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멀티모달 대형언어모델이 GPT-4V를 뛰어넘다
멀티모달 대형 언어모델이란 텍스트뿐만 아니라 이미지 데이터 유형까지 처리할 수 있는 초대형 언어모델을 말한다. 해외 대형 기업의 풍부한 컴퓨팅 자원의 지원으로부터 인간의 뇌에 있는 신경망의 개수와 유사한 수준초대형모델들이 만들어지고 있으나 학계에서는 이런 개발이 쉽지 않았다. KAIST 연구진이 오픈AI의 GPT-4V와 구글의 제미나이-프로(Gemini-Pro)를 뛰어넘는 멀티모달 대형언어모델을 개발하여 화제다.
우리 대학 전기및전자공학부 노용만 교수 연구팀이 오픈AI(OpenAI)의 GPT-4V 등 기업에서 비공개하고 있는 상업 모델인 초대형 언어모델의 시각 성능을 뛰어넘는 공개형 멀티모달 대형 언어모델을 개발해 출시했다고 20일 밝혔다.
노용만 교수 연구팀은 단순히 모델의 크기를 키우거나 고품질의 시각적 지시 조정 데이터셋을 만들지 않고 멀티모달 대형언어모델의 시각 성능을 획기적으로 높인 콜라보(CoLLaVO), 모아이(MoAI) 2가지 기술을 연속적으로 개발했다고 밝혔다.
연구팀이 개발한 첫번째 기술인 ‘콜라보(CoLLaVO)’는 현존하는 공개형 멀티모달 대형언어모델이 비공개형 모델의 성능에 비해 현저하게 낮은 이유를 일차적으로 물체 수준에 대한 이미지 이해 능력이 현저하게 떨어진다는 것을 먼저 검증해 보였다.
해당 능력을 효율적으로 증가시켜 시각-언어 태스크에 대한 성능을 향상 하기 위해 연구팀은 이미지 내의 정보를 배경과 물체 단위로 분할하고 각 배경 및 물체에 대한 정보를 멀티모달 대형언어모델에 입력으로 직접 넣어주는 새로운 방법‘크레용 프롬프트(Crayon Prompt)’라는 시각적 프롬프트를 새롭게 제안했다.
또한 시각적 지시 조정 단계에서 크레용 프롬프트로 학습한 정보를 잃어버리지 않기 위해 연구팀은 물체 수준 이미지 이해 능력과 시각-언어 태스크 처리 능력을 서로 다른 파라미터로 학습해 서로 간의 정보를 잃지 않게 만드는 획기적인 학습 전략인 ‘듀얼 큐로라(Dual QLoRA)’를 제안했다. 이를 통해, 콜라보(CoLLaVO) 멀티모달 대형언어모델은 이미지 내에서 배경 및 물체를 구분하는 능력이 뛰어나 일차원적인 시각 구분 능력이 크게 향상됐다고 밝혔다.
두 번째 대형언어모델인 ‘모아이(MoAI)’는 인간이 사물을 판단할 때 물체의 존재, 상태, 물체 간의 상호작용, 배경에 대한 이해, 텍스트에 대한 이해 등으로부터 상황을 판단하는 인지과학적인 요소에 영감을 받아서 만들어졌다고 밝혔다.
이는 기존 멀티모달 대형언어모델이 텍스트에 의미적으로 정렬된 시각 인코더(vision encoder)만을 사용하기 때문에, 이미지 픽셀 수준에서의 상세하고 종합적인 실세계 장면 이해가 부족하다는 점을 지적하며 이런 컴퓨터 비전 모델들의 결과를 받으면 모두 인간이 이해할 수 있는 언어로 변환한 뒤에 멀티모달 대형언어모델에 입력으로 직접 사용했다.
노용만 교수는 “연구팀에서 개발한 공개형 멀티모달 대형언어모델이 허깅페이스 일간 화제의 논문(Huggingface Daily Papers)에 추천됐고, 각종 SNS를 통해 세계 연구자에게 알려지고 있으며, 모든 모델을 공개형 대형언어모델로 출시 했기 때문에 이 연구모델이 멀티모달 대형언어모델 발전에 기여할 것이다”이라고 언급했다.
연구팀이 개발한 멀티모달 대형언어모델인 콜라보(CoLLaVO)와 모아이(MoAI)는 KAIST 전기및전자공학부 이병관 박사과정이 제1 저자로 참여하고 박범찬 석박사통합과정, 김채원 박사과정이 공동 저자로 참여했다.
콜라보(CoLLaVO)는 자연어 처리(NLP) 분야 최고의 국제 학회인 ‘Findings of the Association for Computational Linguistics(ACL Findings) 2024’에 5월 16일 자로 학회에 승인받았고, 모아이(MoAI)는 컴퓨터 비전 최고의 국제 학회인 ‘European Conference on Computer Vision(ECCV) 2024’학회 승인 결과를 기다리고 있다고 밝혔다.
한편 이번 연구는 KAIST 미래국방 인공지능 특화연구센터 및 전기및전자공학부의 지원을 받아 수행됐다.
[1] CoLLaVO 데모 GIF 영상
https://github.com/ByungKwanLee/CoLLaVO
[2] MoAI 데모 GIF 영상
https://github.com/ByungKwanLee/MoAI
2024.06.20
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신성철 前 KAIST 총장, 이탈리아 국가 친선 훈장 수훈
신성철 전 총장이 세르지오 마타렐라 이탈리아 대통령으로부터 국가 친선 훈장을 수훈했다. 훈장 수여식은 3일 에밀리아 가토 주한 이탈리아 대사가 주관하는 이탈리아 국경일 리셉션에서 열렸다. 신 전 총장이 수훈한 국가 친선 훈장은 '이탈리아의 별 기사 훈장(Ordine di Stella d’Italia)'으로 이탈리아와 특정 국가 간 교류에 이바지한 사람에게 주어진다.
수훈자는 이탈리아 훈장자문위원회의 자문을 거쳐 이탈리아 외교협력부 장관이 이탈리아 대통령에게 추천하여 선정된다. 이탈리아 공화국 친선 훈장은 기사단 형식을 취하며, 신성철 전 총장에게는 기사(카발리에레-Cavaliere)급 훈장이 수여됐다. 세계적인 소프라노인 조수미 KAIST 문화기술대학원 초빙석학교수도 2019년 같은 친선 훈장을 수훈한 바 있다.
신성철 전 총장은 2022년 11월부터 외교부 대한민국 과학기술협력 대사직을 수행하며 한국과 이탈리아의 과학 협력 강화에 크게 이바지해왔다. 특히, 대한민국 국회 및 메타버스 얼라이언스와 공동주최한 ‘2023 한-이탈리아 메타버스와 윤리 심포지엄’ 개최에 크게 공헌했다.
또한, 지난해 11월 세르지오 마타렐라 이탈리아 대통령이 국빈으로 방한시 체결했던 기초과학·첨단기술·우주항공 총 3건의 협력 MOU 체결에도 핵심적인 역할을 수행했다.
이탈리아 대사관 관계자는 "이번 수훈은 한-이 과학기술 협력 증진을 향한 이탈리아의 관심을 반영하고, 그간 신성철 대사의 공로를 인정하기 위한 것"이라고 밝혔다.
신성철 전 총장은 "영예로운 이탈리아 국가 친선 훈장을 수훈하게 된 것은 개인의 영광뿐 아니고 한국 과학계의 영광"이라고 소감을 전했다. 신 총장은 이어 "앞으로도 양국의 과학기술 협력 증진을 위해 지속적으로 노력해 21세기 기술패권시대에 양국의 과학기술 경쟁력을 높이는 일에 기여하겠다"라고 덧붙였다.
신성철 전 총장은 서울대학교 응용물리학과를 졸업했으며, 1977년 KAIST 고체물리학 석사, 1984년 노스웨스턴대학교 재료물리학 박사학위를 취득했다.
나노자성학 분야 세계적인 과학자이자, 이공계 인재 양성의 혁신적인 리더로 지금까지 300편이 넘는 논문을 게재했으며, 특허 37건을 등록했다. 전문가 및 대중을 대상으로 430여회 강연을 진행했고, 80명의 박사후연구원과 석박사 과정 학생들을 지도한 바 있다.
한편, 한국물리학회 및 한국자기학회 회장을 역임했으며, 미국물리학회 석학회원(Fellow) 및 한국한림원 종신회원이다. 대한민국 대통령이 수여하는 '대한민국 최고과학기술인상', '과학기술훈장 창조장' 등을 다수 수상했다.대구경북과학기술원(DGIST) 초대 총장 및 제2대 총장을 지냈으며, KAIST 16대 총장, 국가 과학기술 자문회의 부의장(대통령 의장)을 역임했다. 2022년 11월부터 대통령이 임명한 대한민국 과학기술협력 대사로 활동하고 있다.
2024.06.04
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한-영 인공지능 협력 강화, KAIST-앨런 튜링 연구소 협력 협정 체결
우리 대학이 세계적인 국책 인공지능 연구기관인 영국의 앨런 튜링 연구소(Alan Turing Institute)와 이달 22일 '인공지능 및 데이터 과학 연구 협력 강화'를 위한 협력 협정을 체결했다.
한국과 영국 정부가 공동 주최한 'AI 서울 정상회의 2024'에 맞춰 체결된 이번 협력 협정을 바탕으로 향후 두 기관은 인공지능 및 데이터 과학 분야의 공동연구를 추진한다. 우리 대학김재철AI대학원(원장 정송)과 앨런 튜링 연구소 간의 인턴십·단기 파견 등의 인력교류와 파트너십 프로젝트를 통한 지식 교환 등 다양한 분야에서 학술 협력도 진행할 예정이다.
미셸 도넬런(Michelle Donelan) 영국 과학혁신기술부 장관은 "앨런 튜링 연구소와 KAIST 간의 합의 발표는 영국이 전 세계 파트너와의 협력적 접근 방식을 통해 혁신을 촉진하여 신기술이 제공하는 엄청난 잠재력을 완전히 실현할 수 있도록 하겠다는 의지를 더욱 입증한다"라고 밝혔다.
앨런 튜링 연구소의 과학 및 혁신(국방 및 국가 안보) 책임자인 팀 왓슨(Tim Watson) 교수는 "인공지능과 데이터 과학은 글로벌 과제와 글로벌 기회를 모두 제시하고 있으며, 한국에서 가장 권위 있는 대학인 KAIST와 중요한 파트너로 협력을 강화하게 되어 기쁘다"라고 전했다. 이어, "이는 양국이 이러한 강력한 기술을 사용하여 사회가 직면한 가장 큰 문제를 해결하는 데 도움이 될 것이다"라고 덧붙였다.정송 KAIST 김재철AI대학원 원장은 "두 기관 간의 긴밀한 협력을 통해 인공지능의 책임 있는 개발과 사용을 장려하고 인공지능이 모두를 위해 공평한 혜택을 보장할 수 있는 단계까지 발전하도록 연구와 노력을 이어가겠다"라고 전했다.
2024.05.30
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산업디자인학과, 프랑스 파리에서 올림픽 기념 특별기획전 참여
우리 대학이 프랑스 현지에서 이달 23일부터 10월까지 열리는 2024 파리올림픽 기념전 ＜한국의 놀이＞ 특별기획전에 참여한다. 올림픽의 어원에 있는 '놀이'를 재해석하고 과거·현재·미래를 아울러 다채로운 한국의 놀이문화를 다루는 전시로 주 프랑스한국문화원이 주최한다. 한국과 프랑스의 다양한 문화예술기관과 기업 등이 협력하며, 우리 대학 산업디자인학과(학과장 이우훈) 7개 연구실이 연구·교육기관 소속으로는 유일하게 참여한다.
우리 대학이 전시를 맡은 '미래의 놀이 실험실'에서는 산업디자인 연구의 최전선이라 할 수 있는 디자인·예술·공학이 융합된 전시를 통해 미래의 놀이가 나아갈 방향성을 제시한다.▴창의적인 놀이 활동을 통해 융합 교육을 도와주는 증강현실 시스템을 선보이는 남택진 교수팀의 '오토마타스테이지(Automata Stage)' ▴최신 인공지능 기술로 퍼스널 컬러를 진단하는 석현정 교수팀의 '어센틱 컬러 플레이(Authentic Color Play)' ▴손가락 사이에 있는 가상의 물체를 사용자가 느끼게 하는 햅틱 컨트롤러와 웨어러블 디바이스를 소개하는 안드레아 비앙키 교수팀의 '스피노키오와 스피노키엣또(SpinOcchio & SpinOcchietto)' 등 사용자 체험형 전시가 마련된다. ▴전등 갓의 모양 변화에 따라 램프에서 나오는 빛의 강도와 방향을 바꿀 수 있는 배상민 교수팀의 키네틱 조명 '딜라이트(D'light)' ▴전기차 기술을 활용해 미래 모빌리티 디자인의 비전을 제시하는 박현준 교수팀의 '부가티 '숨'(Bugatti Le Souffle)' 등 제품 및 모빌리티 디자인도 선보인다. ▴지구 온난화로 인해 위협받는 빙하의 메시지를 전하는 인터랙티브 아트 설치 작품을 선보이는 이우훈 교수팀의 '스노우 메시지(Snow Message)' ▴인류세의 모습들을 상징적으로 표현하는 웹 기반 인터랙티브 작품인 강이연 교수팀의 '미지의 영토(Uncharted Territory)' 등 인터랙션 디자인도 함께 관람할 수 있다.
우리 대학 산업디자인학과는 인터랙션 디자인과 인간-컴퓨터 상호작용(HCI) 분야에서 세계적으로 인정받는 우수한 연구성과를 보유하고 있다. 올림픽 개최지에서 5개월간 진행되는 이번 전시를 통해 기술·공학 분야는 물론 문화·인문학적으로도 뛰어난 융복합 연구성과를 전 세계 방문객들에게 소개할 방침이다. 이우훈 산업디자인학과장은 "한국인의 감성으로 기술을 인간화한 7개의 전시 작품은 한국적 디자인의 정체성을 전 세계 관람객들에게 각인하는 계기가 될 것으로 기대하고 있다"라고 전했다. 이어, "학계를 중심으로 성과를 인정받아 온 연구자들에게는 이번 전시가 디자인과 문화예술의 접점을 모색하고 연구의 지평을 넓혀가는 새로운 도전이 될 것"이라고 덧붙였다.
2024.05.23
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기술가치창출원, 창업지원 벤처 투자자 정기미팅(DCM) 개최
우리 대학이 창업과 기술사업화 확대를 위한 벤처캐피탈(이하 VC) 대표들과의 미팅을 5월 2일부터 이틀간 대전 롯데시티호텔대전에서 진행했다.
기술가치창출원이 주관하는 이번 행사는 우리 대학 교수진과 VC 대표들이 정기적인 만남(Department Capital Meeting, 이하, DCM)을 통해 상호 네트워크를 구축하는 자리다. 창업과 기술사업화에 관심 있는 교수들의 도전 정신을 장려하고 역량을 강화하는 취지로 21년 11월에 시작했다.
6회째를 맞은 올해 행사에는 미래과학기술지주, 블루포인트파트너스, 선보엔젤파트너스, 에이티넘인베스트먼트, 카이스트청년창업투자지주, 카이트창업가재단, 컴퍼니케이파트너스, 포스코기술투자, 프라이머사제파트너스, DSC인베스트먼트까지 총 10개의 중대형 투자 회사와 창업 초기 투자 VC 기관의 대표이사가 참여했다.
우리 대학에서는 김동규 교수(물리학과), 김민혁 교수(전산학부), 김세종 교수(경영공학부), 김윤기 교수(생명과학과), 김진우 교수(생명과학과), 임성갑 교수(생명화학공학과), 전상용 교수(생명과학과), 하동수 교수(조천식모빌리티대학원)까지 총 8명의 교원이 자리를 함께했다.
2일 진행된 'KAIST DCM 워크숍'에서는 김요한 DSC인베스트먼트 전무가 '바이오 산업 투자 현황 및 방향성' 주제로 발표했고, 오종훈 선보엔젤파트너스 대표의 '투자유치의 준비와 사업위기의 대비' 주제 발표가 이어졌다. 이후, VC 대표 · 우리 대학 교수진 · 기술가치창출원 관계자 · 창업원 관계자 간 토론이 진행됐다.
3일 열린 본 행사에서는 참석한 교수진들의 창업 경험 여부 및 창업 시기에 따라 두 개의 그룹으로 나누어 각각 초기 기술사업화에 적합한 자문과 중대형 투자에 적합한 자문을 진행했다.
이들은 연구 중인 첨단기술에 대한 사업화 아이디어를 공유했으며, 기술창업·신산업 발굴·기술이전·전략투자 파트너십·비즈니스 시뮬레이션 등에 대한 기술사업화 방안과 투자 방안도 함께 논의했다.
행사를 총괄한 이건재 기술가치창출원장은 "DCM 행사를 통해 VC 대표들과 교수들이 네트워크를 형성하고, 나아가 많은 교원창업기업이 우수한 기술사업화성과를 거두길 바란다"라고 전했다.또한, 산학협력센터 김성완 센터장은 "향후 DCM을 통해 창업 단계별 기업 현황에 따른 체계적 투자(Pre-seed/Angel, Seed, Series A,B,C) 지원 플랫폼을 강화하고 더 나아가 글로벌 투자를 받을 수 있는 프로그램으로 확장하고자 한다"라고 전했다.
2024.05.10
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김기응 교수, 국제적 ‘영향력 있는 논문상’ 수상
우리 대학 김재철 AI대학원 김기응 교수가 자율 에이전트 및 다중 에이전트 시스템 국제재단(이하 IFAAMAS)으로부터 영향력 있는 논문상(Influential Paper Award)를 수상했다고 10일 밝혔다.
수상 논문은 공동 저자로 참여해 2000년도에 발표한 논문 `정책 탐색을 통한 협동 학습(Learning to Cooperate via Policy Search)'이다. 수상 발표는 인공지능 에이전트 분야의 국제 학술대회인 ‘자율 에이전트 및 다중 에이전트 시스템 학술대회 (AAMAS)’에서 이루어졌다.
본 논문에서는 다수의 인공지능 에이전트*가 분산화된 환경에서 협동 학습하는 상황에서, 개별 에이전트의 학습 시그널이 다른 에이전트의 정보에 의존하지 않음을 밝힘으로써, 저자는 이를 기반으로 분산 학습 알고리즘을 제안했다.
*에이전트: 복잡한 동적인 환경에서 목표를 달성하려고 시도하는 시스템
이 학습 알고리즘은 간단하면서도 지역 최적점으로 수렴하는 보장을 제공한다. 이로써 멀티 에이전트 강화학습 연구에서 주된 방법론의 하나로 자리잡고 있는 딥러닝 기반의 알고리즘들이 현저한 성공을 누리고 있는 이유를 설명하고 있고, 따라서 지난 수십 년간 기타 많은 에이전트 학습 알고리즘의 핵심 구성 요소로 자리 잡아 왔기에 위의 영향력 있는 논문상을 수상하게 되었다.
상을 받게 된 김기응 교수는 “인공지능 에이전트 분야에서 뜻깊은 상을 받게 되어서 영광이고, 최신 딥러닝을 이용하는 멀티 에이전트 학습 연구에서도 지속적으로 인용되고 활용되는 의미 있는 연구가 되어서 감회가 깊다”며, “앞으로도 후속 세대에게 영감을 줄 수 있는 임팩트 있는 연구 결과물들을 만들 수 있도록 노력하겠다”고 향후 포부를 밝혔다.
IFAAMAS 영향력 있는 논문상은 자율 에이전트 및 다중 에이전트 시스템 연구 분야에서 중요하고 오래 지속되는 기여를 한 논문을 인정하기 위해 2006년에 제정됐다. 이 논문상은 핵심 결과를 증명한 논문, 새로운 하위 연구 분야의 개발을 이끈 논문, 중요한 새로운 응용 프로그램이나 시스템을 보여준 논문, 또는 영향력 있게 새로운 방식으로 주제에 대해 조명한 역사적으로 가치있는 논문으로서, 매년 1~3편의 논문을 선정하여 수상 하여왔다.
- 논문명: Learning to Cooperate via Policy Search, UAI 2000
- 시상일정: 국제 자율 에이전트 및 다중 에이전트 시스템 학술대회 (AAMAS 2024)
2024.05.10
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네이버·인텔과 AI 반도체 신 생태계 조성 공동 협력
챗GPT가 촉발한 생성형 인공지능(AI)*이 세계적으로 열풍을 일으키는 가운데 새로운 인공지능 반도체의 생태계 구축을 위해 KAIST(총장 이광형)가 네이버(NAVER) 및 인텔(intel)과 손잡고 상호 보유 중인 역량과 강점을 한 곳에 집중한 ‘NAVER · intel · KAIST AI 공동연구센터(NIK AI Research Center)’를 설립한다.
업계에서는 이들 세 기관의 전략적인 제휴가 인공지능 반도체·인공지능 서버와 데이터센터의 운영에 필요한 오픈소스용 소프트웨어 개발 등 인공지능 분야에서 각자 보유하고 있는 하드웨어 및 소프트웨어 기술과 역량을 융합해서 새로운 인공지능 반도체 생태계를 구축하는 한편 시장과 기술 주도권 확보를 위해 선제적인 도전에 나선 것으로 보고 있다.
특히 첨단 반도체 CPU 설계부터 파운드리까지 하는 세계적인 반도체 기업 인텔이 기존의 중앙처리장치(CPU)를 넘어 인공지능 반도체 ‘가우디(GAUDI)’**를 최적의 환경에서 구동하기 위해 오픈소스용 소프트웨어 개발 등을 목적으로 국내 대학에 공동연구센터를 설립하고 지원하는 것은 우리 대학이 처음이다.
우리 대학은 네이버클라우드(대표: 김유원)와 대전 KAIST 본원에서 인공지능 반도체·인공지능 서버와 클라우드·데이터센터 등의 성능개선과 최적의 구동을 위한 오픈소스용 첨단 소프트웨어 개발 등을 위해 ‘NAVER · intel · KAIST AI 공동연구센터(NIK AI Research Center)’ 설립과 운영을 주요 내용으로 하는 업무협약(MOU)을 체결했다고 30일 밝혔다.
우리 대학 관계자는 “인텔이 인공지능과 반도체 분야 오픈소스용 소프트웨어 개발파트너로 네이버와 KAIST를 선택한 것은 전략적으로 매우 큰 의미가 있다”라고 강조했다.
이 관계자는 특히 “네이버클라우드가 지닌 컴퓨팅·데이터베이스·인공지능 등 네이버 클라우드 플랫폼(NAVER Cloud Platform) 기반의 다양한 인공지능 서비스 역량과 인텔의 차세대 인공지능 칩 기술, 그리고 KAIST가 갖추고 있는 세계적 수준의 전문인력과 소프트웨어 연구 능력이 결합해 인공지능 반도체 분야에서 기존과는 다른 창조적이면서도 혁신적인 생태계 조성을 성공적으로 이뤄낼 것”이라고 기대했다.
이날 협약식 행사에는 이광형 총장을 비롯해 이균민 교학부총장, 이상엽 연구부총장, 전기및전자공학부 김정호 교수 등 주요 보직교수가, 네이버클라우드 김유원 대표이사와 하정우 AI 이노베이션 센터장, 이동수 하이퍼스케일 AI 담당 이사 등 주요 경영진이 참석했다.
우리 대학과 네이버클라우드는 이번 MOU 체결을 계기로 올 상반기 중에 KAIST에 ‘NAVER · intel · KAIST AI 공동연구센터(NIK AI Research Center)’를 설치하고 7월부터 본격적인 연구에 들어갈 계획이다.
우리 대학에서는 고대역폭메모리(HBM)*** 등 인공지능 반도체 설계와 인공지능 응용설계(AI-X) 분야에서 세계적인 석학으로 꼽히는 전기및전자공학부 김정호 교수가, 네이버클라우드 측에서는 인공지능 반도체 설계 및 인공지능 소프트웨어 전문가인 이동수 이사가 공동연구센터장을 맡는다. 또 KAIST 전산학부 성민혁 교수와 네이버클라우드 권세중 리더가 각각 부센터장으로서 공동연구센터를 이끈다.
공동연구센터의 운영 기간은 3년인데 연구성과와 참여기관의 필요에 따라 연장한다. KAIST에 설치되는 공동연구센터가 핵심 연구센터로서 기능과 역할을 맡는 데 KAIST에서 인공지능과 소프트웨어 분야 전문가인 20명 내외의 교수진과 100여명의 석·박사 대학원생들이 연구진으로 참여한다.
초기 2년간은 인텔의 하바나랩스가 개발한 인공지능 학습 및 추론용 칩(Chip) ‘가우디(GAUDI)’를 위한 플랫폼 생태계 공동 구축을 목적으로 20~30개 규모의 산학 연구과제를 진행한다.
자연어 처리, 컴퓨터 비전과 머신러닝 등 주로 인공지능 분야 오픈소스용 소프트웨어 개발 위주로 연구가 이뤄지는데 자율 주제 연구가 50%, 인공지능 반도체의 경량화 및 최적화에 관한 연구가 각각 30%와 20%를 차지한다.
이를 위해 네이버와 인텔은 네이버 클라우드 플랫폼 기반의 ‘가우디2(GAUDI2)’를 우리 대학 공동연구센터에 제공하며 KAIST 연구진은 ‘가우디2’를 이용한 논문 등 연구 실적을 매년 공개한다.
이 밖에 인공지능·클라우드 등 각자가 보유한 역량 외에 공동 연구에 필요한 각종 인프라 시설(Infrastructure)과 장비 등을 공유하는 한편 연구 인력의 상호 교류를 위해 공동연구센터에 필요한 공간과 행정인력을 지원하는 등 다양한 협력 활동을 전개할 방침이다.
우리 대학 김정호 교수는 “KAIST는 가우디 시리즈의 활용을 통해 인공지능 개발, 반도체 설계와 운영 소프트웨어 개발 등에서 기술 노하우를 확보할 수 있다”라면서, “특히 대규모 인공지능 데이터센터 운영 경험과 향후 연구개발에 필요한 인공지능 컴퓨팅 인프라를 확보할 수 있다는 점에서 이번 공동연구센터 설립이 매우 큰 의미가 있다”라고 강조했다.
네이버클라우드 이동수 이사는 “네이버클라우드는 KAIST와 함께 다양한 연구를 주도해 나가며 하이퍼클로바X 중심의 인공지능 생태계가 확장되기를 기대한다”라며, “공동연구센터를 통해 국내 인공지능 연구가 보다 활성화되고 인공지능 칩 생태계의 다양성이 확보되기를 바란다”라고 말했다.
2024.04.30
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사회처럼 건강한 유전자 커뮤니티의 모습을 찾다
구성원들 사이의 활발한 교류로 결속력이 높은 사회적 커뮤니티가 건강한 개인을 만들 듯, 유전자 커뮤니티의 결속력도 개인의 건강 상태에 영향을 미칠 수 있을까? 한국 연구진이 유전자 커뮤니티의 결속력 또한 개인의 건강 상태를 결정하고 환자 맞춤형 의료를 위해 활용될 수 있음을 보여 화제다.
우리 대학 바이오및뇌공학과 이도헌 교수 연구팀이 개인화된 유전자 네트워크에서 환자 특이적으로 결속력이 약화된 유전자 커뮤니티를 찾아내 환자 맞춤형으로 약물 표적을 예측할 수 있는 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.
최근 고령화와 생활 습관 변화 등에 따라 암, 심혈관계 질환, 대사 질환 등 많은 복합질병의 발병률이 크게 증가하는 실정이다. 이에 전문가들은 개별 환자의 특성을 고려한 ‘환자 맞춤형 의료’를 제공해 그 치료 효과를 높임으로써 개인적, 사회적 의료비 부담을 경감해야 한다고 지적한다.
이도헌 교수 연구팀은 이러한 요구에 발맞춰 개인화된 유전자 네트워크를 정교하게 구축하고 해당 네트워크에서 각 유전자 커뮤니티의 결속력을 정확하게 측정할 수 있는 코지넷(COSINET, COmmunity COhesion Scores in Individualized gene Network Estimated from single Transcripotmics data) 기술을 개발했다.
연구진들은 수백 개의 정상 조직 유전자 발현 데이터를 근거로 유의미한 상관관계를 보이는 유전자 상호작용을 기반으로 정상 조직의 유전자 네트워크를 구축했다. 그리고 유전자 커뮤니티들의 유전자 상호작용마다 보이는 상관관계를 선형 회귀 분석을 통해 모델링한 뒤, 개별 환자의 유전자 발현량이 해당 예측 모델을 잘 따르는지를 통계적으로 분석했다. 이를 통해 환자 특이적으로 그 상호작용이 소실된 유전자 쌍을 정상 조직 유전자 네트워크에서 제거함으로써 개인화된 유전자 네트워크를 구축했다.
더 나아가 개인화된 유전자 네트워크에서 유전자들 사이의 최단 거리를 기반으로 소실된 유전자 상호작용이 각 유전자 커뮤니티 결속력 약화에 미치는 영향력을 정확하게 측정했다.
연구진들은 환자 특이적으로 그 결속력이 크게 감소한 유전자 커뮤니티를 통해 환자 특이적인 질병 기전을 설명할 수 있음을 보이고, 해당 유전자 커뮤니티에서 환자 특이적으로 결속력 약화에 크게 기여하는 유전자들을 찾아, 보다 효과적인 환자 맞춤형 약물 표적을 제안했다. 연구진들은 이러한 약물 표적 발굴 기술이 기존 기술 대비 약 4배 이상 효과적임을 증명했다.
이도헌 교수는 “여러 유전자가 관여하는 복합질병은 개별 유전자보다는 유전자들 사이의 상호작용을 고려하는 시스템적 관점에서 바라봐야 하며 현재 임상 현장에서 환자 맞춤형 의료를 위해 쓰이는 단일 유전자 기반의 바이오마커들은 복합질병의 이질성과 복잡성을 충분히 담아내기에는 한계가 있다. 따라서 이번 연구에서 개발한 개인화된 유전자 네트워크에서 유전자 커뮤니티의 결속력에 기반한 코지넷(COSINET) 기술이 복합질병의 환자 맞춤형 의료 실현을 위한 새로운 시각을 열어 줄 수 있을 것”이라고 말했다.
바이오및뇌공학과 이도헌 교수와 왕승현 박사과정이 공동으로 진행한 이번 연구는 영국 옥스퍼드대학교에서 발간하는 생명정보학 분야 최고 학술지인 `생명정보학 브리핑(Briefings in Bioinformatics)’ 2024년 5월호에 게재되고 온라인으로는 4월 15일 발표됐다.
(논문 제목: Community cohesion looseness in gene networks reveals individualized drug targets and resistance, https://academic.oup.com/bib/article/25/3/bbae175/7645997)
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 데이터 기반 디지털 바이오 선도 사업의 지원을 받아 수행됐다.
2024.04.23
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2024 독일 iF 디자인 어워드 5개 상 수상
우리 대학 산업디자인학과 디자인팀이 세계 3대 디자인 어워드 중 하나인 ‘독일 2024 iF 디자인 어워드(International Forum Design Awards)'에서 총 5개의 본상을 수상했다고 5일 밝혔다.
iF 디자인 어워드는 독일의 레드닷 어워드, 미국의 IDEA와 함께 세계에서 가장 권위있는 디자인상 중 하나다. 제품 · 패키지 · 커뮤니케이션 · 서비스디자인 · 사용자 경험(UX) · 사용자 인터페이스 (UI ) · 콘셉트 · 인테리어 · 건축 등 총 9개 부문에서 디자인 차별성과 영향력 등을 종합적으로 평가해 혁신적이고 우수한 디자인을 선정하고 매년 상을 수여한다.
대학에서 구성된 디자인팀이 일반 기업 경쟁 부문에 참가해 다수의 상을 받는 것은 국제적으로 매우 드문 사례로, KAIST 산업디자인학과는 2022년 8개, 2023년 7개의 수상 성과를 거둔 데 이어 올해에도 이상수 교수, 이탁연 교수, 박현준 교수 등이 이끄는 디자인팀이 총 5개의 프로젝트로 상을 받았다.
먼저, 이상수 교수팀은 ▲자폐 스펙트럼 장애 아동의 언어 화용 능력 향상을 위한 증강 현실(AR) 기반 디지털 치료 인터페이스인 ‘AEDLE(아이들)’▲물건을 구입하기 위해 결제하기 전에 한 번 더 생각하는 것을 유도하는 넛지(Nudge) 인터랙션이 적용된 모바일 결제 서비스인 ‘Doolpay(둘페이)’▲주식 초보자가 건전한 방향으로 투자에 참여할 수 있도록 지원하고 금융 리터러시 함양을 돕는 핀테크 서비스인 ‘Evergrow(에버그로우)’ 등 총 3개의 작품이 본상 수상작으로 선정됐다. 이 중, ‘Doolpay’ 와 ‘Evergrow’ 는 NH투자증권과의 산학 협력을 통해 진행됐다.
이탁연 교수팀이 디자인한 ‘Dear.(디어)’는 사별한 가족의 기억을 오랫동안 간직하고 경험하기 위한 가상 현실(VR) 플랫폼이다. 기존의 획일화된 묘지나 납골당이 고인의 정체성과 추모객들의 추억을 반영하지 못한다는 점에서 착안해, 순백의 가상 공간에 자신이 남기고자 하는 싶은 경험과 유품을 다양한 은유와 함축적인 표현을 통해 전시했고, 추모객들의 메시지는 점점 자라는 나무에 걸린 편지로 저장된다. 본 작품은 태재연구재단의 지원을 받아 진행됐다.
박현준 교수팀이 디자인한 ‘Bubblic Public(버블릭 퍼블릭)’ 은 공기 방울의 가벼움과 대나무의 우아함에서 영감을 받은 대중교통수단이다. 길이 조절 창틀과 모듈화 에어 쿠션을 이용하여 하나의 모듈이 손쉽게 대중교통, 화물운송, 스마트팜의 기능을 수행할 수 있다. 친환경, 고효율 수단임과 동시에 어떤 환경에도 잘 어우러지는 형태를 갖추고 있어 사용자뿐만 아니라 제조사와 서비스 제공자에게 큰 도움을 줄 수 있다.
올해 산업디자인학과 수상작은 과거 강점을 보였던 모바일 사용자 경험 및 인터페이스 디자인뿐 아니라 가상현실, 모빌리티 디자인 등 새로운 영역으로의 확장이 두드러진다. 또한 학생들이 주축이 되어 세계적인 디자인 기업들과 경쟁해서 얻은 성과라는 데에 큰 의미가 있다.
산업디자인학과 이우훈 학과장은 "이번 수상은 우리 학과가 전통적인 디자인 영역을 넘어 다양한 분야에서 글로벌 경쟁력을 가지고 있음을 증명한 것으로, 학생들의 창의력과 혁신적인 사고가 세계 무대에서 인정받을 수 있었던 것에 대해 매우 자랑스럽게 생각한다”라고 밝혔다.
2024.04.05
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GPU에서 대규모 출력데이터 난제 해결
국내 연구진이 인공지능(AI) 등에 널리 사용되는 그래픽 연산 장치(이하 GPU)에서 메모리 크기의 한계로 인해 초병렬 연산*의 결과로 대규모 출력 데이터가 발생할 때 이를 잘 처리하지 못하던 난제를 해결했다. 이 기술을 통해 향후 가정에서 사용하는 메모리 크기가 작은 GPU로도 생성형 AI 등 고난이도 연산이 대규모 출력을 필요한 경우 이를 빠르게 수행할 수 있다.
*초병렬 연산: GPU를 이용하여 수 십 만에서 수 백 만 개의 작은 연산들을 동시에 수행하는 연산을 의미
우리 대학은 전산학부 김민수 교수 연구팀이 한정된 크기의 메모리를 지닌 GPU를 이용해 수십, 수백 만개 이상의 스레드들로 초병렬 연산을 하면서 수 테라바이트의 큰 출력 데이터*를 발생시킬 경우에도 메모리 에러를 발생시키지 않고 해당 출력 데이터를 메인 메모리로 고속으로 전송 및 저장할 수 있는 데이터 처리 기술(일명 INFINEL)을 개발했다고 7일 밝혔다.
*출력데이터: 데이터 분석 결과 또는 인공지능에 의한 생성 결과물에 해당하는 데이터
최근 AI의 활용이 급속히 증가하면서 지식 그래프와 같이 정점과 간선으로 이루어진 그래프 구조의 데이터의 구축과 사용도 점점 증가하고 있는데, 그래프 구조의 데이터에 대해 난이도가 높은 초병렬 연산을 수행할 경우 그 출력 결과가 매우 크고, 각 스레드의 출력 크기를 예측하기 어렵다는 문제점이 발생한다.
또한, GPU는 근본적으로 CPU와 달리 메모리 관리 기능이 매우 제한적이기 때문에 예측할 수 없는 대규모의 데이터를 유연하게 관리하기 어렵다는 문제가 있다. 이러한 이유로 지금까지는 GPU를 활용해 ‘삼각형 나열’과 같은 난이도가 높은 그래프 초병렬 연산을 수행할 수 없었다.
김 교수팀은 이를 근본적으로 해결하는 INFINEL 기술을 개발했다. 해당 기술은 GPU 메모리의 일부 공간을 수백 만개 이상의 청크(chunk)라 불리는 매우 작은 크기의 단위들로 나누고 관리하면서, 초병렬 연산 내용이 담긴 GPU 커널(kernel) 프로그램을 실행하면서 각 스레드가 메모리 충돌 없이 빠르게 자신이 필요한 청크 메모리들을 할당받아 자신의 출력 데이터를 저장할 수 있도록 한다.
또한, GPU 메모리가 가득 차도 무중단 방식으로 초병렬 연산과 결과 출력 및 저장을 지속할 수 있도록 한다. 따라서 이 기술을 사용하면 가정에서 사용하는 메모리 크기가 작은 GPU로도 수 테라 바이트 이상의 출력 데이터가 발생하는 고난이도 연산을 빠르게 수행할 수 있다.
김민수 교수 연구팀은 INFINEL 기술의 성능을 다양한 실험 환경과 데이터 셋을 통해 검증했으며, 종래의 최고 성능 동적 메모리 관리자 기술에 비해 약 55배, 커널을 2번 실행하는 2단계 기술에 비해 약 32배 연산 성능을 향상함을 보였다.
교신저자로 참여한 우리 대학 전산학부 김민수 교수는 “생성형 AI나 메타버스 시대에는 GPU 컴퓨팅의 대규모 출력 데이터를 빠르게 처리할 수 있는 기술이 중요해질 것으로 예상되며, INFINEL 기술이 그 일부 역할을 할 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구에는 김 교수의 제자인 박성우 박사과정이 제1 저자로, 김 교수가 창업한 그래프 딥테크 기업인 (주)그래파이 소속의 오세연 연구원이 제 2 저자로, 김 교수가 교신 저자로 참여하였으며, 국제 학술지 ‘PPoPP’에 3월 4일자 발표됐다. (INFINEL: An efficient GPU-based processing method for unpredictable large output graph queries)
한편, 이번 연구는 과기정통부 IITP SW스타랩 및 ITRC 사업, 한국연구재단 선도연구센터인 암흑데이터 극한 활용 연구센터의 지원을 받아 수행됐다.
2024.03.07
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미생물로 자스민 향도 만든다
우리 대학 생물공정연구센터 최경록 연구교수와 생명화학공학과 이상엽 특훈교수가 ‘벤질아세테이트 생산을 위한 미생물 공정’논문을 발표했다고 26일 밝혔다. 이번 논문은 네이처(Nature) 誌가 발행하는 ‘네이처 화학공학(Nature Chemical Engineering)’의 표지논문으로 선정됐다.
※ 논문명 : A microbial process for the production of benzyl acetate
※ 저자 정보 : 최경록(한국과학기술원, 제1 저자), Luo Zi Wei(한국과학기술원, 제2 저자), 김기배(한국과학기술원, 제3 저자), Xu Hanwen(한국과학기술원, 제4 저자) 및 이상엽(한국과학기술원, 교신저자) 포함 총 5명
향은 화장품 및 식품 산업에서 중요한 요소다. 그중에서도 자스민 향과 일랑일랑 향은 각종 향수와 화장품, 개인 위생용품뿐만 아니라 식품 및 음료 제조에까지 널리 애용되고 있다. 하지만 자스민과 일랑일랑 꽃으로부터의 추출을 통해 생산되는 향료의 양이 수요를 충족시키기 못하기 때문에 산업에서는 두 향료의 향을 내는 주요한 방향성 성분인 벤질아세테이트를 석유로부터 유래한 원료를 이용해 화학적으로 합성해 첨가해 제품을 생산하고 있다. 이상엽 특훈교수 연구팀은 각종 산업에서 널리 이용되는 방향성 화합물인 벤질아세테이트를 친환경적이고 지속가능한 방식으로 생산하고자 시스템 대사공학을 통해 포도당으로부터 벤질아세테이트를 생산하는 대장균 발효 공정을 개발했다. 시스템 대사공학은 석유에 대한 의존도가 높은 기존의 화학산업을 대체할 바이오산업의 핵심인 미생물 세포공장을 보다 효과적으로 개발하기 위해 이상엽 특훈교수가 창시한 연구 분야다.
이상엽 특훈교수팀은 2019년 대장균을 대사공학적으로 개량해 포도당으로부터 벤조산을 생산하는 미생물 균주를 개발한 바 있다. 이번 연구에서는 해당 전략을 바탕으로 포도당으로부터 벤조산을 거쳐 벤질아세테이트를 생합성하는 대사 경로를 개발했다. 연구팀은 포도당으로부터 벤조산을 생합성하는 대사경로를 도입한 상단 균주와 벤조산을 벤질아세테이트로 전환하는 대사 경로가 도입된 하단 균주의 공생배양을 통해 포도당으로부터 벤질아세테이트를 생산하는 데 성공했다. 하지만 해당 공생배양 전략을 활용할 경우 벤조산을 벤질아세테이트로 전환하는 데에 이용되는 효소가 벤조산 생합성 중 생성되는 중간체에 비특이적으로 작용해 신나밀아세테이트라는 부산물을 생성하는 것이 확인됐다. 특히 이 과정에서 벤조산 생합성에 필요한 중간체가 소모되어 목표 화합물인 벤질아세테이트의 생산 효율이 감소된다. 이상엽 특훈교수 연구팀은 효소의 기질 비특이성으로 인한 부산물 생성 문제를 극복하기 위해 발효 초반에는 포도당으로부터 벤조산을 생산하는 상단 균주만을 배양해 벤조산을 우선적으로 생산하고, 하단 균주를 뒤늦게 접종해 배양액 내에 축적된 벤조산을 벤질아세테이트로 전환하는 지연 공생배양 전략을 고안했다. 하단 균주가 도입되는 시점에는 배양액 내 벤조산의 농도가 중간체의 농도보다 월등히 높아 벤조산이 벤질아세테이트로 전환되는 반응이 중간체가 부산물로 전환되는 반응보다 우세하게 진행된다. 연구진은 지연 공생배양 전략을 적용함으로써 추가적인 효소 및 균주 개량을 거치지 않고도 부산물의 생성은 억제하는 동시에 목표 화합물인 벤질아세테이트의 생산 농도는 기존 플라스크 수준의 발효 대비 10배 이상인 2.2 g/L까지 향상시킬 수 있었다. 또한 기술 경제성 분석을 통해 해당 미생물 공정을 통한 벤질아세테이트의 상업적 생산 가능성을 확인했다.
이번 논문의 제1 저자인 최경록 연구교수는 “이번 연구는 벤질아세테이트라는 산업적으로 유용한 화합물을 효과적으로 생산하는 미생물 공정을 개발함과 동시에, 대사공학을 연구 중 효소의 기질 비특이성으로 인해 빈번하게 발생하는 부산물 생성 및 이로 인한 목표 화합물 생산 효율의 저하 문제를 극복하는 새로운 접근을 제시했다는 데 큰 의의가 있다”고 말했다. 또한 이상엽 특훈교수는 “산업적으로 유용한 화합 물질을 지속가능한 방식으로 생산할 수 있는 미생물 공정의 종류와 수를 늘려 나감과 동시에 미생물 균주 개발 중 고질적으로 필연적으로 발생하는 여러 문제를 해결하는 효과적인 전략의 개발에도 힘쓴다면 석유화학산업의 친환경적이고 지속가능한 바이오산업으로의 전환을 더욱 앞당길 수 있을 것”이라고 밝혔다.
한편, 이번 연구는 과기정통부가 지원하는 바이오의료기술개발사업의 ‘지능형 세포공장기술 구현’ 과제 (과제책임자 KAIST 이상엽 특훈교수) 및 농촌진흥청이 지원하는 농업미생물사업단(단장 장판식)의 ‘미생물 대사 시스템 제어를 통한 무기물로부터의 단백질 생산 기술 개발’ 과제 (과제책임자 KAIST 최경록 연구교수)의 지원을 받아 수행됐다.
2024.02.26
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인공지능을 위한 신소재 혁신방향 제시
최근 ‘스타링크’와 같은 초연결 인터넷망과 빠른 통신이 가능한 6G 기술, 초고속 연산장치들이 개발됨에 따라, 이들과 쉽게 융합될 수 있는 초소형 고성능 장치들이 요구되고 있다. 이를 위해 감도가 좋은 센서 소재, 외부 자극을 감지할 수 있는 스마트 소재, 해킹이 불가능한 보안 소재 등 혁신적인 신소재 기술의 중요성이 날로 커지고 있다.
우리 대학 신소재공학과 김상욱 교수 연구팀이 생명화학공학과 리 섕 교수, 전기및전자공학부 권경하 교수, DGIST 로봇 및 기계전자공학과 김봉훈 교수와 함께 4차 산업혁명의 핵심 분야인 사물인터넷(IoT)을 크게 혁신할 수 있는 핵심 신소재를 소개하는 초청 논문을 발표했다고 22일 밝혔다.
김상욱 교수 연구팀은 그간 초미세 반도체회로 구현을 위한 블록공중합체 자기조립 제어(Directed Self-Assembly; DSA) 연구 분야를 세계 최초로 개척했고, 이를 실제 반도체 리소그라피 공정과 융합하는 데 성공해 국제 반도체 로드맵에 등록시켰다.
최근까지도 이 나노소재 기술을 반도체뿐만이 아니라 보안소자, 센서, 유저 인터페이스 등에 다양하게 적용하는 연구 방향을 제시해 국제적으로 선도해왔고, 이번에 그 중요성과 과학기술적 기여도를 인정받아 세계적인 학술지 `네이처 리뷰 일렉트리칼 엔지니어링(Nature Review Electrical Engineering)' 에 퍼스펙티브(perspective) 논문을 초청받아 표지논문으로 발표했다.
김상욱 교수는 “포스트 인공지능 시대의 사물인터넷 시스템은 신소재 기반의 저비용, 저전력, 소형화, 및 지속가능성이 강화된 소자기술의 혁신이 중요한데 자기조립 나노패턴 소재가 매우 중요한 역할을 할 것으로 기대된다”고 밝혔다.
`네이처 리뷰 일렉트리칼 엔지니어링' 은 세계적으로 권위를 인정받는 네이처 저널에서 올해부터 새로 발간한 인공지능 기술등 전기전자 분야 리뷰 전문 학술지로서 관련분야의 세계적인 석학들을 엄격한 기준에 따라 선정하여 논문을 초청한다. 특히 특정 연구 분야를 객관적인 시각으로 소개하는 일반 리뷰(review)와는 달리 저자의 선구적이고 독창적인 시각을 제시하는 퍼스펙티브(perspective) 논문은 극히 소수의 학계 권위자에게만 의뢰하는 것으로 알려져 있으며, 이번 논문은 그 우수성을 인정받아 해당 호의 표지 논문으로 선정되었다. 한편 이번 논문연구는 한국연구재단의 리더연구자 지원사업인 다차원 나노조립제어 창의연구단의 지원을 받아 수행됐다.
*논문명: Intelligent block copolymer self-assembly towards IoT hardware components
2024.02.22
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