초록 ▼

□ 과제수행 목표 및 내용
○ 최종 목표
ㅇ 인공지능 서비스와 데이터 처리의 물리적 성능 제약을 없애는 메모리 중심 컴퓨팅 기술 및 저지연·실시간 인프라 구현을 위한 지능형 EdgeCPS 플랫폼 기술 개발

○ 1단계
□ 목표
ㅇ 인공지능 서비스와 데이터 처리를 가속하는 메모리 중심 컴퓨팅 기술 개발 및 저지연·실시간 인프라 구현을 위한 지능형 EdgeCPS 플랫폼 구조 설계

□ 내용
ㅇ 고성능·고효율 메모리 중심 컴퓨팅 핵심 기술 연구
ㅇ 메모리 중심 컴퓨팅 기반 초고속 데이

□ 과제수행 목표 및 내용
○ 최종 목표
ㅇ 인공지능 서비스와 데이터 처리의 물리적 성능 제약을 없애는 메모리 중심 컴퓨팅 기술 및 저지연·실시간 인프라 구현을 위한 지능형 EdgeCPS 플랫폼 기술 개발

○ 1단계
□ 목표
ㅇ 인공지능 서비스와 데이터 처리를 가속하는 메모리 중심 컴퓨팅 기술 개발 및 저지연·실시간 인프라 구현을 위한 지능형 EdgeCPS 플랫폼 구조 설계

□ 내용
ㅇ 고성능·고효율 메모리 중심 컴퓨팅 핵심 기술 연구
ㅇ 메모리 중심 컴퓨팅 기반 초고속 데이터 분석 기술 연구
ㅇ 저자원 디바이스간 연산능력 차이를 극복하는 디바이스리스 컴퓨팅 구조 설계
ㅇ 엣지 사이버물리시스템을 위한 대규모 디바이스 가상화 기술 설계

○ 2단계
□ 목표
ㅇ 대규모 인공지능 서비스와 데이터 처리를 가속하는 메모리 중심 컴퓨팅 기술 개발 및 저지연·실시간 인프라 구현을 위한 지능형 EdgeCPS 플랫폼 알고리즘 연구

□ 내용
ㅇ Peta-Scale 메모리 중심 컴퓨팅 핵심 기술 연구
ㅇ 메모리 중심 컴퓨팅 기반 스케일러블 인메모리 저장소 연구
ㅇ 저자원 디바이스간 연산능력 차이를 극복하는 디바이스리스 컴퓨팅 핵심 알고리즘 개발
ㅇ 엣지 사이버물리시스템을 위한 대규모 디바이스 가상화 플랫폼 핵심 알고리즘 개발

○ 3단계
□ 목표
ㅇ 저지연·실시간 인프라 구현을 위한 지능형 EdgeCPS 플랫폼 개발

□ 내용
ㅇ 저자원 디바이스간 연산능력 차이를 극복하는 디바이스리스 컴퓨팅 플랫폼 개발
ㅇ 엣지 사이버물리시스템을 위한 대규모 디바이스 가상화 플랫폼 개발

□ 과제 수행과정 및 내용
ㅇ 핵심 요소 기술의 개념
- 메모리 중심 컴퓨팅 구조 : 대용량·공유 메모리 풀을 통해 다수의 연산장치들이 연결된 새로운 컴퓨팅 구조
- 메모리 중심 컴퓨팅 기반 초고속 데이터 분석 : 메모리 중심 컴퓨팅을 기반으로 응용을 재설계하여 성능 혁신
- 디바이스리스 컴퓨팅 구조 : 디바이스의 운영·관리·추가 등이 개발자·운영자로부터 완전히 숨겨져 있는 플랫폼
- 디바이스 가상화 기술 : 엣지·클라우드에 산재한 이종 가속기를 가상화하여 저성능 디바이스에 서비스 형태로 제공
ㅇ 과제 수행과정
- ETRI에서 데이터 중심 및 EdgeCPS를 위한 새로운 컴퓨팅 구조 와 시스템SW 원천기술 연구
- 대학은 메모리 중심 컴퓨팅 기반 초고속 데이터 분석 기술과 EdgeCPS 실행엔진 및 알고리즘 연구
- 기업은 메모리 중심 컴퓨팅 시스템SW 사업화 관련 기술과 EdgeCPS 실행엔진의 시각화 기술 연구
ㅇ 과제 수행내용
- [메모리 중심] 고성능·고효율 메모리 중심 컴퓨팅 핵심 기술 연구
• (ETRI) 2단계 메모리 확장 시스템 고도화: MariaDB 20%의 메모리로 90% 성능 달성(기술이전 3건)
• (ETRI) 메모리 확장 시스템 사용자 도구 개발: 성능 일관성 2.7배 향상
• (아주대) 메모리 중심 쓰레드 분산 실행 연구: 8노드 최대 10.1배 성능 향상
• (아주대) 메모리 중심 메모리 중심 컴퓨팅 시스템 동기화 연구: 동기화 성능 10.6배
- [메모리 중심] 메모리 중심 컴퓨팅 기반 초고속 데이터 분석 기술 연구
• (ETRI) 메모리 스케일러블 유전체 분석 가속 기술: 성능 최대 3.34배
• (ETRI) 2-단계 메모리 기반 양자컴퓨팅 시뮬레이터: 용량 효율 64배
• (UNIST) 인공지능 학습데이터 접근 속도 향상: 성능 6.1배
• (UNIST) 공유 메모리 기반 인공지능 학습 성능 향상: 처리량 5.8배
• (성균관대) 비휘발성 메모리 기반 데이터 구조 연구: Level-DB 성능 3.24배
• (성균관대) 비휘발성 메모리 기반 파일 시스템 성능 향상“ TPC-H 성능 2.88배
- [EdgeCPS] 저자원 디바이스간 연산능력 차이를 극복하는 디바이스리스 컴퓨팅 구조 설계
• (ETRI) 성능 프로파일링을 통한 계층적 디바이스 관리 모델 설계
• (ETRI) 인공지능 연산 가속 지원 HW 자원 가상화 기술 정의 및 가상화 자원 공유 모델 설계
• (ETRI) 집단 지성 구축을 위한 지식 공유 미들웨어 설계 및 프로토타입
• (대구대) 저자원 디바이스 자원증강 가상화 인프라 구조 연구
• (경북대) 실디바이스-가상화 플랫폼 연동 데이터 관리 모델 연구
• (인하대) EdgeCPS 기반의 인공지능 서비스를 위한 지식 공유 모델 연구
- [EdgeCPS] 엣지 사이버물리시스템을 위한 대규모 디바이스 가상화 기술 설계
• (ETRI) 디바이스트윈 기반의 시스템 운용 모델 분석 및 실자원 명세 기술
• (ETRI) 디바이스트윈과 서비스 간의 인터페이스 기술
• (ETRI) 비정형 멀티모달 데이터 정의 및 수집 인터페이스 기술
• (경상대) EdgeCPS 기반의 무인 이동체 운용 기술 연구
• (경희대) EdgeCPS 기반의 비정형 멀티모달 데이터 처리 기술 연구

□ 과제 수행결과 및 목표달성도
ㅇ 과제 수행결과
ㅇ 과제 수행 목표달성도
가. 과제 수행 목표달성도 (기술개발 성과지표)
나. 공통지표 (괄호 안은 목표치)
다. 자율지표

□ 관련 분야에 대한 기여
ㅇ 메모리 중심 컴퓨팅 분야에 대한 기여
과학적
• 메모리 중심 컴퓨팅 기반 SW 연구 선도: 상위20%SCI 1편, SCIE 3편, (최)우수학회 9편
• 유전체 분석 속도 3.34배 향상: 최우수학회 제출, ㈜녹십자지놈 PoC(기술성/사업성 최고 평가)
• 미국 실리콘밸리 TidalScale 국제 MoU 체결 (’20.02), 비대면 연구회의 26회
• 대규모 양자 컴퓨팅 시뮬레이션 용량 효율성 64배 향상: ETRI 양자컴퓨팅 연구실 PoC

기술적
• ETRI IP-R&D 프로그램 기반 메모리 중심 컴퓨팅 및 유전체 분석 핵심 특허 확보
- 국제 특허 (미국) 1건 등록 / 4건 출원, 국내 특허 1건 등록 / 8건 출원
• 2021년 국가 연구개발사업 우수성과 100선 선정 (정보·전자 분야)

경제적
• 기술이전: 1건 (1억원) 계약완료, 추가 2건 (총 0.9억원) 진행 중
- ㈜시스기어: “가변 블록 관리 기반 2-계층 메모리 시스템 기술” (1억원 완료, 0.7억원 예정)
· 사업 부문 Valuation 240억원 평가 (‘21.11) / 코오롱베니트 PoC (‘21.11)
- ㈜테라텍: “PCIe 기반 확장 메모리 기술” (0.2억원 예정)
• KIER, 한컴위드 PoC: 대규모 과학계산 및 대용량 디지털포렌식 비용 절감 확인
• 생명공학연구원 PoC: 국가 바이오 빅데이터 구축 사업에 유전체 분석 가속 기술 적용 논의
• 수자원공사 메모리 관리 기술 사업화: 그린IT를 위한 On-Premise 시스템 구축 진행

사회적
• 데이터 주권확보 및 대규모 과학계산, 빅데이터 분석 비용 절감
• 영유아 검진, 감염병 대응 등을 위한 유전자 기술 대중화: 유전체 분석 비용 절감
• 해외 슈퍼컴퓨터 기반 양자 시뮬레이션 대체 → 국내 양자 연구 대중화
• 국내 메모리 업체의 HW-SW 통합 솔루션 개발을 통한 국제적 기술경쟁력 확보(SK Hynix)

ㅇ EdgeCPS 분야에 대한 기여
과학적
• 저자원 디바이스 성능 한계 극복 위한 디바이스리스 컴퓨팅 기술 연구 선도: 최우수학회 제출
• 국내 최초 EdgeCPS기술 연구 홍보 및 확산: “EdgeCPS 워크샵 개최” (’21.11)
• 컴퓨팅 컨티뉴엄의 새로운 패러다임 선도: AI 반도체, 엣지 서버, 클라우드가 혼재된 환경에서 적용 분야별 다양한 성능 요구사항을 만족시키는 하이퍼오토메이션 제공

기술적
• 연구 초기 단계에서부터 선도적인 IPR확보 전략 수행: 국내 특허 3건 출원 진행 중
• 클라우드/엣지 서비스 커버리지 극대화로 부가가치 창출
- 기존 클라우드 기술로는 수행하지 못하는 실시간 학습 및 추론 분야 가능

경제적
• 연구초기부터 요소기술별로 분할하여 기술이전 추진: ‘22년 상반기 기술이전 확정
• 디바이스리스 컴퓨팅을 통해 데이터를 수집하는 엔드포인트에서 직접 학습 및 추론이 가능해지면서 자율주행자동차, 스마트팩토리 등의 산업 활성화

사회적
• 초고속 차세대 이동통신과 저지연 엣지 서비스를 통해 제조업, ICT, 헬스 케어, 에너지 등 4차 산업혁명과 관련된 광범위한 분야에서 다양한 가치 창출 가능
• 초고속 차세대 통신 및 고성능 컴퓨팅 비용 절감으로 창업 및 새로운 서비스 개발·운영이 용이해져 신산업 육성 및 신규 고용 확대 가능

ㅇ 후속 과제에 도움을 줄 수 있는 연구 결과
메모리 중심 컴퓨팅
연구 결과 - 메모리 중심 시스템SW
적용 가능 후속 과제 - 저탄소 데이터센터 자원 관리, 분산 인공지능 기반 메타버스 인프라

연구 결과 - 유전체 분석 가속
적용 가능 후속 과제 - 유전자 분석 기반 실시간 감염병 추적, 저비용 유전체 분석

연구 결과 - 대용량 양자 시뮬레이션
적용 가능 후속 과제 - 양자 암호화 알고리즘 연구, 양자 암호화 기반 통신 기술 연구

Edge CPS
연구 결과 - 디바이스리스 컴퓨팅
적용 가능 후속 과제 - 도심 물류 제어, 자율형 디바이스 고장 감지, 컴퓨팅 컨티뉴엄 플랫폼

연구 결과 - 대규모 디바이스 가상화
적용 가능 후속 과제 - 메타버스/아크버스 플랫폼 연구, 디바이스 연계형 군집 제어 기술

연구 결과 - 저지연 멀티모달 데이터 처리
적용 가능 후속 과제 - 택타일 인터넷 중계서버, 네트워크 적응형 멀티모달 데이터 처리

□ 성과관리 및 활용계획
ㅇ 성과관리 현황 (연구 데이터 관리 계획)
• (생산/관리) 멀티(서브)블록에 따른 다계층 메모리 관리 성능, AI 디바이스 계층별 성능 분석
• (저장/보존) 자체 관리 서버 연 2회 저장, 과제 종료 후 저장, 버전 제어 관리 시스템 활용 등
ㅇ 메모리 중심 컴퓨팅 연구 성과 활용 계획

기술적
• 동적 대용량 메모리 서버 플랫폼/양자 컴퓨팅 시뮬레이션/인공지능 특화 데이터 플랫폼
• 기술 이전을 통해 대규모 디지털 포렌식 및 빅데이터 분석 솔루션 개발

사회문제 해결
• 대규모 국내 클라우드 산업 활성화 → 데이터 주권 확보
• 저비용 유전체 분석을 통해서 국민 의료보험 확대 적용 → 사회적 불평등 해소

사업화 전략
• 메모리 확장 기술의 국제 공동연구 추진 → 국제 홍보 / 기술 확산
• 차세대 인터커넥트 기반 HW-SW 통합 기술 확보 → 국제 기술력 선도

ㅇ EdgeCPS 연구 성과 활용 계획
기술적
• 5G/6G 연동 대규모 디바이스를 이용한 사용자 초근접 서비스 플랫폼
• 해외 선진 연구기관과의 국제 공동연구 추진을 통한 기술의 국제적 확산 및 기술 선도

사회문제 해결
• 실세계에서 가상세계로 이어지는 단방향에서 가상세계에서 실세계로의 반영이 실현
→ 메타버스 등 미래 기술 선도

사업화 전략
• 디바이스리스 컴퓨팅을 위한 전용 HW 및 최적화 SW 솔루션을 개발 → 국제 기술력 선도
• 도메인별 잠재적인 수요자를 적극발굴하고 기업의 니즈에 따른 기술 검증 → 상용화추진

□ 향후 과제 수행계획
ㅇ 다음 단계(2단계: ’22~’24년) 연구개발 계획
1) 연구개발 목표 및 내용
메모리 중심 컴퓨팅
• 응용·시스템 통합 설계 기반 Peta-Scale 메모리 중심 컴퓨팅 시스템SW 개발
• 비휘발성 메모리 기반 스케일러블 인메모리 저장소 개발
• 메모리 중심 데이터 분석 플랫폼 개발: 인공지능, 그래프 분석, 유전체 분석, 양자가상머신

Edge CPS
• 실디바이스 증강을 지원하는 가상 인프라 구축 및 CPS 운용 명세 기술
• CPU/GPU/FPGA 및 인공지능가속기 기반 적응형 가속기 공유 및 실객체와의 시간 동기화 기술
• 다중 디바이스 트윈 자원 관리에 기반한 디바이스-가상디바이스 연계형 컴퓨팅 증강 기술

2) 국내외 분야 환경변화
메모리 중심 컴퓨팅
• Intel CXL 인터페이스 표준화 진행으로 분리 메모리 시스템 구현 및 활용처의 급격한 변화 예상
• 혼성의 메모리를 사용하는 메모리 노드에 대한 데이터 배치 문제 해결 필요
• 인공지능 데이터 로딩 성능 향상 요구 → 데이터 파이프라인 성능 향상 연구 활발히 진행 중

Edge CPS
• 경량화/저전략화된 AIoT 온디바이스, 자율형 IoT 네트워킹, 디지털 트윈 플랫폼 기술 등 대규모 디바이스와 서버 컴퓨팅 리소스를 연계하는 기술이 등장
• 메타버스와 같이 가상의 개념에서 가상세계의 현실화 실현을 위한 연구개발이 요구됨

3) 연구개발 추진전략
메모리 중심 컴퓨팅
• 공동연구를 통한 주요 요소기술 연구/개발 수행
• 대학 협력을 통해 요소기술 선행연구를 수행
• 기관(기업, 출연연) 협력을 통해 개발 시스템 검증 및 대용량 데이터 분석 응용 개발을 공동 수행

Edge CPS
• 주관기관인 ETRI를 중심으로 1단계에 旣구축된 産學硏 협업형 연구개발 체계 확대·개편
• 해외 선진 기관과의 기술 연계 추진 (대상기관 : University of Texas at Dallas, USA)
• 다양한 산업 분석을 통한 수요자요구형 기술 개발 추진

4) 연구개발 일정 및 기대 성과
메모리 중심 컴퓨팅
• 페타바이트급 메모리 주소 공간 관리 기술을 통한 대규모 메모리 시스템 구축 가능
• 분리 메모리 기술을 이용하여 파일 시스템 캐시를 구현하는 최초의 연구 성과가 될 수 있음
• 신경망 데이터 전처리 및 로딩 성능 향상을 통해 인공지능 학습 시간을 대폭 줄일 수 있음

Edge CPS
• 국내 최초로 연구되는 기술로 세계시장 선도 및 국내 기술 확보가 가능
• 5G/6G 연동 대규모 디바이스를 이용한 사용자 초근접 서비스 개발이 가능
- 메타버스, 스마트공장 생산성 향상, 스마트시티 모니터링, 군집드론 제어, 나노로봇 제어 등

5) 다음 단계 연구개발비 사용 계획
6) 사업화 추진 계획
메모리 중심 컴퓨팅
• 클라우드 사업자(Naver, 메가존 등) 실증사업 통해 구현기술 안정성 확인 및 사업모델 다각화
• 국제 공동연구 진행(미국 TidalScale 등)을 통한 국제 사업화 수행
• 지식재산 공동 확보, 경상계약을 통한 기술이전 기업 지원 등으로 적극적인 사업화 추진

Edge CPS
• 과제 종료 시점에 상용화 수준의 EdgeCPS 플랫폼을 개발하고 사업화 유망 도메인에 기술 적용
• 초대규모의 저성능 디바이스가 집중된 도심환경 등 사업화 가능성이 높은 도메인을 선정
• 국제공동연구를 활용한 선진 기술 도입 및 국내 여건에 맞는 신규 서비스 시장 창출

(출처 : 요약문 2p)