모량의최소화및실제연산에참여하는뉴런만전력을소모하게 만들기위한 에대한심층연구 새로운컴퓨팅매커니즘연구개발방향 현재뇌의동작을모방하는뉴로모픽시스템과인식응용에생물학적근거는희박하여수학적최적화로인식문제의해결효율을키우는머신러닝방식이개별적으로연구되는경향이짙음 획기적인인식능력향상과전력소모감소를위해 새로운구조에대한 지도학습이가능한뉴로모픽시스템이나또는생물학적근거가보강된머신러닝시스템등에대한연구개발 대규모뉴로모픽하드웨어개발을위해해당시스템을하이레벨에서모델링할수있는시뮬레이션플랫폼에대한연구 하드웨어를사용자가편리하게사용할수있는하이레벨프로그래밍방법 작성된프로그램이하드웨어에실제적용될수있게해주는컴파일러등의소프트웨어연구 이미지나음성인식과더불어센서네트워크 로봇등의보다더광의적인 의미의응용분야들에특화된하드웨어연구 인공지능하드웨어개발시성능비교를위해다양한종류의 가 제공되어야함

113 제 절기대효과 인간수준의에너지효율을가진초저전력인공지능패러다임 클라우드방식의인공지능이주류를이루던기존의패러다임에서제품스스로인터넷연결없이인공지능구현가능 높은에너지소모를요구하던기존의시스템이뉴로닉컴퓨팅시스템기반인공지능으로대체되어인공지능에대한접근성향상 독립형기기에탑재하여어디에서나사용자가직접제어가가능한인공지능 즉퍼스널 로의패러다임전환 인공지능기술세계시장경쟁력확보 세계적우위에있는메모리기술을기반으로차세대인공지능기술

114 분야에서 로나아가기위한미래산업기반구축가능 새로운산업및시장창출가능 기존의소프트웨어기반인공지능기술을활용하는모든분야에대해뉴로닉컴퓨팅시스템기반차세대인공지능기술적용가능 특히초저전력구동이필수적인가정용기기 휴대용기기 자율주행자동차 로봇 인체삽입기기 다양한감시용센서 군사용장비등에활용가능 소프트웨어기반인공지능기술의한계를극복하고새로운산업및시장을창출하여국가경쟁력및삶의질을높이는데기여 뉴로닉컴퓨팅기술은초소형 초저전력 실시간인지를할수있는특징이있기때문에 이기능을기존의기술 예 센서과융합되게기술개발이가능하여새로운기능의제품개발및그에따라시장창출

115 미래인공지능산업을주도할핵심인력양성 뉴로닉컴퓨팅시스템기반인공지능분야의경우 기존의다른분야와는달리소자 회로 설계 컴퓨터등다양한분야에대한이해도가높은융복합적인력을요구 다가올미래인공지능산업을이끌어갈핵심인력을미리양성할수있는시스템및제도적기반마련 정보기술분야에서의국제적위상제고 세계정보통신기술 의흐름을이끌어나가는강국으로도약함과동시에국제적위상제고가능 미래의새로운인공지능인뉴로닉컴퓨팅시스템분야에서세계표준기술화주도및플랫폼구축을통한인공지능생태계조성주도

116 제 장결론 인공지능시대의시작 범용하드웨어기반딥러닝기술의발전 제 차산업혁명의시작으로인공지능에대한중요성이부각되기시작 특히인간의신경계를모사하여기억과학습이가능한인공신경망의발달로인공지능시대가열림 인공신경망관련기술의성장속도가가속화됨에따라관련산업시장규모또한급속한성장을이루게됨 이에따라인공신경망을위한데이터가급증하기시작하였고 이를위한범용하드웨어 의발전도동시에이루어짐 뉴로닉컴퓨팅시스템의중요성대두 높은전력소모와초고속데이터처리에있어범용하드웨어의한계점이드러나기시작하면서새로운컴퓨팅시스템에대한필요성이요구됨 뉴로닉 컴퓨팅시스템기반의차세대인공지능이그해결책으로제안되었고 그중요성이대두 차세대인공지능시스템현황분석 차세대인공지능선두주자로서의가능성 차세대인공지능 세대 관련미국 유럽 일본 중국등다양한국가에서활발하게연구가진행중이나아직까진그결과가미미 세대뉴로닉컴퓨팅시스템의경우 실제로상용화에근접하거나상용화된사례가없음 차세대인공지능시스템을구현함에있어메모리반도체는핵심요소

117 세계 위의메모리반도체기술을보유하고있는우리나라는관련 분야세계선도를위한기반을확보한상태 따라서 미래인공지능산업의패러다임이될차세대인공지능 시스템에대한활발한연구가진행된다면 선주주자로서도약가능성이충분 국내차세대인공지능정책의문제점 국내차세대인공지능관련국가프로그램의부재로인해연구개발에한계를지님 특히기술의성숙도가초기단계고 난이도가높은기술적특징으로인해기업의적극적참여가부족 반도체제작및설계에대한세계최고의기술을보유하고있는기업들의참여를국가주도의프로그램을통해유도할필요가있음 국가경제위기가능성 인공지능시장이새로운패러다임으로전환된다면 메모리반도체의새로운구조를요구하게되어기존반도체산업의위기가발생할수있음 특히우리나라반도체기업들의경우 호황기를맞고있는메모리반도체에대한투자에집중하고있으며새로운미래기술에대한투자는소극적인모습을보임 새로운흐름을따라가지못할경우 국가주력사업인메모리 반도체의세계시장점유율감소로인해국가경제가위기상황에직면할가능성이높음

118 글로벌기술선도를위한 대추진전략 정부주도의연구지원체계화를통해신속하게차세대인공지능시스템분야선도 뉴로닉 프로그램추진 차세대인공지능관련연구프로세스를총괄하고방향성을제시할수있는국가프로그램추진및전문가로구성된프로그램위원회구성 국제기술교류추진 정부주도로차세대인공지능시스템분야관련국제기술교류및국제공동연구를추진하여세계시장에서기술선도를위한발판마련 플랫폼을구축하여다양한아이디어들을구체화할수있는 발판을마련하고 세계시장에서의표준기술화 뉴로닉컴퓨팅시스템의파운드리화 대학 연구소 중소벤처기업이우수한국내반도체기술을활용하여뉴로닉컴퓨팅시스템을쉽게제작할수있는환경을조성하고퍼스널 플랫폼구현기반마련 중소벤처기업 대기업간상생생태계조성 중소벤처기업과대기업이협력하여표준화된 플랫폼을구축하고중소벤처기업들이이를이용하여다양한제품을개발할수있도록기상생생태계조성 차세대인공지능연구활성화를위한미래지향적 환경조성 산학연의연구역할분담 산학연각기관의강점을살려 상호보완적인연구환경조성 핵심전문인재유치및양성 부족한인력보충을위해 년간핵심전문 인력약 명양성을목표로하는인재유치및양성프로그램수립

119 차세대인공지능기술개발방향 단기추진과제 해외에서이미기술시장을선도하고있는범용하드웨어기반인공지능및뉴로닉컴퓨팅시스템 세대에대한연구도빠른추종자로서그흐름을따라잡을필요가있음 다양한메모리반도체를개선하여뉴로닉컴퓨팅시스템에특화하고 이를이용한디지털기반의시스템최적화모델수립 장기추진과제 단기추진과제와병행하여뉴로닉컴퓨팅시스템기반의차세대인공지능세계선도를위한장기추진과제를제안 특히 세대뉴로닉컴퓨팅시스템의핵심구성요소인시냅스 뉴런 그리고축색돌기와이를이용하여구성한새로운컴퓨팅구조설계와관련된다양한연구개발방향을제시함

120 참고자료 국내외인공지능관련국가주도 프로젝트별세부현황 국외인공지능관련국가주도프로젝트 미국 연구목표 인간의뇌연구를중심으로 조개의뇌시냅스분석을통해개별세포와복잡한신경회로들이시간과공간에서어떻게상호작용하는지밝히고궁극적으로이를시스템에적용하는것을목표로함 세부목표는 심신쇠약장애발생원인을밝히고 신경망에서정보가저장되고처리되는메커니즘을이해하고새로운영상기술을개발하며 지각 판단후행동으로이어지는과정의두뇌활동을규명하고 개별유전자에서신경회로까지뇌의정교한작용을이해하는것 출처

121 참여그룹 연방정부 국립보건원 방위고등연구계획국 국립과학재단 식품의약국 고등정보연구계획국 민간학교 시스템 시스템 민간기관 기업체 등 재단 등 출처

122 연구기간 년프로그램 년 년 기술개발및검증 년 년 개발된기술들을통합하여뇌에관한새로운발견에적용

123 연구내용 뇌신경회로의구조와구성요소의지도화 시공간에걸친신경활동관측및기록 신경회로동작임의조절 뇌신경회로동작과신체행동과의관련연구 뇌의동작을이해하기위한필요한대규모자료분석을위한이론 모델링및통계방법연구 인간의뇌를이해하기위한뇌신호측정및자극관련과학기술개발 관련분야교육 가치의최대화 인간관련연구및동물연구를포함한타연구의동시진행 다양한분야의협력을통한다학제간연구 분자 셀로부터신경회로및시스템까지뇌과학의전분야를아우르는연구 연구자료및결과를공유할수있는플랫폼구축 연구결과검증및확산 뇌과학의윤리적측면검토 예산사용의타당성상시검증 연구성과물 앨런뇌과학연구소에서쥐의뇌신경망 지도작성 년까지 단계로인간과동물대상의병렬적연구 다학제간협력 공간과시간스케일통합 데이터및도구공유플랫폼구축등핵심요소기술개발중 연구비규모 총연구비는약 억달러규모이며 그중 이상기초연구에집중하고 나머지예산을 디바이스 의뇌스캔이미지촬영및분석을위한초미니형광성현미경및시스템을개발과 의슈퍼컴퓨팅을활용한뇌시뮬레이션에투자

124 출처

125 미국 연구목표 두뇌신피질 의인지기능을구현한새로운구조의인지컴퓨터개발 참여그룹 컨소시움 스탠포드대학 코넬대학 콜럼비아대학 메디슨 머세드 컨소시움 보스턴대학 미시간대학 어바인 조지메이슨대학 포틀랜드주립대학 스탠포드대학 연구기간 년 년 연구내용 두뇌신피질의인지기능을구현하는새로운구조의인지컴퓨터개발을목표로하기의 가지핵심기술을연구함 하드웨어 뉴로모픽체계로대변되는인지컴퓨터하드웨어의요소기술인 소자 기능성재료에기반한시냅스소자 뉴런과시냅스의연결을연구 컴퓨팅구조 생물학적신경망의구조와유사한기능을수행할수있으며 기존의폰노이만구조를대체할만한새로운패러다임의컴퓨팅기술개발 전산모사 대규모신경망으로구현된인지컴퓨터의동작전산모사를 위한도구개발 학습환경 인지컴퓨터의인식 인지 반응등의기능평가및학습환경 플랫폼개발

126 출처 단계별연구내용 단계 단위시냅스소자가능성 타진및전산모사를통한네트워크학습가능성타진 시냅스전후세포의결합강도변화로뇌생리학적기억과학습이좌우되는 현상을고집적저전력고신뢰성시냅스소자로구현가능한지타진 개별시냅스소자의특성을반영한모델개발및이를이용한네트워크학습가능성타진 단계 시냅스핵심기능의하드웨어구현및뉴로모픽칩설계를위한예비연구

127 단위 당 개이상의시냅스및 개이상의뉴런을가지는 신경망을구현한뉴로모픽칩제작방법도출 개이상의시냅스및 개이상의뉴런을가지며 이하의 전력을소모하는뉴로모픽칩디자인방법론및가능성타진 개의뉴런을포함하는뉴로모픽칩의동작시뮬레이션 인식 추론의기능확인 시각정보 단계 단위 당 개이상의시냅스및 개 이상의뉴런을가지는뉴로모픽칩제작및동작특성확보 단계 개의뉴런으로구성된단일뉴로모픽칩으로쥐수준의 인지기능확보 단계 여러개의칩을사용하여 개뉴런으로신경망을구성하여 고양이수준의인지기능실현 출처

128 연구성과물 시뮬레이터를이용하여원숭이수준의뇌시뮬레이션에성공 대규모신경망시뮬레이터 개발 억개의뉴런과 조개의시냅스로구성된대규모신경망시뮬레이터개발 개의 와 의메모리로구성된블루진슈퍼컴퓨터를이용하여시뮬레이션 디지털뉴로모픽코어개발 개의뉴런과 개의시냅스로구성된단위디지털뉴로모픽칩코어개발 를이용한코어로시냅스가중치는 에저장됨 고속고집적 기반시냅스어레이개발 기존의 을대체하여단위면적당시냅스의수를극대화할수있는수동형 어레이기반뉴로모픽시스템제안 개발 개의뉴런역할을하는코어를 개집적 코어와시냅스용 메모리로구성된뉴로모픽칩으로단위 당 수준의전력을소모 카메라이미지를분석및추론하고극한환경에서재난상황인지등뉴로모픽칩을사물인터넷에적용하고상용화추진 출처

129 산학연연계 성과창출 스탠포드대학 카네기멜론대학 매사추세츠공대 연구소등과협력하여자동차 청소기 로봇등다양한제품군적용 은 공정을적용한 만개의트랜지스터 개의멤리스터 가집적된어레이를발표 연구비규모 미국방위고등연구계획국 에서 년까지총 억달러 투자 한화약 억원이상

130 국가로봇이니셔티브 출처 연구목표 미국의차세대로봇개발을가속화하고혁신적응용분야에의집중을 위한국가주도적사업지원 참여그룹 미국국립과학재단 미국항공우주국 국립보건원 미국농무부 미국에너지부 미국국방성 공군과학연구소 방위고등연구계획국

131 연구기간 년 년 년 연구내용 인간과의공생관계에서협업하는로봇실현연구 자율성 지능형의사결정향상을위한계산방법및구조 협업형로봇의장기적사회 행동 경제적영향에대한연구 센서시스템 환경센싱시스템 다양한조도에서의물체인식 식품품질센서 인간의신체적정서적상태에대한실시간평가 인간의의도실시간예측등 모델링 인간로봇상호작용모델검증및시뮬레이션 디자인및재료 안전성과편리성향상을위한로봇디자인 생체인식모니터링이가능한웨어러블로봇및스마트의류등 커뮤니케이션 인간의의지및자연언어처리 언어이해 뇌기계인터페이스를통한의사소통 음성및기타의사소통양식개발등 인공지능 인간및기계인식 추론지각운동등을통합하는문제해결구조 인간의추론및행동의메커니즘등 인지및학습 기계인지및인지예측 생명체의인지모델 경험또는다른로봇의경험에서배우는학습시스템등 연구성과물 개주 개로봇개발프로젝트지원 연구비규모 만달러 한화약 억원이상

132 출처 인공지능기술기반무인기술 프로젝트 미국 일반항공기를무인항공기로완전히대체하기위한프로젝트 연구목표 기존의항공기에이착륙은물론어떤상황에서든지항해가가능한고도의자동화기능을추가하여기내승무원수감소 파일럿작업부하감소를통한임무수행능력및항공기안전향상 참여그룹 참여기업

133 연구기간 년 연구내용 기존항공기와의호환성 자율운항등의항공기작동기능을보유하고현존하는항공기로이식이가능한착탈식시스템인터페이스개발 항공기별운용정보파악 다양한항공기로의적용을위해현존하는항공기들의운행절차정보 비행기법정보및모델등조사 인간기계간인터페이스 조종사는경로재설정 감독등의높은수준의입력들만수행하고 낮은레벨의비행유지작업들은자동화를통해개입하지않아도되는시스템개발 무인드론개발프로젝트 를발표하고 차량 포및함대등다양한분야로적용할계획 연구성과물 항공기와 헬리콥터에서 기술의성공적인비행데모설치 조종사가사전설정된계획이나표준행동과정에서벗어난상황 시스템실패등의비행비상상태에서 의성공적인시연 손동작등을인식하는태블릿컴퓨터를통해항공기비행 연구비규모 만달러 한화약 억원이상 만 달러 한화약 억원이상

134 출처

135 유럽 연구목표 인간뇌의구조및기능에관한데이터확보 플랫폼구축 대표적인뇌질환에대한치료법제시 뇌에대한이론체계수립을위해슈퍼컴퓨터를이용하여시냅스의연결구조 신호전달체계등까지정교하게모사 분야 투자규모 단위 유로 억 만 억 만 만 억 만 연구목표 Ÿ 신경과학 의학및컴퓨팅기술에의한프로토타입개발 Ÿ 신경과학및임상연구의가속을위한통합형 플랫폼개발 Ÿ 뇌활동영역간의관계를파악하여수학적인모델개발 Ÿ 일반화된뇌지도를위한필수적인데이터를생성 출처

136 참여그룹 스위스로잔공대 등산업체 학계를포함하여유럽연합국가에 속한 여기관이참여 연구기간 년 년 연구내용 세부과제신경정보학플랫폼 뇌시뮬레이션플랫폼 고성능컴퓨팅플랫폼 의학정보학플랫폼 뉴로모픽컴퓨팅플랫폼 뉴로로봇플랫폼 Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ 주요내용 전세계신경과학자들의데이터 지식을한데모으고 검 증하는플랫폼여러척도에걸치는단일의컴퓨터모델내에기존의데이터를통합하고 누락된데이터를식별하는것이가능하도록만드는플랫폼데이터집약적인모델링과시뮬레이션을위해필요한상호작용하는슈퍼컴퓨팅기술을신경과학자들에게제공하는플랫폼세계에있는치료관련데이터를연합하고 질병에대한생물학적표지자를찾기위한새로운수학적도구들을제공하는플랫폼보다우수한수퍼컴퓨터및두뇌모델을구축하는것을도와줄뇌를닮은하드웨어장치를개발하는플랫폼신경과학연구자등이본프로젝트에서개발된두뇌모델에의하여제어되는가상로봇을사용하여실험을할수있도록해주는플랫폼 뇌시뮬레이션 뇌시뮬레이션플랫폼은기존의잘확립된 시뮬레이터들의병행버전을사용하고 의 에의하여개발된시뮬레이션워크플로우및툴을활용하게될것 연구가진행됨에따라모델이지속적으로보다정확하게되는것을보장할수있는접근방법인데이터와기본원리들의지속적인업데이트방법을사용하게될것

137 의운용단계를위한뇌시뮬레이션플랫폼의장기적목표는첫번째로는완전한생쥐의뇌 그리고궁극적으로는완전한인간의뇌를재구성하는데필요한기술적제공능력을생성해내는것 부상단계를넘어서는목표에대한핵심연구영역은데이터에의해구동되며미래의뇌모델의예측적재구성을위하여요구되는소프트웨어생태계 워크플로우및알고리즘의개발을포함함 전체뇌의모델을포함하는초대형뇌모델을지원하기위한기존브레인시뮬레이터의확장 개별뇌세포내의생화학적프로세스의스케일가능병렬반응확산 시뮬레이션기술의개발 보다덜상세한상위레벨시뮬레이션에서분자적상호작용의 기술 방법을설계하기위하여사용될수있는생물학적 프로세스를위한반응동력학 을예측하는분자동력학및다른분자적시뮬레이션툴 의사용 생물학자들이크기가커지며분자적수준으로내려간데이터를채택하는뇌의모델들을설계하고타당성을검증하기위하여뇌시뮬레이션플랫폼을사용할수있도록하는툴의개발 뉴런형컴퓨팅플랫폼은유럽의 및 프로젝트와영국의 프로젝트에서개발된제공능력위에구축 현재의신경모방물리모델 은 프로세싱기술의단일 상에서 의유연한 시냅스및 개의생물학적뉴런모델을채택 뉴런형다중코어시스템 은 그룹에서개척한접근방식을사용하게될것 단일칩은 의전력을사용하여실시간으로동작하는 백만개의유연한 시냅스를가지는 뉴런들을시뮬레이션할수있음 신경정보학플랫폼은 에 위치하며다른국제적인프로젝트들에의하여지원되는국제신경정보학

138 협력시설 에서개발된툴과지도위에구축됨 는 그리고 와 긴밀하게협력할것임 중요한이슈들 지금까지 상이한소스들로부터의 데이터를상호연계하는아무런표준화된방법이없음 의두번째핵심목표는현대의실험적방법들을통하여생성된 특정한계층의구조적및기능적뇌데이터 를분석하기위한신경정보학적툴을개발하는것이될것임 뇌의모델링과이해를위한세번째필수요구사항은기존의데이터로부터최대의가능한정보들을추출해내는능력과뉴런과시냅스들의특성을그것들을직접측정하지않고도신뢰성있게예측해내는방법 신경정보학적추정을개발해내는것 의학정보학플랫폼은프로젝트를위하여이미가용한데이터소스들 두 개의병원들이이미데이터를제공하였음 을가지고연구를시작하게될것 파트너들에의하여 명이넘는환자들로부터의데이터를사용한 알츠하이머병의 가지하위유형에대한생물학적표지자가확인된제안된 접근방식의기술적타당성이 을사용하여 시연될것 운용단계에서는 의학정보학플랫폼은부상단계에서보다많은수의 데이터소스들을연합하여사용하게될것이며 보다넓은질병의범위에대한연구들을수용하게될것 동시에 대중의의사와규제적환경은데이터보호와암호화에대하여보다 강력한요구사항을강제하게될수있음 뉴런로봇플랫폼은상용으로서개방형소스의게임플랫폼에의하여제공되는 모델링능력을활용하게될것임 뉴런로봇플랫폼은연구자들이가상로봇이브레인모델에연결되고 플랫폼과뉴런형하드웨어상에서동작하는폐쇄회로실험

139 을할수있도록해줄것임 주요한기술개발연구는연구자들이상이한클래스의뇌모델에연결된 시뮬레이션로봇 을사용하여실험을수행할수있도록유연한환경을제공하게될 차릴리즈 에지정된목표에 초점을맞추게될것임 고성능컴퓨팅플랫폼은기존의수퍼컴퓨팅능력을사용하게될것임 이상의대역폭을가지는고속네트워크연결을제공하며 분산된구현 시뮬레이션데이터의글로벌하게병행적인파일시스템을가지는 시스템 에의하여제공되는 의 전용저장용량을가지는클라우드저장능력 출처

140 연구성과물 브레인시뮬레이션플랫폼개발 상에아날로그뉴로모픽칩을집적 개 모듈로약 여개뉴런시뮬레이션가능 영국맨체스터대학교에서는 억개의뉴런을실시간으로시뮬레이션하고인간뇌질환을극복하기위한뇌모델을개선하는데목표를두고 년부터 프로젝트를수행한결과 개의 프로세서 메모리를집적한 칩뉴런코어 코어칩 을개발 출처 브레인시뮬레이션플랫폼개발 소형보드 에서대형랙머신 형태로다양하게운용 보드 약 여개의뉴런을생물학적수행시간과유사하게 시뮬레이션가능

141 출처 신경과학분야유수학회에논문다수출판 년부터현재까지 등 플랫폼개발 플랫폼을오픈소스로공개 독일 스위스 등다수의슈퍼컴퓨팅플랫폼운용 연구비규모 년간추산금액약 억유로이상 한화약 조 억원이상

142 출처 중국 연구목표 신경계에대한기초연구및정보기술인공지능등의분야를망라하는대규모인공지능개발프로젝트로범국가적지원을통해인공지능최강국을목표로함 주요기술목표

143 출처 참여그룹 바이두 연구기간 년 년 년 연구내용 주요 영역 지능형인간컴퓨터상호작용 빅데이터분석및예측 자동주행시스템 지능형의료진단시스템 지능형무인기 군용민용로봇기술 민간과군사용으로빅데이터대용량데이터 분석도구 자율주행차 스마트의료진단 스마트드론무인비행기 개발 중국최대포털바이두 는 년 베른프로젝트 를출범딥러닝

144 분야세계최고권위자인앤드류응 전스탠퍼드대교수를합류시킨 바이두브레인 과제를수행 이과제의목표는빅데이터를활용하여 세유아의지능을갖춘 를개발하는것임 뇌의인지기능을기본으로하는기본메커니즘연구 세포유형맵 연결배선맵 활동맵 을종합하여뇌기능의신경회로기초를이해 알츠하이머병 파킨슨병 자폐증등의뇌질환조기진단 유전자발현프로파일링 뇌영상처리 뇌 기계인터페이스를활용한신경인공관절 인공신경망을활용한뉴로모픽칩 무인자동차 군사 민간용드론 연구성과물 중국은최근딥러닝관련가속기반도체프로세서디안나오시리즈를지속적으로발표하고있으며이를이용하여인공지능반도체기술의선점을노리고있음

145 중국은최근 페타플롭스급의세계최고성능의슈퍼컴퓨터텐허를발표하였으며 이시스템에필요한프로세서는 중국자체적으로개발한것으로알려져있음 이러한반도체기술은향후인공지능시스템을위한기술로발전할전망임 중국상하이자오신반도체에서개발한 프로세서는 년하반기일반 용프로세서로생산이시작될예정 일본 연구목표 로봇및인공지능기술을발전하여생산연령인구감소 고령화등의사회적이슈극복및사회적로봇활용 간호 사회기반시설등 사물인터넷선도 참여그룹 등 개의기업

146 등 개의연구기관 등 개의단체 출처 연구기간 년 년 연구내용 제조및서비스 시스템통합및비용절감이가능한비즈니스구조로전환 부품가공및조립 식품가공등노동집약적인작업에로봇도입 로봇 하드웨어소프트웨어의표준모듈화및공통플랫폼간소화 차세대요소기술개발과같은인간기반프로세스자동화 간병및의료 환자이동장치 걷기지원 배설지원 치매등뇌질환환자보호 목욕지원

147 등의핵심기능개발 수술로봇과같은의료기기개발 사회기발시설 재난 재해 건설 건설작업중의노동절약및자동화를통한노동력부족문제해결 사회기반시설을시각적으로점검하는로봇개발을통해보다효율적이고정교한유지보수 재해조사로봇개발을통해보다신속한재난상황파악 산사태등의 재해현장에서무인시스템을통한효율적인구조 농업및식품산업 자동항법기계를개발하여대규모저비용생산 제초제로봇개발을통한기계화및자동화 첨단환경제어시스템 손상된농산물검사시스템등을통한노동절약 및고품질생산 연구비규모 년간민간투자확대를통한약 억엔규모의로봇프로젝트추진 한화약 조 억원이상

148 국내인공지능관련국가주도프로젝트 연구목표 출처 공식홈페이지 세계최고인공지능기술선도 라는비전을달성하기위하여 미래창조과학부소프트웨어분야의국가혁신기술 과제 자연어를이해하여지식을자가학습하며 전문직종에취업가능 수준의인간과기계의지식소통이가능한지식과지능이진화하는 인엑소브레인 를개발하는것이최종목표 참여그룹 총괄기관 한국전자통신연구원 주관기관 한국전자통신연구원 솔트룩스

149 참여기관 한국전자통신연구원 솔트룩스 충북대학교 강원대학교 나눔기술 아시아나 사이냅소프트 클라우다인 서울대학교 숭실대학교 서울시립대학교 경북대학교 아이와즈 경남대학교 울산대학교 케이솔버 건국대학교 한양대학교 서강대학교 모빌토크 연구기간 년 년 단계 년 년 핵심기술개발 일반지식응답형 단계 년 년 응용기술개발 전문지식융합응답추론형 단계 년 년 글로벌기술개발 다중도메인글로벌 지식융합문제해결형 연구내용 세부 컴퓨터가자연어의의미를이해하고학습하여 전문가수준의의사소통이가능한질의응답형문제를해결할수있는지능진화형질의응답 기술개발 세부 빅데이터이해를통한자가학습형지식베이스및하이브리드추론기술을개발하고 지식증강글로벌서비스가가능한 진화형지식증강서비스플랫폼 구현 세부 인간의학습메커니즘을모사하여스스로지식을학습및이해할수있는 기반의지능원천기술개발 세부 세부과제의자연어질의응답시스템 및 세부과제지식베이스추론시스템 에적용되는비기호적기법기반인간모사형자가학습지능원천기술을개발 세부 분산된이종단위지식기기들간협력 조정 타협등의상호작용을통해단일도메인지식으로해결하기어려운난제들에

150 대한자율협업기반솔루션을제공하는자율지능형지식 기기협업 프레임워크기술개발 연구성과물 년 월 일 주최장학퀴즈우승 년 월 일자연합뉴스보도 연구비규모 총연구비 억원 국가프로젝트 연구목표 전략적 로지능정보기술추격자에서개척자로도약 공통플랫폼기술수준세계 수준으로향상 기술우위확보로 분야글로벌시장점유율 수준까지확대 복지국방치안등국가근간서비스의지능정보화지원 핵심기술의자립기반을확보하여국내 기술산업성장을 위한기반조성하고 중장기적글로벌기술우위확보추진 연구기간 년 년 연구내용 공통플랫폼 언어지능 시각지능 음성지능원천기술격차해소 언어지능 전문지식이해및질의응답서비스기술 시각지능 개체판별및동작상황이해기술 음성지능 언어학습용자유발화인식및생성기술 차세대 기술 학습추론분야등 초기분야선도기술연구 차세대학습추론 원샷러닝 판단근거사후추정등 비디오튜링테스트 영상으로부터지식자동추출등

151 선도서비스도입 국가근간서비스구축위한원천기술 개발확보 복지 지능형휴먼케어로봇 국방 지능형국방경계체계도입 치안 범죄테러신속대응예측시스템도입 연구비규모 총연구비 억원 국고 억원 민간부담 억원 신경망모사기술개발사업 연구목표 출처 신경망모사기술개발사업기획보고서 저전력신경모사하드웨어플랫폼개발을위한멀티스케일요소기술개발을목표로함 정동적정보학습기구연구및학습알고리즘개발연구 신경모사반도체아키텍쳐개발및신경망단위구성요소회로설계 인공시냅스재료개발및미세공정기술개발에필요한원천기술확보를세부연구목표로함

152 참여그룹 총괄기관 한국과학기술연구원 주관기관 한국과학기술연구원 한국과학기술원 참여기관 서울대학교 국민대학교 연구기간 년 년 단계 년 년 신경모사반도체요소기술확보 기반학습테스트베드확보 단계 년 년 신경모사반도체기술심화 고집적 메모리를탑재한범용신경모사반도체기술확보 단계 년 년 신경모사반도체응용기술개발 뇌과학 모델시스템응용등응용처다각화 연구내용 세부 신경세포를모방한알고리즘구현및아키텍쳐개발을통해신경모사반도체기반딥러닝기술확보 세부 시청각을통한실시간인지학습기구연구및신경모사반도체칩개발연구 세부 오프라인학습신경모사회로제작및차세대신경망체계연구 연구성과물 온라인학습용신경모사반도체아키텍쳐확보 이온 기반실시간학습알고리즘개발 연구비규모 총연구비 억원

153 참고자료 국내외특허심층분석 분석대상기술분류체계및특허검색범위 특허기술 특허기술 에서는조사대상국인한국 미국 일본 유럽및 에서의주요국가기술개발활동현황 구간별출원인수와 출원건수의증감정도의분석을통한특허기술성장단계파악및국가간기술경쟁력현황분석등을통해국가별 를분석함 상위 다출원인도출을통하여주요경쟁자현황및 로본주요시장국을분석하고 주요경쟁자들의시장확보력및기술력 주력기술분야에대한파악을통하여경쟁자 을분석하고 주요 시장국에진입건수가많은다출원인을분석하여현재주요시장국의기술을주도하는기업의현황을파악함 심층분석 심층분석에서는기술분류각각에대해 인공지능시스템개발기술과보다밀접한관련이있거나또는향후개발하는연구개발과정에서참조할것이바람직한특허를선별하여 이들특허의기술적내용을중심으로상세하게분석하고 그핵심내용을제시함 또한 인공지능시스템을연구개발중에있는주요출원인의핵심특허를선별하여이들특허의기술적내용 기술적수단 기술적권리범위와상태 이러한기술들간의흐름및특허전략등을종합적으로제시함

154 주요출원국기술개발활동현황 주요출원국내 외국인특허출원현황 위의 그림 은주요시장국내 외국인의특허출원비중과 외국인의국적을분석한결과를수치화하여나타낸것임 특허출원 국가는특허가출원된특허청이소재하고있는국가를말하는것으로 특정시장에서권리활동을나타내는지표임 출원인국적은어느시장에출원했든지간에출원된특허기술을 보유하고있는자의국적으로 기술보유국을의미함 출원인국적을내국인과외국인으로구분하여분석하면 해당

155 출원국가에서자국기술력이우세한지외국기술에대한의존도가높은 지를파악할수있으며 또한내 외국인의출원건수변화추이를연도별로 살펴보면특정시장에서의외국기술유입상황을파악할수있음 주요출원국의내 외국인특허출원현황을살펴보면 전체인공지능 시스템기술과관련한특허출원중에미국출원이 로가장높은점유율을 보이고 그뒤를이어한국출원이 의점유율을보였으며 일본과유럽출원이각각 의점유율을보이고 중국출원이 로가장낮게나타남 내외국인의출원비율이비슷한정도이고 외국인에의한 출원은주로미국국적의출원인을중심으로출원하고있음 건을출원하여 의가장높은점유율을보이고 내국인출원비율이 를차지하는것으로나타나 타국가대비 자국내에서의본기술분야에대한자국내의기술시장이일정수준 이상형성되어있는것으로분석됨 또한 미국의경우해외각국의 주요출원인에해당하며 이는자국시장에서의독점적지위를해외에서도유지하려는강한의지가있는것으로분석됨 일본은외국인출원비율이 이고 미국국적의출원인에의한출원이 건으로 를차지하고 그외중국과한국국적의출원인에 의한특허출원이있는것으로분석됨 유럽은외국인출원비율이 이고 미국국적의출원인에의한출원이 건으로 를차지하여거의대부분의미국국적의출원인은자국시장외에유럽시장에특허를출원하는것으로분석됨 또한 그 외에한국국적의출원인이 건의특허를유럽에출원한것으로나타남 중국은내국인의출원비율이 로 내국인에의한 특허출원이외국인보다높은것으로분석되고 외국인에의한특허출원은주로미국국적의출원인에의한출원이과반수이상을 차지하고있는것으로분석됨 한편 중국의경우 최근구간에서의 특허출원이증가하고있어 향후미국과중국을중심으로본기술분야에대한특허출원이증가할것으로예상됨

156 주요출원인현황및 로본출원국 출원인 삼성전자 포항공과대학교 서울대학교 출원인국적 미국 미국 미국 한국 미국 한국 프랑스 한국 일본 미국 미국 중국 중국 일본 에스케이한국하이닉스 타이완 미국 독일 중국 미국 주요 출원국 건수 한국 미국 일본 유럽 중국 출원국종합 특허출원증가율 최근 년 주력기술분야 미국 뉴런 미국 아키텍처 미국 뉴런 한국 시냅스 미국 뉴런 한국 시냅스 미국 아키텍처 한국 시냅스 미국 일본 학습알고리즘설계 미국 시냅스 미국 아키텍처 미국 아키텍처 중국 아키텍처 시냅스 일본 뉴런 한국 미국 시냅스 미국 뉴런 미국 뉴런 유럽 뉴런 한국 미국 중국 한국 미국 중국 뉴런 학습알고리즘설계

157 인공지능시스템기술분야의주요출원인 을살펴보면 미국의 이 건으로전체다출원인 위로나타났으며 그뒤를이어미국의 및 한국의삼성전자 미국의 등이이기술분야에서다수의특허를출원하고있는것으로나타남 특히 주요출원인 중미국국적의출원인이 명으로가장많았으며 이는미국기업이상대적으로인공지능시스템기술에관한연구개발에보다많은노력을하는것으로분석됨 최다출원인인 은미국에 건을출원하였고 일본에 건 한국에 건 유럽에 건및중국에 건을출원하였으며 최근 년간특허출원증가율이 로출원건수가증가하고있으며 뉴런회로가주력기술분야인것으로나타남 또한 다출원 위를기록한미국의 은미국에 건을 일본에 건 유럽과중국에 건을 한국에 건을출원하였으며 최근 년간특허출원증가율이 로출원건수가증가하고있으며 아키텍처가주력기술분야인것으로나타남 최다출원인은아니지만 최근중국에서의특허건수가증가하고있는것으로나타나며 특히 등의출원인이중국과미국에특허를출원하고있는것으로분석되고 향후 미국과중국에서의본기술 분야에대한연구개발이활발하게진행될것으로분석됨 주요출원인들의주요출원국 최근연구활동및주력개발분야의 파악을위하여 주요출원국별출원건수 최근 년간의특허출원증가율및주력기술분야를비교분석한결과 주요출원인들은전반적으로 자국에서활발한특허활동을하여자국이외에주요출원국에 출원건수가저조한것으로분석되었으며 특허출원증가율은주요출원인별로다르지만미국의 및 의특허출원의증가세가돋보였고 주력기술분야역시주요출원인별로다르지만뉴런 회로 분야에가장많은출원을진행한것으로분석됨

158 주요출원인의세부기술별현황 상위 위에해당하는미국의 및 은 뉴런소자 기술에집중하여연구를진행하고있는것으로 분석되며 자국내의출원비중이높은것으로분석됨 한국의삼성전자는국내와미국의출원비중이높고 시냅스소자 기술에 대한출원이비교적많은것으로나타나고 자국및미국으로의출원이절반이상인것으로분석됨 상위 위에해당하는주요출원인은미국기업이 개로절반정도이고 그외한국기업은 개기관삼성전자 포항공과대학교및서울대학교이랭크되어있어 인공지능반도체기술분야에있어 미국기업이주도적으로기술을개발중에있으며 한국또한본기술분야에대한관심도가높은것으로분석됨 대다수의출원인은미국에특허를출원하였고 뉴런회로 및시냅스소자 기술에대한출원이비교적많은것으로분석됨 미국의기업의경우 뉴런회로와관련된기술이다수를차지하고있으며 한국의 출원인은시냅스소자 기술에대한특허출원이많은것으로분석됨

159 국가간특허활동력 구분 08`~11` 12`~15` 증감율 (%) 이전구간 ( 건 ) 최근구간 ( 건 ) 한국 % 미국 % 일본 % 유럽 % 중국 % 총계 ( 건 ) % 국가간의특허활동력을분석한결과 전체이전구간 년 년 대비최근구간 년 년 의특허출원증가율은 이고 중국의특허출원증가율이 로가장많이증가한것으로분석됨 그다음으로는일본의출원증가율이 로증가하였으며 한국은 이전구간대비 증가한것으로분석됨 미국의경우전체국가대비특허출원건수가가장많은것으로 분석되어본기술분야에서의선도국으로분석되나 최근구간의 중국에서의특허출원이증가하고있는것으로분석되어향후중국에서의 본기술분야에관한특허출원이급격하게증가할것으로분석됨

160 최근 년 년 년 의다출원인현황 최근 년년년 동안의다출원인을분석한결과 미국의 이가장많은특허를출원하고있는것으로나타나 본기술분야의주요출원인임을알수있음 최근 년동안의다출원인을살펴보면 중국의특허출원이상위에 랭크되어있음을알수있고 특히 등중국출원인의 특허출원건수가증가하고있는것으로분석됨 최근중국에서의본기술분야에대한관심도가높아졌음을알수있으며 향후미국다음으로중국을중심으로본기술분야가개발될것으로예상됨 5) 출원인 ( 출원인국적, 해당기술분야의총출원건수 )

161 핵심특허분석 분석대상특허선정기준 선정기준 선정이유 기술적유사도 패밀리특허국가수 주요출원인보유특허 등록여부 특허청구범위및기술적유사도검토후핵심특허로 선정패밀리특허출원이많을수록기술에의한의지가강하 다고판단 특허적가치및영향력이높다고볼수있음주요분쟁은기업위주로발생하므로 개인출원은의미 없음등록건이아닌경우 침해의미없음 등록건이아니어도기술적으로유사한경우핵심특허 로포함 핵심특허분석을위해인공지능시스템기술의전체유효데이터 건 중공개 등록특허를대상으로하여기술적내용및구성과목적이 유사한핵심특허군을추출하였음 분석대상특허선정결과 인공지능시스템기술의핵심특허를추출한결과 주요출원인별로핵심 특허군을분류하여각출원인별핵심특허및연구개발기술을도출 주요출원인별핵심특허군 인공지능시스템기술의핵심특허전체를동일기술그룹으로 재분류한결과는다음과같음

162 각핵심특허군의주요출원인의핵심특허별로심층분석을 수행하였으며 주요출원인은 삼성전자 서울대학교및 포항공과대학교가있음

163 핵심특허군분석 핵심특허군을분석한결과 은초장기인 년부터다양한 뉴로모픽컴퓨팅시스템을개발하였으며 가장최근은다단계 크로스바를이용한아키텍처에특허출원을진행하였고 또한 가장 높은특허집중도를보임 출원번호발명의명칭핵심기술

164

165 핵심특허군분석 은 중심의뉴로모픽아키텍처를특허화하였으며 최근 의기술을일부이전하였음 초기 의 구현등의하드웨어중심에서 을위한일반컴퓨팅시스템등의 아키텍처중심으로연구개발을진행중인것으로분석됨 출원번호발명의명칭핵심기술

166

167

168 핵심특허군분석 은 년기간동안다수의유사특허를출원하였으며 에서출발하여최근 을중심으로 연구개발하고있는것으로분석됨 특허중일부는 에기술이전된것으로분석됨 출원번호발명의명칭핵심기술

169 에양도 에양도 에양도 에양도

170 핵심특허군분석 은가장최근에본기술분야에대한연구를시작하는단계인것으로분석되며 에관한기술을연구개발하여 년 월에 건의특허를동시출원함 출원번호발명의명칭핵심기술

171 핵심특허군분석 은비교적최근에본기술분야에대한연구를시작하는단계인것으로 분석되며 에관한기술을연구개발진행중인것으로분석됨 출원번호발명의명칭핵심기술

172 핵심특허군분석 은 에관한 기술을연구개발진행중인것으로분석됨 출원번호발명의명칭핵심기술

173 핵심특허군분석 은초기 및 에관한기술을연구개발하여가장최근에는 을중심으로 연구개발을진행중에있는것으로분석됨 출원번호발명의명칭핵심기술

174 핵심특허군분석 은초기 에관한기술을연구개발하였고 가장최근에는 을중심으로연구개발을진행중에있는것으로분석됨 출원번호발명의명칭핵심기술

175 핵심특허군분석 은 을중심으로연구개발을 진행중에있는것으로분석됨 출원번호발명의명칭핵심기술

176 삼성전자핵심특허군분석 삼성전자는초기 에관한기술을 연구개발하여가장최근에는 을중심으로 연구개발을진행중에있는것으로분석됨 출원번호발명의명칭핵심기술 6 US 13/ Synapse for function cell of spike Synapse for

177 7 8 ( ) US 15/ ( ) US 15/ ( ) timing dependent plasticity (STDP), function cell of STDP, and neuromorphic circuit using function cell of STDP METHOD OF FABRICATING SYNAPSE MEMORY DEVICE NONVOLATILE MEMORY TRANSISTOR AND DEVICE INCLUDING THE SAME function cell of STDP ( 포항공대 ) Synapse Memory 서울대학교핵심특허군분석 서울대학교는초기 에관한기술을 연구개발하여가장최근에는 을 중심으로연구개발을진행중에있는것으로분석됨 출원번호발명의명칭핵심기술

178 포항공과대학교핵심특허군분석 포항공과대학교는 및 을중심으로연구개발을진행중에있는것으로분석됨 출원번호발명의명칭핵심기술