세계 최초 개인정보 보호하는 AI반도체 개발

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술원(KAIST) 전기및전자공학부 유민수 교수팀이 세계 최초로 개인정보를 보호할 수 있는 인공지능(AI) 어플리케이션(앱)의 성능을 끌어올리는 AI 반도체를 개발했다.

22일 연구진에 따르면, 이 반도체는 현재 가장 널리 사용되는 AI 프로세서인 구글 TPUv3 대비 차등 프라이버시 AI 학습 과정을 3.6배 빠르게 실행시킬 수 있다. 또한, 엔비디아의 최신 GPU A100 대비 10배 적은 자원으로 비슷한 성능을 보인다.

이 AI 반도체는 지금까지는 없던 차등 프라이버시가 적용된 AI 반도체를 세계 최초로 개발했다는 점에서 의의가 있다. 유민수 교수는 "이번 AI반도체 개발을 통해서 기존 하드웨어의 한계로 널리 쓰이지 못했던 차등 정보보호 기술의 대중화에 도움을 줄 수 있을 것"이라고 전망했다.

구글, 애플, 마이크로소프트(MS) 같은 기업들은 전 세계 수십억 사용자들에게 AI 기술을 기반으로 여러 서비스를 제공하고 있다. 대표적으로 유튜브나 페이스북은 개개인별 취향에 맞춰 동영상 콘텐츠나 상품 등을 추천한다. 또구글 포토와 애플 아이클라우드에서는 사진을 인물 별로 분류해주는 '안면 인식 기술' 등이 있다
이 서비스들은 사용자 정보를 대량 수집해, 이를 기반으로 AI 알고리즘의 정확도와 성능을 개선한다. 이때 많은 양의 개인정보가 기업 데이터센터로 전송, 민감한 개인정보와 파일들이 저장되고 사용되면서 정보가 유출되는 문제가 발생하기도 한다.

이 때문에 빅테크 기업은 '차등 프라이버시' 기술에 주목하고 있다. 차등 프라이버시 기술은 학습에 사용되는 학습 방향 기울기(그라디언트)에 잡음(노이즈)를 섞음으로써 AI 모델로부터 개인정보를 유출하는 모든 종류의 공격을 방어할 수 있다.

그럼에도 불구하고, 차등 프라이버시 기술은 기존 대비 앱의 속도와 성능이 크게 하락해 아직까지 일반적으로 널리 적용되지는 못했다. 이는 기존 하드웨어에서 효과적으로 실행되지 않아 메모리 사용량과 학습 속도, 하드웨어 활용도에서 비효율적이기 때문이다.

연구진이 개발한 차등 프라이버시 머신러닝을 위한 AI 반도체는 외적 기반 연산기와 덧셈기 트리 기반의 후처리 연산기 등으로 구성했다.

즉, 차등 프라이버시 기술의 성능 병목 구간을 분석해 성능을 크게 개선시켰다.

이번 연구는 KAIST 전기및전자공학부 박범식, 황랑기 연구원이 공동 제1 저자로, 윤동호, 최윤혁 연구원이 공동 저자로 참여했다.

이 연구 내용은 오는 10월에 미국 시카고에서 열리는 컴퓨터 구조 분야 최우수 국제 학술대회인 'MICRO 2022'에서 발표될 예정이다.

[e-mail] 김만기 기자