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고정확도 실시간 학습 가능한 모바일 인공지능 반도체 칩 세계 최초 개발
우리 대학 전기및전자공학부 유회준 교수 연구팀이 인공지능의 실시간 학습을 모바일 기기에서 구현, 고정확도 인공지능(AI: Artificial Intelligent) 반도체*를 세계 최초로 개발했다고 23일 밝혔다.
* 인공지능 반도체 : 인식·추론·학습·판단 등 인공지능 처리 기능을 탑재하고, 초지능·초저전력·초신뢰 기반의 최적화된 기술로 구현한 반도체
연구팀이 개발한 인공지능 반도체는 저비트 학습과 저지연 학습 방식을 적용해, 모바일 기기에서도 학습할 수 있다. 특히 이번 반도체 칩은 인공지능의 예상치 못한 성능 저하를 막을 수 있는 실시간 학습 기술을 성공적으로 구현했다.
전기및전자공학부 한동현 박사과정이 제1 저자로 참여한 이번 연구는 지난 6월 12일부터 15일까지 인천 연수구 송도 컨벤시아에서 개최된 국제 인공지능 회로 및 시스템 학술대회(AICAS)에서 발표됐으며 응용 예시를 현장에서 시연했고, 최우수 논문상과 최우수 데모상을 모두 석권해 그 우수성을 널리 알렸다. (논문명 : A 0.95 mJ/frame DNN Training Processor for Robust Object Detection with Real-World Environmental Adaptation (저자: 한동현, 임동석, 박광태, 김영우, 송석찬, 이주형, 유회준))
인공지능 (AI) 반도체 기술을 망라하는 국제 학술 대회 ‘AICAS 2022’는 인공지능 반도체 분야 세계 최고 권위를 가진 IEEE(미국 전기 전자 기술자 협회)학회로 평가받으며, 삼성, SK를 필두로, 한국전자통신연구원(ETRI), 엔비디아(NVIDIA), 케이던스(Cadence) 등 국내외 저명한 기업과 기관 등이 참석해 인공지능 반도체 회로와 시스템 전 분야, 인공지능 반도체와 관련된 연구성과를 공유하는 행사다.
기존 인공지능은 사전에 학습된 지능만으로 추론을 진행했기 때문에 학습하지 않은 새로운 환경 혹은 물체에 대해서는 물체 검출이 어려웠다. 하지만 유회준 교수 연구팀이 개발한 실시간 학습은 추론만 수행하던 기존 모바일 인공지능 반도체에 학습 기능을 부여함으로써, 인공지능의 지능 수준을 크게 끌어올렸다.
유 교수팀의 새로운 인공지능 반도체는 사전에 학습한 지식과 애플리케이션 수행 중에 학습한 지식을 함께 활용해 고정확도 물체검출 성능을 보였다. 특히 유회준 교수 연구팀은 렌즈가 깨지거나, 기계 오류로 인한 인공지능의 예상치 못한 정확도 감소도 자동으로 인지하고 이를 실시간 학습을 통해 보정, 기존 인공지능의 문제점을 해결했다.
유 교수팀은 실시간 학습 기능에 더해, 모바일 기기에서 저전력으로 학습이 가능할 수 있도록, 저비트 인공지능 학습 방법, 직접 오류 전사 기반 저지연 학습 방식을 제안, 이를 최적화할 수 있는 반도체(HNPU) 와 응용 시스템을 모두 개발했다.
저전력, 실시간 학습을 수행할 수 있는 모바일 인공지능 전용 반도체, HNPU는 다음과 같이 6가지 핵심 기술이 도입됐다.
○ 확률적 동적 고정 소수점 활용 저비트 학습 방식 (SDFXP: Stochastic Dynamic Fixed-point Representation)
- 동적 고정 소수점에 확률적 표현을 결합하고 확률적 반올림을 도입하여 인공지능 학습에 필요한 비트 정밀도를 최소화 할 수 있는 방법
○ 레이어별 자동 정밀도 검색 알고리즘 및 하드웨어 (LAPS: Layer-wise Adaptive Precision Scaling)
- 학습의 난이도를 자동으로 파악하고 심층신경망의 레이어별로 최적의 비트수를 자동으로 찾아주는 알고리즘 및 이를 가속하는 하드웨어
○ 입력 비트 슬라이스 희소성 활용* (ISS: Input Slice Skipping or Bit-slice Level Sparsity Exploitation)
- 데이터를 이진수로 표현했을 때 중간중간 나타나는 ‘0’ 비트를 활용하여, 데이터 처리량을 높이는 방식
○ 내재적 순수 난수 생성기 (iTRNG: Intrinsic True Random Number Generator)
인공지능 연산을 활용한 순수 난수 생성기를 설계, 데이터의 암호화 및 확률적 반올림을 구현
○ 다중 학습 단계 할당을 통한 고속 학습 알고리즘 및 하드웨어 (MLTA: Multi Learning Task Allocation & Backward Unlocking)
기존 역전파 (Back-propagation) 알고리즘에서 탈피해, 직접 오류 전사를 통한 저지연 학습 구현
○ 실시간 인공지능 학습 기반 자동 오류 검출 기능 저하 보정 시스템 개발 (Real-time DNN Training based Automatic Performance Monitor and Performance Recovery System)
평상시 물체 검출 결과를 주기적으로 모니터링하면서, 갑작스러운 확률 변화를 자동으로 인식, 정확도 저하를 보정하기 위해 실시간 학습을 적용
* 희소성 활용 (Sparsity Exploitation) : 심층 신경망 모델의 연산은 수많은 곱셈누적(MAC: Multiply-And-Accumulate)연산의 연속이다. 연산자에 0이 존재할 시, 굳이 연산을 해보지 않아도 결과는 0임을 알기에 이를 뛰어넘는 방식으로 연산 속도를 높이는 방식.
이러한 기술을 사용해 HNPU는 저전력 물체검출을 구현하여, 다른 모바일 물체검출 시스템과 비교해 75% 높은 속도, 44% 낮은 에너지 소모를 달성하면서도, 실시간 학습으로 고정확도 물체검출을 개발해 주목을 받았다.
연구팀은 HNPU의 활용 예시로 카메라 렌즈가 깨지거나, 기계 오류, 조명, 밝기 변화로 인공지능의 추론 능력이 떨어졌을 때, 실시간 학습을 통해 다시 정확도를 높이는 고정확도 물체검출 시스템을 개발했다. 이는 이후 자율 주행, 로봇 등 다양한 곳에 활용될 것으로 기대된다.
특히 연구팀의 HNPU 연구는 2022 국제인공지능회로및시스템학술대회(AICAS 2022)에서 발표돼, 최우수 논문상과 최우수 데모상을 모두 석권하여 그 우수성을 널리 알렸다.
연구를 주도한 KAIST 전기및전자공학부 유회준 교수는 “현재 인공지능은 사전에 학습한 지식만으로 주어진 문제를 해결하고 있으며, 이는 변화하는 환경과 상황에 맞춰 계속 학습하는 인간의 지능과 뚜렷한 차이를 보인다”라며 “이번 연구는 실시간 학습 인공지능 반도체를 통해 인공지능의 지능 수준을 사람 수준으로 한층 더 끌어올리는 연구”라고 본 연구의 의의를 밝혔다.
2022.06.23 조회수 1388 -
스스로 그림 그리는 인공지능 반도체 칩 개발
전기및전자공학부 유회준 교수 연구팀이 생성적 적대 신경망(GAN: Generative Adversarial Network)을 저전력, 효율적으로 처리하는 인공지능(AI: Artificial Intelligent) 반도체를 개발했다.
연구팀이 개발한 인공지능 반도체는 다중-심층 신경망을 처리할 수 있고 이를 저전력의 모바일 기기에서도 학습할 수 있다. 연구팀은 이번 반도체 칩 개발을 통해 이미지 합성, 스타일 변환, 손상 이미지 복원 등의 생성형 인공지능 기술을 모바일 기기에서 구현하는 데 성공했다.
강상훈 박사과정이 1 저자로 참여한 이번 연구결과는 지난 2월 17일 3천여 명 반도체 연구자들이 미국 샌프란시스코에 모여 개최한 국제고체회로설계학회(ISSCC)에서 발표됐다. (논문명 : GANPU: A 135TFLOPS/W Multi-DNN Training Processor for GANs with Speculative Dual-Sparsity Exploitation)
기존에 많이 연구된 인공지능 기술인 분류형 모델(Discriminative Model)은 주어진 질문에 답을 하도록 학습된 인공지능 모델로 물체 인식 및 추적, 음성인식, 얼굴인식 등에 활용된다.
이와 달리 생성적 적대 신경망(GAN)은 새로운 이미지를 생성·재생성할 수 있어 이미지 스타일 변환, 영상 합성, 손상된 이미지 복원 등 광범위한 분야에 활용된다. 또한, 모바일 기기의 다양한 응용 프로그램(영상·이미지 내 사용자의 얼굴 합성)에도 사용돼 학계뿐만 아니라 산업계에서도 주목을 받고 있다.
그러나 생성적 적대 신경망은 기존의 딥러닝 네트워크와는 달리 여러 개의 심층 신경망으로 이루어진 구조로, 개별 심층 신경망마다 다른 요구 조건으로 최적화된 가속을 하는 것이 어렵다.
또한, 고해상도 이미지를 생성하기 위해 기존 심층 신경망 모델보다 수십 배 많은 연산량을 요구한다. 즉, 적대적 생성 신경망은 연산 능력이 제한적이고 사용되는 메모리가 작은 모바일 장치(스마트폰, 태블릿 등)에서는 소프트웨어만으로 구현할 수 없었다.
최근 모바일 기기에서 인공지능을 구현하기 위해 다양한 가속기 개발이 이뤄지고 있지만, 기존 연구들은 추론 단계만 지원하거나 단일-심층 신경망 학습에 한정돼 있다.
연구팀은 단일-심층 신경망뿐만 아니라 생성적 적대 신경망과 같은 다중-심층 신경망을 처리할 수 있으면서 모바일에서 학습도 가능한 인공지능 반도체 GANPU(Generative Adversarial Networks Processing Unit)를 개발해 모바일 장치의 인공지능 활용범위를 넓혔다.
연구팀이 개발한 인공지능 반도체는 서버로 데이터를 보내지 않고 모바일 장치 내에서 생성적 적대 신경망(GAN)을 스스로 학습할 수 있어 사생활을 보호를 가능케 하는 프로세서라는 점에서 그 활용도가 기대된다.
모바일 기기에서 저전력으로 다중-심층 신경망을 가속하기 위해서 다양한 핵심 기술이 필요하다. 연구팀이 개발한 GANPU에 사용된 핵심 기술 중 대표적인 기술 3가지는 ▲적응형 워크로드 할당(ASTM, 처리해야 할 워크로드*를 파악해 칩 상의 다중-심층 신경망의 연산 및 메모리 특성에 맞춰 시간·공간으로 나누어 할당함으로써 효율적으로 가속하는 방법) ▲입출력 희소성 활용 극대화(IOAS, 인공신경망 입력 데이터에서 나타나는 0뿐만 아니라 출력의 0도 예측해 연산에서 제외함으로써 추론 및 학습 과정에서의 속도와 에너지효율 극대화) ▲지수부만을 사용한 0 패턴 추측(EORS, 인공신경망 출력의 0을 예측하기 위한 알고리즘으로 인공신경망 입력과 연결 강도(weight)의 부동소수점 데이터 중 지수 부분만을 사용해 연산을 간단히 수행하는 방법)이다.
위의 기술을 사용함으로써 연구팀의 GANPU는 기존 최고 성능을 보이던 심층 신경망 학습 반도체 대비 4.8배 증가한 에너지효율을 달성했다.
연구팀은 GANPU의 활용 예시로 태블릿 카메라로 찍은 사진을 사용자가 직접 수정할 수 있는 응용 기술을 시연했다. 사진상의 얼굴에서 머리·안경·눈썹 등 17가지 특징에 대해 추가·삭제 및 수정사항을 입력하면 GANPU가 실시간으로 이를 자동으로 완성해 보여 주는 얼굴 수정 시스템을 개발했다.
2020.04.06 조회수 9012 -
유회준 교수, 아시아 교수 최초 ISSCC 기조연설
우리 대학 전기및전자공학부 유회준 석좌교수가 반도체 올림픽이라 불리는 국제고체회로학회(ISSCC)에서 아시아 교수로서는 최초로 기조연설자로 선정돼 개막 연설을 진행했다.
유 교수는 2월 18일(현지시간) 미국 샌프란시스코 메리어트 호텔에서 열린 제62회 ISSCC에서 세계 각국의 반도체 기술자 3천여 명을 대상으로 ‘지능을 실리콘 상에(Intelligence on Silicon), 부제 : 심층 신경망 가속기부터 뇌 모방 인공지능 시스템 온 칩까지(From Deep-Neural-Network Accelerators to Brain Mimicking AI-SoCs)’ 라는 주제로 인공지능 칩의 현황과 미래에 대한 기조연설을 했다.
유 교수는 실생활에서 인공지능 적용을 가능하게 하는 인공지능 칩 분야에서 세계의 기술을 주도하고 있다는 공을 인정받아 이번 기조연설자로 선정됐다.
유 교수는 학회 개최에 앞서 2월 17일에 열린 전기전자엔지니어협회(IEEE) 국제고체회로학회 운영회의에서 ISSCC의 자매 학회인 아시아고체회로학회(ASSCC)의 차기 학회장으로 선출되기도 했다. 유 교수 연구실의 최성필, 이진묵 박사과정은 2개의 ISSCC 최우수 시연상을 수상하기도 했다.
유 교수는 기조연설을 통해 세계적으로 경쟁이 치열한 인공지능 반도체 칩 연구 중 최첨단을 달리는 우리나라의 새 기술들을 소개하고 세계 기술이 나아가야 할 미래 방향을 제시했다.
먼저 우리 대학에서 연이어 발표하고 있는 가변형 인공지능 컴퓨팅(Reconfigurable AI Computing)을 소개했다. 이 기술은 칩의 구조를 실시간으로 변화하고 연산에 사용되는 데이터 범위를 바꿀 수 있어 한 개의 칩으로 다양한 인공지능 알고리즘을 가속할 수 있다. 이를 통해 여러 상황에서 저전력의 고속처리가 가능하다.
둘째로 그동안 불가능했던 모바일용 인공지능 칩에서의 학습 (Training)이 가능함을 보였다. 기존 인식(Inference)용 가속기는 원격 서버에서 학습을 진행한 후 완료된 모델을 내려받아 칩에서 인식만 수행해 진정한 인공지능을 구현할 수는 없었다.
유 교수는 모바일용 칩에서도 개인정보보호 및 보안 등의 이유로 기기에서의 학습이 필수적이라 예측하며 저전력 및 고속처리가 가능한 학습용 칩을 공개했다. 이를 통해 시시각각으로 변하는 상황을 스스로 감지하고 학습해 최적의 행동을 할 수 있는 로봇이나 자동차 등의 예시를 제시했다.
유회준 교수는 학습용 칩을 통해 로봇 또는 자동차가 마치 반려동물처럼 사용자의 감정을 알아차리고 이에 맞춰 행동하는 ‘휴머니스틱 인텔리전스(Humanistic Intelligence)’라는 새 개념을 주창했고, 이는 미래 인공지능 응용에 핵심적일 요소가 될 것이라 주장했다.
인공지능 칩의 미래는 크게 2가지 방향으로 예측했다. 첫째는 미시적 뇌 신경의 동작을 모방하는 뉴로모픽(Neuromorphic) 칩이며 둘째는 거시적인 뇌인지 기능을 모방한 칩이다.
뉴로모픽 칩은 RRAM, PRAM 및 MRAM과 같은 비휘발성 메모리(Nonvolatile Memory)를 시냅스 및 뉴런으로 구현하는 방식이 주류를 이룰 것으로 주장했다.
거시적 인지 기능 모방 칩은 뇌의 기능을 모방한 연산 블록들이 커넥톰(Connectome)과 같은 형태의 회로로 연결되는 방식으로 발전하리라 예측했다. 특히 시각 인지 모델을 활용한 인공지능 칩 개발 사례들을 제시하며 이러한 접근이 저전력화 및 고속화에 유리함을 주장했다.
유회준 교수는 “뇌의 해부학적 및 기능적 연구의 진보에서 힌트를 얻어 인공지능 알고리즘 및 인공지능 칩의 발전도 계속될 것이다”고 말했다.
한편 기조연설자로 페이스북의 인공지능 총괄과 뉴욕 대학의 교수를 역임하며 인공지능의 개척자로 불리는 얀 러쿤(Yann LeCun)교수도 이번에 개막연설자로 초청돼 인공지능의 알고리즘 발전에 대해 발표했다. 알고리즘 분야에서는 해외 기업들이 강세를 보이지만 인공지능 칩에 대해서는 반도체 기술이 앞선 대한민국의 유회준 교수가 세계 기술발전을 주도하고 있다는 의견이 주를 이루었다.
유 교수는 창립 기념일인 2월 18일에 인공지능 칩 연구 성과에 대한 우수성을 인정받아 KAIST 학술대상을 수상하기도 했다.
2019.02.19 조회수 7331 -
유회준 교수, 딥러닝용 AI 반도체 개발
우리대학 전기및전자공학부 유회준 교수 연구팀이 스타트업 '유엑스 팩토리'와 함께 가변 인공신경망 기술을 적용해 딥러닝을 효율적으로 처리하는 AI 반도체를 개발했다. 딥러닝이란 컴퓨터가 마치 사람처럼 스스로 학습할 수 있도록 인공신경망을 기반으로 구축한 '기계 학습' 기술이다.
유 교수 연구팀이 개발한 새로운 칩은 반도체 안에서 인공신경망의 무게 정밀도를 조절함으로써 에너지 효율과 정확도를 조절한다. 1비트부터 16비트까지 소프트웨어로 간편하게 조절하면서 상황에 맞춰 최적화된 동작을 얻어낸다. 하나의 칩이지만 '콘볼루션 신경망'(CNN)과 '재귀 신경망'(RNN)을 동시에 처리할 수 있다. CNN은 이미지를 분류나 탐지하는 데 쓰이며, RNN은 주로 시간의 흐름에 따라 변화하는 영상과 음성 등 데이터 학습에 적합하다. 또 통합 신경망 프로세서(UNPU)를 통해 인식 대상에 따라 에너지효율과 정확도를 다르게 설정하는 것도 가능하다.
모바일에서 AI 기술을 구현하려면 고속 연산을 '저전력'으로 처리해야 한다. 그렇지 않으면 한꺼번에 많은 정보를 처리하면서 발생하는 발열로 인해 배터리 폭발 등의 사고가 일어날 수 있기 때문이다. 연구팀에 따르면 이번 칩은 세계 최고 수준 모바일용 AI 칩 대비 CNN과 RNN 연산 성능이 각각 1.15배, 13.8배이 달한다. 에너지효율도 40% 높은 것으로 나타났다.
스마트폰 카메라를 통해 사람의 얼굴 표정을 인식해 행복, 슬픔, 놀람, 공포, 무표정 등 7가지의 감정을 자동으로 인식하는 감정인식 시스템도 개발됐다. 이 시스템은 감정 상태를 스마트폰 상에 실시간으로 표시한다. 유 교수 연구팀의 이번 연구는 지난 13일 미국 샌프란시스코에서 열린 국제고체회로설계학회(ISSCC)에서 발표됐다.
유회준 교수는 "기술 상용화에는 1년 정도 더 걸릴 전망"이라며 " 모바일에서 AI를 구현하기 위해 저전력으로 가속하는 반도체를 개발했으며, 향후 물체인식, 감정인식, 동작인식, 자동 번역 등 다양하게 응용될 것으로 기대된다"고 설명했다.
2018.02.26 조회수 9096 -
2017 웨어러블 컴퓨터 경진대회 개최
우리대학은 10월 21일(토)부터 24일(화)까지 4일간 대전 엑스포 시민광장에서 열리는 대전 사이언스 페스티벌 부대행사의 일환으로 입는 컴퓨터 경진대회인‘2017 웨어러블 컴퓨터 경진대회’를 개최한다. 올해로 13회째를 맞는 ‘웨어러블 컴퓨터 경진대회’는 대학생 특유의 반짝이는 아이디어와 최신 기술을 이용해 공상과학 영화나 만화에서 볼 수 있는 착용하는 컴퓨터를 직접 제작해 볼 수 있는 대회다.
올해 대회에는 전국 대학에서 60여 개 팀이 참여했으며, 대회기간 중 서류 및 발표심사와 본선대회 등 총 3차례에 걸친 심사 과정을 거쳐 최종 우승팀에게는 과학기술정보통신부 장관상과 함께 300만원의 상금이 수여된다. '웨어러블 컴퓨터’는 사용자가 이동 중에도 자유자재로 컴퓨터를 사용하기 위해 신체와 의복 일부분에 착용할 수 있도록 제작된 기기로, 최근에는 스마트 폰과 연동돼 인터넷 기반의 다양한 서비스 제공이 가능한 제품이 주목을 받고 있다.
이번 대회에 출품한 작품 중에서 ‘V-link’로 대회에 참가한 김진혁(연세대·커피맛곱창팀)학생은 “VR(가상현실)을 이용한 기술이 제법 보급됐지만 현재 VR기기들은 별도의 입력장치가 필요해 손이 자유롭지 못하다”며 “V-link는 얼굴 근육만으로 VR기기를 조정하기 때문에 사용자의 손에 자유를 줄 수 있으며, 손을 사용할 수 없는 사람도 쉽게 사용할 수 있다 ”고 개발 배경에 관해 설명했다.
또 다른 작품 ‘WCVR’로 참가한 최진혁(동아대·Iron Heart)학생은 VR기기와 밴드형 웨어러블 기기를 이용해 로봇을 조종하는 시작품을 제작해 큰 주목을 받았다. ‘WCVR’은 로봇의 시야를 360도 캠을 이용하여 VR기기로 공유하고 이를 바탕으로 웨어러블 밴드를 착용한 사용자의 행동과 동일하게 로봇을 움직이는 기능을 갖고 있다. 인력을 투입하기 위험한 재난 현장에서 구조 로봇으로서의 역할을 기대할 수 있다.
이밖에 ▲사용자의 손동작만으로 가상현실 게임을 즐길 수 있는 글러브(계명대·VRinger팀) ▲취업준비생을 위한 가상면접 연습 VR 디바이스(충남대·Grow팀) ▲스스로 사물의 모양을 판단하여 물건을 집는 전자의수(고려대&인하대 연합, Open Arms팀) ▲저 시력 장애인들을 위한 VR 시각 보조 장치(중앙대·써드아이팀) 등 이번 대회 미션인 VR디바이스를 이용한 창의적인 작품이 출품됐다. 행사에 관한 상세한 정보는 홈페이지( http://www.ufcom.org )를 통해 확인할 수 있다.
대회 위원장인 KAIST 전기및전자공학부 유회준 교수는 “최근 인공지능(AI,Artificial Intelligence)과 웨어러블 컴퓨터에 대한 산업계 관심이 갈수록 커지고 있다”며“올해로 13년째를 맞는 웨어러블 컴퓨터 경진대회는 4차 산업혁명 시대에 대비한 미래 인재발굴의 견인차 역할을 할 것”이라고 강조했다. 유 교수는 또 “대전광역시가 특히 미래 기술을 선도하며 젊은이들의 창의성을 북돋는 명소로 자리를 잡을 것”이라고 이번 대회의 개최의미를 밝혔다.
2017.10.19 조회수 8298 -
유회준 교수, 인공지능 얼굴인식 시스템 K-EYE 개발
우리 대학 전기및전자공학과 유회준 교수 연구팀이 딥러닝 알고리즘을 세계 최소 전력으로 구현하는 인공지능 반도체 칩 CNNP를 개발했다. 그리고 이를 내장한 얼굴인식 시스템 K-Eye 시리즈를 개발했다.
연구팀이 개발한 K-Eye 시리즈는 웨어러블 디바이스와 동글 타입 2가지로 구성된다. 웨어러블 타입인 K-Eye는 블루투스로 스마트폰과 연동 가능하다.
봉경렬 박사과정이 주도하고 ㈜유엑스팩토리(대표 박준영)과 공동으로 개발한 이번 연구는 지난 2월 미국에서 열린 국제고체회로설계학회(ISSCC)에서 세계 최저전력 CNN칩으로 발표돼 주목을 받았다.
최근 글로벌 IT 기업들이 알파고를 비롯한 인공지능 관련 기술들을 경쟁적으로 발표하고 있다. 그러나 대부분은 소프트웨어 기술이라 속도가 느리고 모바일 환경에서는 구현이 어렵다는 한계가 있다.
따라서 이를 고속 및 저전력으로 구동하기 위해 인공지능 반도체 칩 개발이 필수적이다.
연구팀의 K-Eye 시리즈는 1mW 내외의 적은 전력만으로도 항상 얼굴 인식을 수행하는 상태를 유지하면서 사람의 얼굴을 먼저 알아보고 반응할 수 있다는 특징을 갖는다.
K-Eye의 핵심 기술인 얼웨이즈 온(Always-On) 이미지 센서와 CNNP라는 얼굴 인식 처리 칩이 있었기 때문에 위와 같은 세계 최저전력 기술이 가능했다.
첫 번째 칩인 얼웨이즈 온(Always-On) 이미지 센서는 얼굴이 있는지 없는지 스스로 판단할 수 있어 얼굴 인식이 될 때에만 작동하게 해 대기 전력을 대폭 낮출 수 있다.
얼굴 검출 이미지 센서는 아날로그 프로세싱으로 디지털 프로세싱을 제어해 센서 자체의 출력 소모를 줄였다. 픽셀과 결합된 아날로그 프로세서는 배경 부분과 얼굴 부분을 구분하는 역할을 하고 디지털 프로세서는 선택된 일부 영역에서만 얼굴 검출을 수행하면 돼 효율적인 작업이 가능하다.
두 번째 칩인 CNNP는 딥러닝을 회로, 구조, 알고리즘 전반에 도입하고 재해석을 진행해 최저 수준의 전력을 구현하는 역할을 했다.
특히 CNNP칩은 3가지의 핵심 기술을 사용했는데 ▲알파고 인공지능 알고리즘에서 사용하는 2차원 계산을 1차원 계산으로 바꿔 고속 저전력화 ▲분산형으로 배치된 칩 내 메모리가 가로방향 뿐 아니라 세로방향도 읽어낼 수 있는 특수 저전력 분산 메모리로의 설계 ▲1024개의 곱셈기와 덧셈기가 동시에 구동돼 막강한 계산력을 가지면서 외부 통신망을 거치지 않고 직접 계산 결과를 주고받을 수 있게 한 점이다.
CNNP는 97%의 인식률을 가지면서도 알파고에 사용된 GPU에 비해 5천분의 1정도의 낮은 전력인 0.6mW만을 소모한다.
K-Eye를 목에 건 사용자는 앞에서 다가오는 상대방의 얼굴이 화면에 떠오르면 미리 저장된 정보와 실시간으로 찍힌 사진을 비교해 상대방의 이름 등 정보를 자연스럽게 확인할 수 있다.
동글 타입인 K-EyeQ는 스마트폰에 장착해 이용할 수 있는데 사용자를 알아보고 반응하는 기능을 한다. 미리 기억시킨 사용자의 얼굴이 화면을 향하기만 하면 스마트폰 화면이 저절로 켜지면서 그와 관련된 정보를 제공한다.
또한 입력된 얼굴이 사진인지 실제 사람인지도 구분할 수 있어 사용자의 얼굴 대신 사진을 보여주면 스마트폰은 반응하지 않는다.
유 교수는 “인공지능 반도체 프로세서가 4차 산업혁명시대를 주도할 것으로 기대된다”며 “이번 인공지능 칩과 인식기의 개발로 인해 세계시장에서 한국이 인공지능 산업의 주도권을 갖길 기대한다”고 말했다.
□ 사진 설명.
사진1. K-EYE 사진
사진2. K-EYEQ 사진
사진3. CNNP 칩 사진
2017.06.14 조회수 9232 -
유회준 교수, 무선으로 마취 심도 측정할 수 있는 기술 개발
〈 유 회 준 교수 〉
우리 대학 전기및전자공학과 유회준 교수 연구팀이 고려대학교 구로병원 최상식 교수, ㈜케이헬쓰웨어(대표 노태환)와의 공동 연구를 통해 무선으로 마취의 심도를 정확하게 파악할 수 있는 측정기를 개발했다.
하언수 박사과정 학생이 주도한 이번 연구는 9일 미국 샌프란시스코에서 열린 반도체 학술대회인 국제고체회로설계학회(ISSCC)에서 발표됐다.
마취의 심도가 적정하게 유지되는 것은 환자에게 매우 중요하다. 마취가 얕으면 수술 도중 깨어나 큰 고통을 겪기도 하고, 반대로 마취가 너무 깊게 되면 심장발작, 합병증, 사망에 이르기도 한다.
프로포폴도 호흡을 억압하기 때문에 마취 심도가 깊어지면 사망 사고를 유발하기도 한다. 이런 사고 방지를 위해 마취 심도를 정량적으로 측정하려는 시도가 국내외로 활발하게 진행 중이다.
이러한 노력으로 개발된 마취심도계측기로 인해 마취 사고 발생률은 크게 낮아졌다. 그러나 기존의 제품들은 모니터링 장치에 연결하기 위해 긴 전선이 사용돼 번거로움을 유발한다. 또한 마취 약물 종류에 따라 심도를 측정할 수 없다는 한계가 있다.
연구팀이 개발한 마취 심도 모니터링 측정기는 마취 중인 환자의 이마에 접착된 패치를 통해 뇌파 신호 및 혈중 헤모글로빈 농도를 추출한다. 이를 정확히 제어하는 반도체 칩이 패치에 집적돼 무선으로 뇌파와 근적외선 분광 신호를 동시에 측정할 수 있다.
측정된 다중 신호들은 디지털 신호로 바뀌어 전달된 후 딥 러닝(Deep Learning) 기술을 이용해 환자의 마취 심도를 정확히 판단한다.
수술 시간이 길어지면 전극의 젤이 마르게 돼 뇌파 측정신호가 나빠지지만 연구팀은 이런 상황에서도 정확한 신호를 측정할 수 있는 회로 기법을 도입했다.
또한 실제 수술실에서 사용할 수 있는 초소형 근적외선 분광 센서가 붙어 있어 성별, 나이, 인종에 상관없이 유효한 신호 측정이 가능하다. 나아가 다중 신호를 이용하기 때문에 수술 중 전기 잡음을 유발하는 전기 소작기나 삽관 사용 중에도 신호 왜곡 없이 마취심도의 측정이 가능하다.
연구팀의 측정기는 기존 기기로는 측정이 불가능했던 케타민 등의 약물도 마취 심도를 측정할 수 있어 의료 분야에서 응용 가능할 것으로 기대된다.
유 교수는 “그동안 마취 심도 센서는 비싼 가격의 특정 외국회사 제품이 독점하는 형태였다”며 “환자들의 부담을 줄이면서 안전한 마취를 제공할 수 있어 새 제품을 개발할 수 있는 좋은 기회가 될 것이다”고 말했다.
□ 그림 설명
그림1. 센서의 구성을 나타낸 모식도
그림2. 마취 심도의 측정 비교
2017.02.10 조회수 8430 -
웨어러블 컴퓨터 KAIST에 다 모였다 … 2016 웨어러블 컴퓨터 경진대회
우리 대학은 오는 17일(목), 18일(금) 이틀간 본교 KI빌딩에서 입는 컴퓨터 경진대회인‘2016 웨어러블 컴퓨터 경진대회’를 개최한다.
12주년을 맞이한 ‘웨어러블 컴퓨터 경진대회’는 대학생들이 창의적 아이디어와 최신 기술을 접목해 공상과학영화나 만화 속에서 볼 수 있는 웨어러블 컴퓨터를 직접 제작해 선보이는 대회다.
전국 대학에서 총 108개 팀이 참여했으며, 서류심사·발표심사·본선대회 총 3번에 걸친 심사 과정을 거쳐 최종 우승 팀에게 미래창조과학부 장관상과 함께 500만원의 상금이 수여된다.
‘웨어러블 컴퓨터’는 사용자가 이동 중에도 자유자재로 컴퓨터를 사용하기 위해 신체와 의복 일부분에 착용할 수 있도록 제작된 기기로, 최근에는 스마트 폰과 연동되어 인터넷 기반의 다양한 서비스 제공이 가능한 제품이 주목을 받고 있다.
이날 출품된 작품 중에서 ‘아기의 수면상태 측정 인형과 엄마 손목밴드’로 대회에 참가한 원유진(숙명여대 고래고래팀)학생은 “수면 인형은 아기의 수면 상태를 실시간으로 측정하고, 아기의 뒤척임을 파악하여 잠에서 깨기 전 집안일을 하고 있는 엄마의 스마트 밴드에 진동과 라이팅으로 알림을 준다. 이로써 엄마는 마음 편히 집안일을 할 수 있다.”라고 개발 배경을 설명했다.
‘동시 자막을 제공하는 스마트 글래스(충남대 취향존중팀)’는 청각 장애인들이 영화 감상과 같은 문화생활을 즐기기 어려운 점에 착안, 어플리케이션을 통해 저장한 영화 자막을 스마트 글래스에 출력하여 불편 함 없이 영화 관람을 가능하게 해 주는 기기이다. 청각 장애인 뿐 아니라 해외 연극, 뮤지컬 등 동시 자막이 필요한 분야에서 일반인들도 활용 가능하다.
이밖에 ▲전문의들이 직접 기획한 허리디스크 예방과 치료를 위한 자세교정 허리밴드(계명대학교 Cyber팀) ▲길 고양이 중성화 사업을 돕기 위한 개체 수 파악용 목걸이(충남대학교 아침햇살팀) ▲바쁜 현대인을 위한 손을 사용하지 않고 양치질 할 수 있는 자동 칫솔(세종대학교 치 편한 세상팀) ▲언제 어디서든 음악을 연주하고 작곡 할 수 있도록 팔목 밴드와 벨트로 만든 악기(서울대학교 Gorany팀) 등 창의적이면서 실용적인 제품이 출품됐다.
행사의 상세정보는 홈페이지(http://www.ufcom.org)를 통해 확인할 수 있다.
대회 위원장인 유회준 KAIST 전기및전자공학부 교수는 “웨어러블 컴퓨터에 대한 산업계 관심이 갈수록 커지고 있다”며“머지않아 웨어러블 컴퓨터가 사물인터넷(IoT), 인공지능(AI, Artificial Intelligent) 등으로 스며들어 자연스럽게 사용될 수 있는 IT세상이 곧 열릴 것”이라고 말했다.
2016.11.16 조회수 6792 -
2016 웨어러블 컴퓨터 경진대회(WCC) 개최
최근 스마트 안경, 스마트 시계 등 웨어러블 기기가 차세대 산업으로 부상하고 있는 가운데 대학이 웨어러블 기기 제작 경진대회를 연다.
우리 대학은 오는 11월 초 전국의 대학생을 대상으로 ‘웨어러블 컴퓨터 경진대회(Wearable Computer Contest)'를 개최하고 다음달 31일까지 그 참가자를 모집한다.
올해로 12회를 맞이한 ‘웨어러블 컴퓨터 경진대회’는 반도체 산업의 저변 확대와 반도체 분야 고급 인력양성을 위해 시작된 대회로, 2005년 유회준 KAIST 전기 및 전자공학부 교수가 처음으로 제안했다.
‘웨어러블 컴퓨터’는 사용자가 이동 환경 중에도 자유롭게 컴퓨터를 사용하기 위해 신체 또는 의복의 일부분에 착용할 수 있도록 제작된 스마트 기기다.컴퓨터의 형태 혹은 사람이 착용하는 상태에 따라 악세사리형, 의류형, 신체부착형, 생체이식형으로 구분된다.
‘문화 ‧ 교육 ‧ 웰니스(Wellness)를 위한 웨어러블 컴퓨터’를 주제로 열리는 이번 대회는 IT와 패션을 결합해 입는 컴퓨터에 대한 아이디어를 시제품으로 제작하는 대회로 모든 유형의 아이디어 제출이 가능하다.
대회는 서류심사와 발표심사를 거쳐 본선대회 순으로 진행된다. 본선에 진출한 10개 팀에게는 △ 웨어러블 컴퓨터 플랫폼 제공 △ HCI(Human-Computer Interaction) 전문가 교육 △ 100만원의 시제품 제작비와 30만원의 본선 활동비 등이 지원된다.
대회 위원장인 유회준 전기및전자공학부 교수는 “최근 세계 반도체 산업은 다른 산업과의 융합이 대세”라며 “이번 대회는 반도체 기술 뿐 만 아니라 웨어러블 기기의 시스템을 배우고 직접 제작해 볼 수 있는 소중한 기회가 될 것”이라고 말했다.
대학에 재학 중인 학생(대학원 포함)은 누구나 팀을 이뤄 참여가 가능하며, 대상 수상자에게는 5백만 원의 상금과 미래창조과학부 장관상이 수여된다.
대회의 상세정보는 누리집(http://www.ufcom.org)에서 확인 할 수 있다.
한편 지난해에는 전국의 대학에서 102개 팀이 본 대회에 지원했다. 대상은 ‘시각 장애인용 신발과 벨트’제작한‘길라잡이(대구․경북 연합팀)’가 차지했다. 끝.
2016.04.20 조회수 7516 -
동작 인식 증강현실 스마트 안경 개발
〈 유 회 준 교수 〉
우리 대학 전기 및 전자공학과 유회준 교수 연구팀이 동작 인식이 가능한 증강 현실 전용 초저전력 스마트 안경 ‘케이 글래스 3(K-Glass 3)’를 개발했다.
유 교수 연구팀은 2014년 증강현실을 기반으로 한 케이 글래스 1, 2015년 시선추적이 가능한 케이 글래스 2에 이어 동작 인식이 가능한 3번째 버전의 케이 글래스 3를 발표했다.
이번 연구는 지난 달 31부터 5일간 미국 샌프란시스코에서 열린 국제고체회로설계학회(ISSCC)에서 발표됐다.
케이 글래스 3의 핵심 기술은 스테레오 카메라 시스템이다. 이를 통해 사용자가 가상 키보드를 타이핑하거나 가상 피아노 연주를 하는 등의 증강 현실을 체험할 수 있다.
기존 안경형 스마트 기기에서는 텍스트 전송을 위한 UI/UX(사용자 인터페이스 및 경험)가 없어 텍스트에 익숙한 사용자들에게 유용할 것으로 기대된다.
최근 대기업에서 발표되는 증강현실 기기들은 복잡한 알고리즘 처리를 위한 컴퓨터가 추가로 요구되고, 가상 아이콘 클릭 등의 심화 동작을 인식하기 위한 전용 센서를 필요로 한다.
이는 평균 3와트(W) 이상의 많은 전력을 소모시켜 스마트폰 대비 20%에 불과한 스마트 안경 시스템에서 사용하기엔 부적합하다.
그러나 케이 글래스 3의 스테레오 카메라 시스템은 복잡한 스테레오 비전 알고리즘을 초저전력 프로세서 내에서 평균 20mW의 효율로 가속하기 때문에 24시간 이상 동작 가능하다.
이는 연구팀이 저전력 딥러닝 전용 멀티코어를 모바일 기기에서 가속할 수 있도록 개발해 전용 프로세서 내에 집적했기 때문에 가능했다.
딥러닝 멀티코어는 총 7개의 고성능 코어로 구성돼 있고 사용자 동작 인식을 33ms 이내의 빠른 속도로 가속해 편리함을 증가시켰다. 또한 동작을 탐지해 사용하지 않을 때는 작동을 멈춰 초저전력으로 가속할 수 있다.
연구팀은 스마트 안경 시장이 스마트폰을 대체하기 위해선 저전력, 소형화는 물론 편리하고 직관적인 유저 인터페이스 및 경험(UI/UX) 개발이 필수적이라고 말했다.
이에 유 교수는 “케이 글래스 3는 기존 안경형 디스플레이(HMD)가 지원하지 않는 편리하고 직관적인 UI를 결합해 하나의 저전력 시스템으로 구현하는 데 성공했다”며 “미래 스마트 모바일 IT 분야에서 혁신적 변화를 주도할 것이다”고 말했다.
박성욱 박사과정 학생이 주도한 이번 연구는 유저 인터페이스 및 경험 개발 기업인 UX Factory와의 협업을 통해 진행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 착용 이미지
그림2. 케이글래스 3 실제사진
그림3. 케이글래스 3를 통해 구현한 가상키보드,가상피아노
2016.02.25 조회수 8700 -
스마트 방진 마스크 ․ 심전도 셔츠 … 2015 웨어러블 컴퓨터 경진대회
“건설현장에서 근로자가 흡입하는 먼지의 양을 모니터링하고 근로자의 낙상도 신속히 파악해 위험을 미리 알려주는 스마트 방진 마스크 시스템입니다.”
5일(목) 오후 1시‘2015 웨어러블 컴퓨터 경진대회’본선대회가 열리는 KAIST KI 빌딩 로비. ‘스마트 방진 마스크 & 암밴드(Armband)’로 대회에 참가한 정범택(30 ․ 성균관대 휴먼ICT융합학과 석사)씨는 자신의 작품을 열심히 설명했다.
정씨는“우리나라 대표적인 산업재해인 분진 호흡기 질환과 낙상사고가 끊이지 않고 있다”며“스마트 방진 마스크 시스템을 활용하면 근로자들의 안전을 실시간으로 파악할 수 있어 사고에 빠르게 대처할 수 있다”라고 개발배경을 밝혔다.
‘스마트 방진 마스크’는 마스크 내부로 일정량의 분진이 유입 되면 작업자의 팔에 착용한 암밴드에 주황색(주의)과 빨강색(경고)의 시각적 경고등이 나타나 위험을 알려주는 기기다. 경고등 기능과 함께 내부에 자이로 센서와 가속도 센서를 가진 암밴드는 근로자의 낙상상황을 파악해 관리자 앱에 근로자 상황을 전달하는 기능도 있다.
올해로 11회를 맞이하는‘2015 웨어러블 컴퓨터 경진대회’가 5일부터 6일까지 KAIST에서 열린다.
‘웨어러블 컴퓨터’는 사용자가 이동 중에도 자유롭게 컴퓨터를 사용하기 위해 신체와 의복의 일부분에 착용할 수 있도록 제작된 기기다. 최근 스마트폰과 연동돼 인터넷 기반의 다양한 서비스 구현이 가능한 제품이 주목을 받고 있다.
‘웨어러블 컴퓨터 경진대회’는 대학생들이 특유의 반짝이는 아이디어와 최신 기술을 이용해 영화나 만화에서 볼 수 있는 착용하는 컴퓨터를 제작해 볼 수 있는 대회다.
올해 대회에는 전국 대학에서 총 102개 팀이 지원했으며 서류심사 및 발표심사를 통과한 지정공모 8팀과 아이디어 공모 3팀이 본선대회에 참가한다.
이날 출품작 중에는 생체신호인 심전도를 본인인증으로 활용하는‘심전도(ECG)보안 스마트 웨어’도 눈길을 끈다. 티셔츠에 부착된 웨어러블 디바이스가 사용자의 심전도를 실시간으로 파악하고 서버에 저장된 본인의 심전도와 비교해 본인인증이 가능한 기기다. 향후 높은 수준의 보안이 요구되는 기업과 금융기관에서 사용이 가능할 것으로 기대된다.
이밖에 ▲ 가방 속 물건을 찾기 쉽도록 플래시 기능을 제공하고 스마트폰 무선 충전이 가능한 가방 ▲ 가상현실을 이용한 시제품 시연 장갑 ▲시각 장애인을 위한 길찾기 신발 ▲ 본인 인증이 가능한 스마트 반지 등 창의적이면서 실용적인 제품이 소개된다.
지정 공모 대상팀에게는 미래부장관상과 500만원의 상금이, 아이디어 공모 대상팀에게는 미래부장관상과 100만원의 상금이 각각 수여된다.
대회 위원장인 유회준 전기및전자공학부 교수는 “이번 대회는 대학생들의 창의적인 아이디어와 스마트 기술이 융합된 최첨단 웨어러블 기기를 볼 수 있는 기회가 될 것”이라고 말했다.
행사의 상세정보는 홈페이지(http://www.ufcom.org)를 통해 확인할 수 있다. 끝.
2015.11.05 조회수 7839 -
지능형 SoC 로봇대회 개최 … 계단오르고 태권도 겨루고
우리 대학은 오는 29일부터 다음달 1일까지 일산 킨텍스 제2전시장에서 ‘지능형 SoC 로봇워’ 본선대회를 개최한다.
‘SoC 로봇'이란 시스템 온 칩(System on Chip)이라는 반도체 기술과 로봇기술을 접목해 사물인식과 상황판단을 혼자서 할 수 있는 지능형 로봇을 말한다.
2002년 시작돼 올해로 14회 째를 맞는 이번 대회는 반도체 분야의 고급 인력양성과 IT-SoC 산업의 활성화를 위해 마련됐다.
대회는‘휴로(HURO) 경쟁’과‘태권로봇’부문으로 나눠 진행된다.
‘휴로 경쟁’부문은 8가지 미션을 외부의 조종 없이 로봇 스스로 임무를 수행하는 경기방식이다. 계단 오르기, 움직이는 장애물 통과, 함정 통과 등 장애물 통과횟수와 미션 수행시간의 결과에 따라 순위가 결정된다.
‘태권로봇’부문은 우리나라 전통 무술인 태권도를 로봇에 결합해 대련으로 승부를 겨루는 경기방식이다. 로봇 머리 부분에 장착된 카메라가 상대 로봇의 위치와 거리를 인식해 주먹지르기, 발차기 등의 공격으로 점수를 획득해 승패를 결정하게 된다.
올해 대회에는 전국 대학에서 총 104개 팀 570명이 지원했으며 출전자격 심사와 예선대회를 거쳐 선발된 26개 팀이 본선대회에 참여하게 된다.
휴로-경쟁 부문 우승팀에게는 대통령상이, 태권로봇 부문 우승팀에게는 국무총리상이 각각 수여된다.
대회 운영위원장인 유회준 KAIST 전기및전자공학부 교수는 “우리나라는 세계적인 반도체 기술을 보유하고 있어 지능형 로봇분야에서 발전 가능성이 가장 큰 나라”라며 “이번 로봇대회에 참가한 대학생들의 경험이 미래 로봇 강국을 만드는데 소중한 밑거름이 될 것”이라고 말했다.
한편, 지난해에는 전국 대학에서 105개 팀이 참여했으며 휴로경쟁 부문과 태권로봇 부문 대상에 각각 충북대학교 ‘Double RFIC'팀과 한밭대학교 ‘흥봇’팀이 수상했다. 끝.
2015.10.27 조회수 6791