최근 AI 개발 트렌드가 대규모의 자원을 사용하는 것이 아니라 작은 디바이스에서의 효율적 활용으로 옮겨가는 가운데, 산업 현장에서 AI 어플리케이션 개발을 지원하는 MCU 기반의 설계 솔루션이 주목받고 있다.
 
29일 한국산업지능화협회가 출범한 ‘산업 AI 기술위원회’ 출범식에서 산업 AI 관련 기술 교류 및 업계 동향을 공유하는 자리가 마련됐다. 가천대학교 조영임 위원장의 소개 및 AI 국제표준화 동향을 기조로, 강사로 참여한 연사들이 AI를 적용하기 위해 산업 데이터 활용 측면을 강조했다.
 
국내 AI 산업 적용에서 주축은 하드웨어 최적화에 있다. 성장과 함께 컴퓨팅 성능이 중요해짐에 따라, 다양한 종류의 반도체 칩들이 활용되고 있다. 주요 글로벌 빅테크 기업들이 채택하고 있는 CPU+GPU는 연간 2~4억개 정도의 수요가 발생하고 있으며, 모바일에 탑재되는 AP+GPU는 연간 12~20억개의 수요가 있다. 최근에는 AI 처리에 특화된 NPU(Neural Processing Unit)의 수요가 증가하고 있다.
 
최근 클라우드(서버)를 기반으로 AI의 대규모 학습 및 추론이 이뤄졌던 단계에서 점차 스마트 기기 자체에 AI 기능을 탑재해 데이터 처리 속도를 향상시키는 온디바이스 AI 또는 엣지 AI로 트렌드가 옮겨가고 있다.
 
이러한 추세에서 ‘MCU(Microcontroller Unit)’는 임베디드 시스템에서 이미지 센서에 AI 칩을 결합해 전력 소비를 감소하고, 개인 맞춤형 기기의 보안을 강화하기 위한 비용 효율적인 전략으로 꼽힌다. 최근에는 MCU 내에 NPU를 탑재하기도 한다.
 
MCU는 특정 작업을 수행하도록 설계된 컴퓨터 시스템인 임베디드 시스템의 핵심 구성 요소를 뜻한다. MPU(Microprocessor Unit), 메모리, 입출력 인터페이스 등을 하나의 칩에 통합한 소형 컴퓨터라고 볼 수 있다. 기본적 계산, 입출력 제어, 데이터 처리 등을 수행하는 MCU는 저전력, 보안성을 확보할 수 있어 산업 자동화, 스마트홈, 스마트 시티 등 분야에서 주로 활용된다. 주요 MCU 제조업체로는 ST마이크로일렉트로닉스, NXP, Microchip 등이 대표적이다.
 
감바랩스 박세진 대표는 엣지 AI의 주요 키워드로 비용 절감과 개발 환경의 중요성을 강조하며, “얼마나 크기를 작게 만들고, 얼마나 최적화할 수 있는지가 관건”이라고 말했다.
 
박 대표는 “산업 현장의 센서 데이터를 클라우드에 올려 대규모 모델을 돌리는 것보다 특화 영역에서 집중해 비용 효율성을 달성할 수 있다”며, “주요 MCU 업체들은 AI 어플리케이션 개발을 위한 라이브러리를 이미 제공하고 있어 쉬운 AI 개발을 지원한다”고 말했다.
 
해외에는 이미 연구들이 진행되고 있으며, 국내는 아직 개발 초기 단계에 불과하다. 예컨대 NXP가 출시한 새로운 MCX A 시리즈 MCU는 전력 아키텍처와 소프트웨어 호환성에 최적화돼 △산업용 센서 △모터 제어기 △배터리 △휴대용 전원 시스템 컨트롤러 △IoT 디바이스 등 다양한 임베디드 애플리케이션에 적용할 수 있다.
 
또한 ST마이크로일렉트로닉스는 STM32 MCU와 MPU 기반의 엣지 AI 프로세싱의 구현과 개발을 가속화하는 다양한 AI 솔루션을 지원하고 있다. 이를 통해 클라우드 연결 없이 STM32 MCU와 MPU 디바이스에 직접 AI 프로세싱을 구현할 수 있다. 또한 STM32Cube.AI 플랫폼, 나노엣지.AI Studio 등 자동화 autoML 방식의 프로그램을 제공한다.
 
국내 스타트업 감바랩스는 스마트홈 디바이스 제조업체, 로봇, 자동차 부품 회사와 협력하고 있으며, 최근 음성 화자 인식 솔루션을 검증하는 단계에 있다고 전했다. 감바랩스는 자사의 TinyML 모델을 테스트하고 개발할 수 있는 하드웨어 모듈을 제공한다. 이는 ESP32S3 MCU를 기반으로 음성과 모션 인식 모델 테스트를 지원하며, 비올라(VIOLA) 자동화 프레임워크를 제공하고 있다.
 
박 대표는 “향후 온디바이스 AI 시장의 도전과제는 하드웨어를 소형화하고, 에너지 효율을 극대화하고, 가격 경쟁력을 확보하는 것이며, 모델을 경량화 및 최적화하고, 개발 환경을 자동화하고, NPU와 연동할 수 있게끔 구현하는 것이다”며, “국내 감바랩스와 같은 스타트업에게는 기회라고 볼 수 있다”고 덧붙였다.