한국연구재단(이사장 정민근)은 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구)의 지원을 받은 노원우 교수(연세대) 연구팀이 고성능 컴퓨터 응용 분야에서 폭넓게 활용되는 그래픽 프로세서(GPU)¹⁾의 수행 성능을 향상하기 위한 주요 기술을 개발했다고 밝혔다. 

1) GPU(Graphics Processing Unit): 컴퓨터 그래픽을 처리하는 주요 장치이며, 과거에는 그래픽 카드에 포함되는 독립된 칩의 형태로 많이 개발이 되었으나, 최근에는 CPU와 같이 동일 칩 안에 동시에 포함되는 형태로도 개발됨

GPU는 고화질 그래픽 분야는 물론, 자연 과학 분야의 문제 해결, 인공 지능 응용, 사물 인식 및 자율 주행, 금융 공학 등 고도의 병렬 처리를 활용하여 그 수행시간을 단축할 수 있는 분야에 폭넓게 사용되고 있다.

연구팀은 GPU의 병렬 처리 능력을 증가시키기 위한 가상 스레드 기술²⁾, 메모리 시스템의 효율을 향상시키기 위한 적응적 프리페칭 및 스케줄링 기술³⁾, 다수의 프로그램을 동시에 수행 시 GPU 가동률을 향상시키기 위한 자원공유 기술⁴⁾을 개발했다. 

2) 가상 스레드 기술: 제한된 하드웨어의 활용도를 높이기 위하여 동시에 실행되는 스레드를 증가시키는 기술 

3) 적응적 프리페칭 및 스케줄링 기술: 메모리 접근 특성에 따라 캐시 메모리 동작 효율을 높일 수 있는 하드웨어 스케줄링 및 데이터 프리패칭 기술 

4) 자원 공유 기술(Warped-Slicer): 여러 프로그램이 한 스트리밍 멀티프로세서를 동시에 나눠 쓸 수 있도록 효율적인 자원 할당 방법을 제안함

이 연구결과는 6월 18일부터 6월 22일까지 서울 롯데호텔에서 개최된 컴퓨터 구조 분야 세계적 학술대회인 2016 컴퓨터 구조 국제 심포지엄(ISCA)에서 동시에 3편의 학술 논문을 발표하는 성과로 나타났다. 올해 ISCA에 전 세계에서 투고된 논문은 총291편. 이 가운데 57편만이 선정되어 학술대회에 발표되었으며, 이 가운데 연구팀에서 3편이 발표되었다. 이 학술대회에서 3편의 논문을 동시에 발표하는 경우는 매우 이례적이다. 연구팀이 개발한 주요 기술 내용이다.

연구팀은 동시에 실행되는 스레드 수를 증가시킬 수 있는 가상스레드 기술을 개발하고 GPU에 도입함으로서 기존보다 약 23.9%의 GPU 수행시간을 향상시켜 처리 능력을 높였다. 또한 적응적 프리패칭 및 스케쥴링 기술을 개발해 메모리 시스템의 효율을 향상시킴으로써 GPU 성능을 약 31.7% 높였다. 이는 그동안 GPU 성능을 제한하는 주요 요소였던 메모리 접근의 병목 현상을 크게 해결한 것이다.

이와 함께 연구팀은 다수의 프로그램을 동시에 수행 시 GPU 가동률을 향상시키기 위한 자원 공유 기술을 23% 가량 성능을 높였다. 이로써 다중 프로세싱 환경에서 GPU의 연산 처리 능력의 효율성, 전력 효율을 동시에 높일 수 있게 됐다.

노원우 교수는 “이 연구는 전통적인 그래픽 프로세싱은 물론 최근 고성능 범용 연산 및 자율 주행, 객체 인식 등의 인공지능 연산에도 폭넓게 활용되는 GPU의 성능을 개선할 수 있는 주요 기술을 개발한 것이다. 이 기술로 국내산 GPU가 상용화된다면 세계적으로 GPU 프로세서 시장 경쟁력을 확보하는데도 크게 기여할 것이다”라고 연구의 의의를 설명했다. 컴퓨터 분야는 빠르게 변화하는 해당 분야 특성을 반영해 최고 권위의 학술대회 발표 논문을 최고 권위의 학술지 논문 게재와 동등하게 인정하고 있다.