연산을 줄이면서도 일반화를 돕는 방법: 드롭아웃과 희소 구조
꼭 필요한 부분만 고치는 방식: 파라미터 효율형 미세조정
정밀도를 낮추면 인공지능이 가벼워진다: 양자화
훈련된 모델을 실제로 사용하는 방법: 배포 프레임워크

최근의 인공지능 기술은 정말 놀라울 정도로 발전했습니다. 이제 인공지능은 사람의 말을 이해하고, 멋진 그림을 그리며, 심지어 스스로 글을 쓰는 일까지 할 수 있게 되었죠. 하지만 이렇게 뛰어난 능력을 가진 인공지능일수록 더 많은 전기와 더 큰 저장 공간을 필요로 합니다.

예를 들어 GPT-3라는 인공지능 모델은 수천억 개가 넘는 파라미터(Parameter)를 갖고 있는데, 파라미터란 인공지능이 어떤 결정을 내릴 때 사용하는 수많은 작은 스위치라고 생각하면 이해하기 쉽습니다. 이렇게 큰 모델을 작동시키려면 아주 넓은 메모리와 강력한 컴퓨터가 필요하기 때문에 우리가 흔히 사용하는 스마트폰이나 노트북과 같은 작은 기기에서는 제대로 동작하기가 어렵습니다.

이런 문제를 해결하기 위해 과학자들과 엔지니어들은 새로운 방법을 찾기 시작했습니다. 인공지능 모델의 성능은 최대한 유지하면서 크기와 계산량을 줄이는 방법을 개발한 것입니다. 이런 기술들을 크게 ‘모델 압축(Model Compression)’과 ‘비용 최적화(Cost Optimization)’라고 부릅니다. 모델 압축은 말 그대로 큰 인공지능 모델을 작게 압축하는 기술입니다. 예를 들어 커다란 사진 파일을 압축하면 용량이 작아지지만 화질이 거의 유지되는 것과 비슷한 원리입니다. 비용 최적화는 모델을 더 효율적으로 만들어서 전기와 같은 자원을 덜 사용하도록 하는 기술입니다. 최근에는 이 두 기술이 특히 중요해지면서 많은 기업과 연구소에서 집중적으로 연구하고 있습니다.

모델 압축이 중요한 이유는 스마트폰이나 스마트워치와 같은 웨어러블(Wearable) 기기, 그리고 사물인터넷(IoT, Internet of Things) 기기처럼 작고 성능이 제한적인 장치들이 점점 많아지고 있기 때문입니다. 이런 작은 장치들은 크기도 작고 처리 능력도 제한되어 있어, 큰 인공지능 모델을 그대로 사용하기 어렵습니다. 예를 들어, 스마트폰에서 음성 명령을 즉시 알아듣거나 사진 속의 물체를 빠르게 찾아내려면 작고 효율적인 모델이 반드시 필요합니다.

모델 압축 기술은 빠른 응답 속도가 필수적인 챗봇(Chatbot), 음성 인식, 그리고 영상 처리와 같은 서비스에서도 필수적으로 쓰입니다. 만약 인공지능과 대화할 때 답변이 너무 느리게 나온다면 사용자는 금방 답답함을 느낄 것입니다. 이 문제를 해결하려면 인공지능 모델의 크기를 줄여서 더 빠르게 작동하게 만드는 기술이 꼭 필요합니다. 또한 인터넷을 통해 데이터를 저장하고 처리하는 클라우드 서버(Cloud Server)를 운영할 때도 전력 사용량을 줄이고 비용을 절약하기 위해 이 기술이 매우 중요합니다.

마지막으로, 모델 압축과 비용 최적화 기술은 인공지능 연구를 더욱 쉽고 빠르게 만들어줍니다. 연구를 할 때마다 너무 큰 모델을 사용하면 시간과 비용이 많이 들지만, 작고 가벼운 모델로 빠르게 여러 번 실험할 수 있다면 더욱 효율적으로 좋은 결과를 찾아낼 수 있습니다.

이제부터 이렇게 중요한 ‘모델 압축’과 ‘비용 최적화’ 기술이 어떻게 동작하는지, 또 우리 생활 속에서 실제로 어떻게 활용되고 있는지 하나씩 쉽고 자세하게 살펴보도록 하겠습니다.

지식을 압축해서 전달하는 방법, 지식 증류

인공지능 모델은 시간이 지날수록 점점 더 복잡해지고 뛰어난 성능을 보이고 있습니다. 하지만 모델이 커지고 복잡해질수록 계산하는 데 시간이 더 오래 걸리고, 더 강력한 기기를 사용해야 합니다. 특히 스마트폰이나 웨어러블 장치처럼 크기가 작은 기기에서는 이런 큰 모델을 그대로 사용하는 것이 매우 어렵습니다. 그래서 최근에는 성능은 유지하면서도 모델을 작고 가볍게 만드는 다양한 기술들이 개발되고 있습니다. 이 중 대표적인 기술이 바로 지식 증류(Knowledge Distillation)입니다.

지식 증류라는 이름은 사실 위스키나 향수를 만들 때 쓰는 증류(distillation) 과정에서 따온 것입니다. 위스키를 만들 때 원재료를 가열하여 알코올과 향이 강하게 응축된 액체만을 뽑아내듯이, 지식 증류도 복잡한 인공지능 모델에서 중요한 정보만을 골라내어 더 작은 모델에 전달하는 방법입니다.

이 과정은 마치 능력 있는 선생님이 어려운 내용을 학생이 이해하기 쉽도록 가르쳐주는 것과 비슷합니다. 여기서 선생님 역할을 하는 인공지능을 교사 모델(Teacher Model), 배우는 역할을 하는 인공지능을 학생 모델(Student Model)이라고 부릅니다. 학생 모델은 교사 모델보다 작고 단순하지만, 교사 모델에게 잘 배운다면 거의 비슷한 성능을 낼 수 있습니다.

지식 증류의 핵심은 단순히 정답만 가르쳐주는 것이 아니라, 교사 모델이 어떤 이유로 그런 판단을 내렸는지까지 학생 모델에게 전달한다는 점입니다. 예를 들어, 어떤 사진을 보고 교사 모델이 고양이라고 판단할 가능성을 80퍼센트, 강아지일 가능성을 15퍼센트라고 판단했다면, 학생 모델도 이 판단 비율을 비슷하게 따라 하도록 학습합니다. 이처럼 다양한 선택지에 대한 가능성의 비율을 함께 전달하는 방식을 소프트 타깃(Soft Target)이라고 합니다.

이러한 원리는 일상생활에서도 찾아볼 수 있습니다. 예를 들어, 미술 선생님이 학생에게 단순히 “이건 나무야”라고 말하는 대신, “햇빛이 닿은 부분은 밝고, 그늘진 부분은 더 어둡게 표현해야 해”라고 설명해준다면, 학생은 그림을 그리는 전체적인 원리를 더 잘 이해할 수 있습니다. 지식 증류 역시 이런 방식으로 학생 모델이 판단하는 과정의 맥락까지 배울 수 있도록 도와줍니다.

여기서 꼭 알아두어야 할 개념 중 하나가 바로 로지츠(Logits)입니다. 로지츠는 인공지능이 어떤 결정을 내리기 전에 각 후보에 대해 얼마나 강하게 반응했는지를 숫자로 나타낸 것입니다. 하지만 이 숫자들을 직접 이해하기는 어렵기 때문에 소프트맥스(Softmax)라는 계산을 이용해 사람도 쉽게 이해할 수 있는 확률 형태로 바꿔줍니다. 학생 모델은 이 확률을 참고해서 교사 모델과 비슷한 판단을 하도록 노력합니다.

이러한 방식으로 학습한 학생 모델은 크기가 작고 계산 속도도 빠르면서, 교사 모델과 비슷한 성능을 낼 수 있습니다. 실제로 여러 개의 큰 모델을 결합한 복잡한 시스템을 단순한 학생 모델 하나로 압축할 때도 지식 증류가 사용됩니다. 이렇게 만들어진 작은 모델은 스마트폰, 웹 서비스, 자동차 시스템 등 계산 자원이 제한된 환경에서도 효과적으로 사용됩니다.

또한 모델이 작아지면 전력 소모가 줄고 발열도 적어지기 때문에 환경적으로도 좋은 영향을 미칩니다. 따라서 지식 증류는 단지 모델을 작게 만드는 기술을 넘어 인공지능을 더 효율적이고 스마트하게 만들어주는 중요한 방법이라고 할 수 있습니다.

연산을 줄이면서도 일반화를 돕는 방법: 드롭아웃과 희소 구조

인공지능 모델은 데이터를 많이 학습하면 할수록 성능이 좋아집니다. 그런데 어떤 경우에는 훈련에 사용한 데이터에서는 매우 정확하지만, 처음 보는 새로운 데이터에는 약한 모습을 보일 때가 있습니다. 이런 현상을 과적합(Overfitting)이라고 부릅니다. 말 그대로, 훈련에 너무 과하게 맞춰져서 새로운 상황에 잘 적응하지 못하는 것입니다.

이런 문제를 해결하기 위한 방법 중 하나가 드롭아웃(Dropout)이라는 기술입니다. 드롭아웃은 학습을 할 때 인공지능 안의 일부 요소, 즉 뉴런이라고 불리는 계산 단위를 일부러 잠깐 꺼버리는 방법입니다. 처음 들으면 일부러 기능을 끈다는 것이 이상하게 들릴 수 있습니다. 하지만 이렇게 무작위로 꺼주는 과정이 오히려 모델이 특정한 일부 뉴런에만 지나치게 의존하지 않도록 도와줍니다. 다양한 경로를 통해 답을 찾는 연습을 하게 만드는 셈입니다.

이와 비슷한 상황을 일상에서도 떠올려볼 수 있습니다. 시험 공부를 할 때 어떤 문제 유형만 반복해서 풀다 보면, 그 문제에는 익숙해지지만 조금만 변형된 문제에는 약해질 수 있습니다. 그래서 일부러 문제 유형을 다양하게 바꿔가며 연습하는 것이 더 도움이 되기도 합니다. 드롭아웃은 모델에게도 이처럼 다양한 조건에서 스스로 생각할 기회를 주는 방식이라고 할 수 있습니다.

또한 드롭아웃은 훈련 과정에서 뉴런 일부를 쉬게 하기 때문에, 그만큼 계산해야 할 양도 줄어들게 됩니다. 계산을 덜 하면서도 모델의 실력을 높일 수 있으니, 일석이조의 효과를 가진 셈입니다.

비슷한 맥락에서 등장한 또 하나의 개념은 희소 구조(Sparse Structure)입니다. 원래 딥러닝 모델은 대부분의 뉴런들이 서로 연결되어 있는 밀집 구조(Dense Structure)를 기본으로 사용합니다. 하지만 실제로는 그 중 모든 연결이 꼭 필요한 것은 아닙니다. 일부 연결만으로도 충분히 좋은 판단을 내릴 수 있는 경우가 많기 때문입니다.

예를 들어, 친구들과 토론을 할 때 열 명 모두가 말을 하지 않아도 두세 명의 의견만으로도 결론이 날 수 있는 것처럼, 신경망에서도 꼭 필요한 연결만 남겨도 좋은 결과를 얻을 수 있습니다. 희소 구조는 이렇게 불필요한 연결을 줄이거나 없애는 방식으로, 전체 계산량과 메모리 사용량을 함께 줄여줍니다.

이런 방식으로 만들어진 인공지능 모델은 크기도 작아지고 작동 속도도 빨라집니다. 덕분에 스마트폰이나 작은 기기 안에서도 효율적으로 사용할 수 있게 됩니다. 드롭아웃과 희소 구조는 모델을 가볍게 만들면서도 더 튼튼하고 실용적으로 만드는 데 중요한 역할을 하는 기술들입니다.

필요 없는 부분을 잘라내는 기술: 모델 가지치기

모델을 압축하는 또 다른 방법은 이미 학습된 신경망에서 덜 중요한 부분을 제거하는 것입니다. 이런 방식을 ‘모델 가지치기(Pruning)’라고 합니다. 가지치기라는 이름은 나무의 불필요한 가지를 잘라내는 것에서 유래했습니다. 인공지능 모델에서도 예측에 큰 영향을 주지 않는 뉴런이나 연결(Weight)을 잘라내어 간단하게 만드는 방법입니다.

가지치기의 핵심은 각각의 뉴런이나 연결이 결과를 만드는데 얼마나 중요한지 평가하고, 중요도가 낮은 것부터 천천히 제거하는 데 있습니다. 이 과정은 책상 위의 불필요한 물건들을 정리하듯, 모델 내부의 복잡한 연결을 깔끔하게 정리하는 것과 비슷합니다. 이렇게 정리를 하면 모델 전체의 크기도 줄고, 계산하는 양과 사용하는 메모리도 함께 줄어듭니다.

초기에는 단순히 숫자값이 작거나 거의 영향을 주지 않는 연결을 없애는 방식이 주로 사용되었습니다. 하지만 최근에는 좀 더 효율적이고 정교한 방법이 사용되고 있습니다. 예를 들어, 중요도가 낮은 연결을 조금씩 잘라내면서 중간중간 모델을 다시 학습시키고, 마지막으로 성능을 다시 최적화하는 과정을 거칩니다. 이렇게 하면 가지치기 후에도 모델의 성능을 유지하면서 효율성을 높일 수 있습니다.

가지치기는 단순히 모델을 작게 만드는 것만 아니라 하드웨어 효율성이나 처리 속도와도 깊은 관련이 있습니다. 불필요한 연결이 줄어든 모델은 스마트폰이나 작은 기기에서도 빠르게 작동할 수 있습니다. 그래서 최근에는 실제로 사용하기 더 좋은 작고 빠른 인공지능 모델을 만들기 위해 가지치기 기술이 자주 활용되고 있습니다.

이처럼 모델 가지치기는 계산 효율을 높이고 메모리를 절약하면서 실제 환경에서 사용하기 좋은 인공지능을 만드는 데 중요한 기술로 자리 잡고 있습니다.

계산 효율을 높이기 위한 선택적 구조: 전문가 혼합 모델

요즘처럼 인공지능 모델이 점점 커지고 복잡해지는 상황에서는, 계산 효율이 아주 중요한 과제가 됩니다. 특히 대규모 언어 모델에서는 계산량이 너무 많으면 학습에도 시간이 오래 걸리고, 실제로 사용할 때도 많은 자원이 필요합니다. 이런 문제를 해결하기 위해 등장한 구조 중 하나가 바로 전문가 혼합 모델(Mixture of Experts)입니다. 줄여서 MoE라고 부르기도 합니다.

전문가 혼합 모델은 말 그대로 여러 명의 전문가가 함께 있는 팀을 구성한 것과 비슷합니다. 모든 사람이 동시에 일하는 것이 아니라, 그 중에서 어떤 일을 가장 잘할 수 있는 사람 몇 명만 골라서 그때그때 일을 맡기는 방식입니다. 인공지능 모델에서도 비슷한 전략이 사용됩니다. 전체 모델을 여러 개의 독립된 부분으로 나눠두고, 입력이 들어올 때마다 그중 일부만 골라서 계산하는 구조입니다.

여기서 말하는 ‘전문가(Expert)’는 인공지능 내부의 특정 계산 모듈을 뜻합니다. 특히 트랜스포머(Transformer)에서 자주 쓰이는 구성 요소인 피드포워드 네트워크(Feed-Forward Network), 줄여서 FFN이라는 부분에 이 전문가 개념이 적용됩니다. 일반적인 트랜스포머에서는 한 층에 하나의 FFN만 존재하는데, 전문가 혼합 모델에서는 여러 개의 FFN을 미리 준비해두고, 매번 필요한 것만 선택해서 사용합니다.

그럼 어떤 전문가를 선택할지는 누가 결정할까요? 이 역할은 ‘라우터(Router)’라고 불리는 작은 모듈이 담당합니다. 라우터는 입력된 문장이나 단어의 특징을 보고, 어떤 전문가가 이 입력을 가장 잘 처리할 수 있을지를 판단합니다. 예를 들어 64명의 전문가 중 두 명만 뽑아 계산에 참여시키는 식입니다. 이처럼 전체 모델의 크기는 매우 크더라도, 실제로 한 번에 사용하는 계산량은 제한적이기 때문에 훨씬 효율적입니다.

일상적인 상황으로 비유해보면, 종합병원에 다양한 분야의 전문의가 있는 것과 비슷합니다. 모든 환자를 모든 의사가 함께 보는 것이 아니라, 어떤 환자에게는 피부과 전문의가, 어떤 환자에게는 정형외과 전문의가 진료하듯이, 인공지능 모델도 입력 내용에 따라 적합한 전문가만 선택해서 계산하는 방식입니다.

이 구조의 장점은 단순히 계산량을 줄이는 데서 그치지 않습니다. 입력되는 내용에 따라 선택되는 전문가가 달라지다 보니, 자연스럽게 각 전문가가 자신만의 특기를 가지게 됩니다. 예를 들어 어떤 전문가는 숫자 계산에 강하고, 다른 전문가는 문장의 스타일을 바꾸는 데 능숙한 식입니다. 하나의 큰 모델 안에 서로 다른 능력을 가진 전문가들이 조화를 이루며 동작하는 셈입니다.

이런 전문가 혼합 구조는 실제로도 여러 대형 인공지능 모델에서 활용되고 있습니다. 계산을 많이 하지 않더라도, 상황에 맞는 전문가만 뽑아 사용하는 방식이기 때문에 더 빠르고 똑똑한 모델을 만드는 데 도움이 됩니다.

앞으로 인공지능 모델이 점점 더 커지고 다양해질수록, 이처럼 필요한 계산만 선택적으로 하는 구조는 더 중요해질 것으로 보입니다. 많은 일을 한꺼번에 처리하기보다, 누가 어떤 일을 잘하는지 알아보고 역할을 나누는 방식은 사람 사회에서도 효과적인 방법이듯, 인공지능에게도 그런 지혜가 필요한 시대가 온 것입니다.

꼭 필요한 부분만 고치는 방식: 파라미터 효율형 미세조정

인공지능 모델은 일반적으로 많은 데이터를 통해 먼저 기본적인 능력을 갖추도록 훈련됩니다. 이를 사전학습(Pretraining)이라고 합니다. 이렇게 미리 훈련된 모델은 이후 다양한 용도로 활용될 수 있지만, 실제 사용할 때는 각 작업에 맞게 조금씩 조정해주는 단계가 필요합니다. 이 과정을 미세조정(Fine-tuning)이라고 합니다. 예를 들어, 글을 쓰는 능력을 가진 언어 모델을 먼저 학습한 다음, 이를 문서 요약이나 번역, 질문 응답 등 특정한 작업에 맞게 수정하는 것입니다.

그런데 최근에 등장한 대형 언어 모델들은 수십억 개 이상의 파라미터(Parameter), 즉 학습 과정에서 조정할 수 있는 수많은 숫자를 가지고 있습니다. 이러한 모델 전체를 다시 학습시키려면 매우 많은 시간과 비용이 듭니다. 따라서 개인이나 작은 규모의 기관에서는 이런 큰 모델을 활용하는 것이 매우 어렵습니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 등장한 것이 바로 파라미터 효율형 미세조정(Parameter-Efficient Fine-Tuning) 기술입니다. 이 기술의 핵심은 모델 전체를 재학습하지 않고 꼭 필요한 부분만 조정하는 것입니다. 책 전체를 다시 쓰는 대신 일부 문장만 고쳐서 다른 목적에 맞추는 것과 비슷합니다.

가장 먼저 등장한 기술은 프롬프트 기반 튜닝(Prompt Tuning)입니다. 이 방식은 모델 내부를 바꾸지 않고 입력에 간단한 힌트나 단서를 추가해 원하는 결과를 얻는 방법입니다. 즉, 모델에 질문을 할 때 추가적인 지시어나 설명을 함께 주는 방식입니다.

다음으로 등장한 방식이 어댑터(Adapter)입니다. 어댑터는 기존 모델의 층 사이에 작고 간단한 추가 모듈을 삽입하고, 이 추가된 모듈만을 학습시키는 방법입니다. 모델 본체는 그대로 유지하고, 작은 어댑터만 교체하거나 추가해 다양한 작업에 쉽게 대응할 수 있도록 합니다.

이후 등장한 로라(LoRA, Low-Rank Adaptation)는 기존 모델의 구조를 거의 변경하지 않고, 작은 부분만 추가하여 조정하는 방식입니다. 예를 들면 옷을 새로 사지 않고, 원래의 옷에 작은 장식이나 단추만 추가해서 다른 스타일로 바꾸는 것과 같습니다. 이러한 방식은 적은 계산과 저장 공간으로도 좋은 성능을 얻을 수 있어 매우 효율적입니다.

이러한 파라미터 효율형 미세조정 기술은 하나의 모델로 요약, 번역, 질문 응답과 같은 여러 가지 작업을 처리할 때 특히 실용적입니다. 매번 새로운 모델을 만드는 대신 일부만 조정하여 다양한 용도로 손쉽게 사용할 수 있기 때문입니다. 이제는 대기업이나 큰 연구소뿐 아니라, 개인이나 소규모 팀들도 대형 모델을 유연하고 효율적으로 사용할 수 있게 되었습니다.

앞으로 이런 파라미터 효율형 미세조정 기술은 더욱 널리 사용될 전망입니다. 로라를 비롯한 여러 기술들이 실제 환경에서 빠르게 도입되고 있으며, 인공지능을 더욱 가볍고 실용적으로 활용하는 데 중요한 역할을 하고 있습니다.

정밀도를 낮추면 인공지능이 가벼워진다: 양자화

인공지능 모델은 내부에서 아주 많은 숫자를 계산하면서 작동합니다. 이 숫자들은 단순한 정수가 아니라 소수점 아래까지 매우 정밀하게 표현된 값들입니다. 예를 들어 숫자 70도 70.123456처럼 아주 작은 차이까지 고려해서 계산합니다. 이렇게 정밀한 계산은 결과를 정확하게 만들어주지만, 그만큼 계산이 복잡해지고 저장 공간도 많이 필요합니다. 숫자 하나를 표현하는 데 보통 32비트, 즉 32자리의 정보가 필요합니다.

하지만 이렇게 복잡하고 많은 숫자를 처리하려면 시간이 오래 걸리고 전기도 많이 소비됩니다. 특히 스마트폰처럼 성능이 제한된 환경에서는 이러한 복잡한 모델을 그대로 사용하기 어렵습니다. 이런 문제를 해결하기 위해 등장한 기술이 바로 양자화(Quantization)입니다.

양자화란 숫자의 정밀도를 줄여서 계산을 단순하게 만드는 방법입니다. 예를 들어, 32비트로 표현했던 숫자를 8비트나 4비트로 줄이면 계산 속도가 빨라지고 메모리 사용량도 줄어듭니다. 숫자를 단순하게 표현할수록 필요한 회로도 줄어들기 때문에 전력 사용도 함께 줄어듭니다.

이런 개념은 우리 일상에서도 흔히 찾아볼 수 있습니다. 예를 들어 체중을 측정할 때 70.135킬로그램처럼 아주 세밀하게 재기도 하지만, 보통 일상생활에서는 70킬로그램 정도로 충분히 사용하기도 합니다. 약간의 미세한 차이는 일상에서는 크게 중요하지 않기 때문입니다.

최근에는 숫자를 표현할 때 사용하는 비트 수를 더 줄이려는 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 과거에는 8비트만으로 충분하다고 생각했지만, 지금은 4비트나 심지어 2비트처럼 더 적은 비트로도 표현할 수 있도록 다양한 시도가 이루어지고 있습니다. 이렇게 하면 계산 속도는 더욱 빨라지고, 메모리 사용량과 전력 소비도 크게 줄어듭니다.

그러나 숫자를 지나치게 단순화하면 계산 정확도가 떨어질 위험이 있습니다. 이를 해결하기 위해 등장한 것이 양자화 인지 학습(Quantization-Aware Training)입니다. 이 방법은 모델을 학습할 때부터 낮은 정밀도의 환경을 미리 경험하도록 만들어서, 정밀도가 떨어져도 좋은 성능을 유지할 수 있도록 합니다. 마치 흐릿한 사진으로도 사물을 잘 알아보는 연습을 하는 것과 같습니다.

양자화 기술은 이미 많은 제품과 서비스에서 사용되고 있습니다. 예를 들어 스마트폰의 음성 인식 기능이나 카메라의 사진 필터와 같이 빠른 응답과 낮은 전력 소모가 중요한 곳에서 유용합니다. 복잡한 모델 대신 양자화된 단순한 모델을 사용하면 빠르고 효율적으로 작동할 수 있습니다.

결국 양자화는 숫자의 정밀도를 조금 낮추는 대신 계산 효율을 크게 높이는 기술입니다. 여기에 적절한 학습 방법까지 더하면, 모델은 작고 가벼우면서도 충분한 성능을 유지할 수 있습니다. 따라서 양자화는 인공지능을 더 실용적이고 효과적으로 만들어주는 중요한 기술입니다.

훈련된 모델을 실제로 사용하는 방법: 배포 프레임워크

인공지능 모델을 작고 빠르게 만드는 데 성공했다면, 다음 중요한 과제는 그것을 실제 환경에서 잘 사용할 수 있게 만드는 것입니다. 아무리 뛰어난 성능의 모델이라도 스마트폰이나 웹 브라우저, 클라우드 서버처럼 실제로 사용되는 환경에서 제대로 작동하지 못한다면 그 가치는 크게 줄어들 수밖에 없습니다. 실제 생활에서 활용되지 못하는 모델은 연구실에만 머무르게 됩니다.

이런 이유로, 인공지능 모델을 다양한 기기와 플랫폼에서 쉽게 사용할 수 있게 도와주는 도구들이 필요합니다. 이런 도구들을 배포 프레임워크(Deployment Framework)라고 부릅니다. 배포 프레임워크는 모델이 학습된 환경에서 실제 서비스 환경으로 옮겨갈 때, 더 잘 실행될 수 있도록 최적화하고 필요한 변환을 해주는 역할을 합니다.

대표적인 배포 프레임워크로는 텐서플로 라이트(TensorFlow Lite), 오닉스 런타임(ONNX Runtime), 토치스크립트(TorchScript) 등이 있습니다. 이런 도구들은 딥러닝 모델을 스마트폰, 웹 브라우저, 서버 등 다양한 환경에 맞춰 자동으로 변환해 줍니다. 이 과정에서 불필요한 계산을 줄이거나, 계산 순서를 효율적으로 조정해서 속도와 안정성을 높이는 작업도 함께 이루어집니다.

최근에는 더욱 세밀한 최적화를 제공하는 컴파일러 기반 배포 도구들도 활발히 개발되고 있습니다. 예를 들어 텐서RT(TensorRT), TVM, 글로우(Glow) 같은 도구들은 모델 내부의 계산 과정을 면밀히 분석하고, 사용하는 장치에 최적화된 계산 순서를 만들어주거나 동시에 여러 작업을 처리하도록 개선해줍니다. 덕분에 같은 모델이라도 더 적은 전력과 자원으로 더 빠르게 실행될 수 있게 됩니다.

결국 모델을 배포한다는 것은 단순히 훈련된 모델을 다른 장치로 옮기는 것이 아니라, 모델이 사용될 실제 환경을 고려해 다시 설계하고 다듬는 과정이라고 할 수 있습니다. 이렇게 배포 과정을 거친 모델은 연구실에서 벗어나 일상생활 속에서 사람들과 만나게 되고, 인공지능 기술이 현실 세계에서 진정한 가치를 발휘하는 출발점에 서게 됩니다.

계산 효율성과 실용성을 향한 기술의 이동

이번 장에서는 인공지능 모델을 작고 빠르게 만드는 다양한 기술들을 살펴보았습니다. 복잡한 판단 과정을 간단히 요약해 주는 지식 증류, 불필요한 계산을 줄이는 드롭아웃과 희소 구조, 그리고 꼭 필요한 연결만 유지하는 모델 가지치기까지 여러 전략들을 알아보았습니다. 이 외에도 입력된 상황에 맞게 선택적으로 계산을 수행하는 전문가 혼합 모델과, 전체 모델이 아닌 일부만 간단하게 조정하는 파라미터 효율형 학습 방법도 함께 다루었습니다.

이러한 기술들은 단순히 계산의 양을 줄이기 위한 것뿐 아니라, 더 많은 사람이 실제 생활에서 인공지능을 쉽게 사용할 수 있게 하려는 노력에서 탄생했습니다. 스마트폰과 같이 성능과 배터리가 제한된 기기에서는 작고 효율적인 모델이 꼭 필요하지만, 그렇다고 성능을 희생해서는 안 되기 때문입니다. 또한 클라우드 서버에서도 적은 에너지와 비용으로 동일한 성능을 제공할 수 있다면 훨씬 더 효율적일 것입니다.

결국, 모델을 작고 효율적으로 만드는 것은 단순히 기술적인 문제가 아닙니다. 이는 기술의 접근성을 높이고 지속 가능성을 강화하며, 실생활에서의 사용 편의성을 높이는 것과 밀접하게 연결되어 있습니다. 앞으로 인공지능이 더 널리 사용되고 일상 속에 자연스럽게 자리 잡으려면, 성능을 유지하면서도 자원을 절약하고 누구나 쉽게 사용할 수 있는 방향으로 계속 발전해 나가야 합니다.

김태훈 칼럼니스트