[GAM]엔비디아 양자 인프라 표준 장악 ① NVQLink 왜 혁신인가

하이브리드 인프라 승부수

CUDA의 양자 확장

장기 안목으로 접근

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[서울=뉴스핌] 황숙혜 기자 = 인공지능(AI) 칩 대장주 엔비디아(NVDA)가 양자 컴퓨팅 시장을 정조준하고 나섰다. 자체적으로 양자 컴퓨터를 개발하지는 않지만 인프라 표준을 장악한다는 전략이다.

젠슨 황 엔비디아 최고경영자(CEO)는 최근 워싱턴 D.C.에서 열린 엔비디아 글로벌 기술 컨퍼런스 기조 연설에서 양자 프로세서를 효과적으로 작동시키는 데 필요한 AI 슈퍼컴퓨터와 연결하는 인터커넥터인 NVQLink를 공개해 IT 업계와 월가의 시선을 끌었다.

그는 "NVQLink가 양자 컴퓨터와 기존 슈퍼컴퓨터를 연결하는 로제타 스톤"이라고 말했다. 고대 문자 해독의 열쇠처럼 양자와 기존 컴퓨터를 연결하는 열쇠라는 얘기다.

양자 프로세서는 양자 물리학 원리를 활용해 오늘날 기존의 컴퓨터로는 해결할 수 없는 문제를 풀어내는 근본적으로 새로운 컴퓨팅을 대표한다.

과학적 발견에서 금융에 이르기까지 양자 컴퓨팅 기술의 잠재력은 가늠하기 힘들 정도로 크다는 데 전문가들은 입을 모은다.

하지만 기업과 연구자들에게 의미 있는 결과를 제공하려면 양자 컴퓨터가 할 수 없는 계산을 수행하고 자연적으로 발생하는 오류를 수정하는 고성능 기존 컴퓨터와 통합돼야 하는데 이 과정을 오류 수정이라고 한다.

엔비디아의 산업 공학 및 양자 부문 총괄 매니저인 팀 코스타는 이번 컨퍼런스에서 QPU(양자 프로세서 유닛)로 알려진 양자 프로세서와 엔비디아 GPU(그래픽 처리장치) 같은 AI 칩을 모두 포괄하는 이런 유형의 하이브리드 인프라가 필요하다는 데 업계가 대체로 동의하고 있다고 전했다. 부분적으로는 본격적인 오류 수정을 수행하는 데 AI가 필요하기 때문이다.

일부 기업들이 이전에 양자 프로세서를 AI 슈퍼컴퓨터와 통합하려고 시도했지만 그 연결이 빠르고 대규모의 오류 수정이 필요한 속도와 규모를 제공하지 못했다고 코스타는 지적했다.

엔비디아는 자사의 새로운 인터커넥터가 대규모 양자 컴퓨팅의 진정한 가능성을 실현하는 데 필요한 속도와 규모를 제공하는 최초의 솔루션이라고 주장한다.

업체는 아이온큐(IONQ)를 포함해 10여개 이상의 양자 기업들과 샌디아 국립연구소, 오크 리지 국립연구소 등 여러 연그소들과 협력했다.

이번에 공개된 인터커넥터 NVQLink는 개방형 아키텍처를 기반으로 구축했으며 이온 트랩과 초전도, 광자 등 다양한 양자 방식에서 작동한다.

개방성이 핵심인데, 이는 국립연구소들이 이제 양자 역량이 가용해질 때 이를 활용할 준비가 된 슈퍼컴퓨터를 개발할 수 있게 된다는 의미라고 코스타는 설명했다.

그는 "미래에는 모든 양자컴퓨터가 계산할 수 있는 문제를 확장하기 위해 양자 프로세서를 활용할 전망이고, 모든 양자 프로세서는 올바르게 작동하기 위해 슈퍼컴퓨터에 의존하게 될 것"이라고 내다봤다.

NVQLink는 GPU 컴퓨팅과 양자 프로세서를 긴밀하게 결합해 가속 양자 슈퍼컴퓨터를 구축하기 위한 개방형 시스템 아키텍처라고 업계 전문가들은 설명한다. 쉽게 말하면, 양자 컴퓨터와 기존의 슈퍼컴퓨터를 연결하는 다리인 셈이다.

엔비디아는 왜 NVQLink를 개발했고, 이를 통해 양자 인프라 시장을 장악할 수 있다고 자신하는 것일까.

양자 컴퓨터의 연산 단위인 큐비트(qubit)는 섬세하고 오류가 발생하기 쉽기 때문에 복잡한 보정과 양자 오류 수정, 기타 제어 알고리즘이 올바르게 작동하려면 초저지연과 고처리량 연결이 필요하다. 양자 컴퓨터 자체만으로는 실용적인 계산이 어렵기 때문.

NVQLink는 이 점에 착안해 개발됐다. 주요 외신들은 핵심 기능을 세 가지로 설명한다. 먼저, 하이브리드 컴퓨팅이다. 양자 하드웨어를 최첨단 가속 컴퓨팅과 긴밀하게 통합해 QPU 개발을 대규모로 지원한다.

둘째는 초저지연 연결이다. 마이크로초 지연 시간으로 실시간 데이터 교환 및 제어를 가능하게 한다. 마지막으로 양자 오류 수정이다. GPU의 막강한 연산력으로 실시간 오류 수정이 가능하다.

기존 GPU 기반의 슈퍼컴퓨터와 양자 컴퓨팅 프로세서를 지연 시간이 매우 짧고 처리량이 매우 높은 초고속 네트워크로 연결하는 셈이다. 이를 통해 기존 범용 AI 연산과 양자 알고리즘 실행이 자유롭게 혼합된 하이브리드 컴퓨팅 워크플로우가 구현된다고 엔비디아는 설명한다.

NVQLink의 강점으로는 확장성과 개방성이 꼽힌다. 다양한 QPU 및 주요 양자 컨트롤러와 호환되는 오픈 플랫폼 아키텍처이기 때문에 전세계 슈퍼컴퓨터 센터와 국립연구소, 그 밖에 다양한 양자 연구기관들과 협력해 개발됐다는 얘기다.

통합 소프트웨어 환경도 NVQLink의 경쟁력으로 꼽힌다. 엔비디아의 CUDA-Q(구 CUDA Quantum) 생태계를 양자 컴퓨팅 영역으로 확장했다는 설명이다.

엔비디아의 CUDA는 본래 GPU를 사용할 수 있게 해주는 병렬 컴퓨팅 플랫폼인 동시에 프로그래밍 모델이다. GPU의 수많은 코어를 동시에 활용해 계산을 병렬로 처리함으로써 CPU(중앙 처리장치)만 사용할 때보다 연산 속도를 획기적으로 높이는 기술이다.

C와 C++, 파이썬 등 기존의 컴퓨터 언어로 프로그래밍을 할 수 있기 때문에 전문 개발자들이 GPU의 고유한 성능을 쉽게 끌어다 쓸 수 있다.

본래 복잡한 그래픽 연산 뿐 아니라 과학적 계산과 AI, 데이터 분석 등 복잡한 연산을 빠르게 처리하기 위해 만들어졌다

최근에 공개된 NVQLink는 앞서 설명한 것처럼 GPU와 QPU를 직접 연결하는 하드웨어 및 소프트웨어 인터페이스로, 기존 CUDA 생태계의 경우 GPU 기반의 병렬 연산에 한정돼 있었지만 이제 QPU까지 확장해 말하자면 'GPU+QPU 하이브리드 슈퍼컴퓨터'로 연결할 수 있게 됐다.

CUDA 생태계를 양자 영역으로 확장했다는 의미는 기존에 GPU 병렬 컴퓨팅만 가능했던 단계에서 NVQLink를 통해 GPU와 양자 프로세서를 하나의 시스템처럼 연결해 양자 알고리즘은 GPU에서 직접 실행하거나 두 프로세서를 오가며 최적의 연산을 할 수 있게 됐다는 뜻이다.

이를 통해 직접 양자 컴퓨터 개발에 뛰어들지 않은 엔비디아가 양자 시대의 필수 인프라를 선점하겠다는 복안이다. 마치 스마트폰을 직접 만들지 않지만 ARM 칩셋으로 모바일 시장을 장악한 것과 같은 논리다.

다만, 현실적인 한계가 없지 않다. 실용적인 양자 컴퓨터가 개발되고 각 산업에서 본격적으로 도입되는 데까지 5~15년의 시간이 걸릴 전망이고, 젠슨 황의 말대로 모든 슈퍼컴퓨터가 하이브리드가 될 것이라는 얘기는 하나의 전망일 뿐 확정된 미래가 아니기 때문이다.

시장 전문가들은 양자 컴퓨팅 시장의 성장을 겨냥한 엔비디아 베팅은 10년 가량 긴 안목으로 접근해야 한다고 조언한다.