세종뉴스룸

▲‘AI FESTA 2025’ 현장 사진

▲(왼쪽부터) 최준영 학부연구생, 한정우 박사과정생, 오동현 연구원, 박우찬 교수, 최석원 박사과정생, 김민재 석사과정생

▲연구팀이 개발한 AI 하드웨어와 노이즈·안개 제거 전후 영상 데모 화면

컴퓨터공학과 박우찬 교수 연구팀이 지난 9월 30일부터 10월 2일까지 코엑스에서 열린 ‘AI Festa 2025’에서 자체 개발한 경량화 AI 하드웨어 기술을 선보여 많은 관심을 받았다.

‘AI Festa’는 인공지능 세계 3대 강국 도약을 위한 인공지능 주간의 대표 행사로, 매년 350여 개 기업과 3만 명 이상의 참관객이 방문하는 국내 최대 규모의 인공지능 행사이다. 국내외 AI·반도체 기업, 연구 기관, 대학 등이 참여하여 최신 AI 반도체, 딥러닝 모델, 그래픽 처리 기술 등을 직접 체험할 수 있다.

박우찬 교수 연구팀은 행사에서 ‘경량화 U-net 기반 DRAM-less Real-time AI HW Technology’를 시연했다. 연구팀은 레이 트레이싱 기반 렌더링을 연구해 온 경험을 바탕으로 노이즈가 심한 렌더링 이미지의 후처리를 빠르게 수행할 수 있는 AI 모델을 구상했으며, 이를 영상·음성 등 다양한 영역으로 확장해 AI 하드웨어 기술로 발전시켰다.

이번 기술의 핵심은 △경량화 △DRAM-less △실시간 처리(Real-time)이다. 연구팀은 기존 5천만 파라미터의 U-Net 기반 모델을 약 100만 파라미터 수준으로 줄여 전력 사용량과 데이터 처리량을 크게 감소시켰다. 또한, 외부 D램(DRAM)을 완전히 제거하고 CPU 내부의 S램(SRAM)만으로 모든 연산을 처리하도록 설계해 지연 시간(Latency)을 줄였으며, 영상·그래픽·음성 데이터를 실시간에 가까운 속도로 처리하는 성능을 구현했다.

한편 경량화 과정에서 나타나는 U-Net의 특징 추출 성능 저하를 보완하기 위해 입력 영상 데이터를 세 가지 특징 채널로 분리해 제공하는 방식을 적용했다. 노멀 이미지와 알베도 이미지 정보를 함께 활용해 손실된 특징을 강화함으로써 디노이징(Denoising) 및 디헤이징(dehazing) 성능을 개선했다. 실제 그래픽 영상 실험에서 PSNR(이미지 품질 지표)이 기존 약 11~24dB에서 30dB 이상으로 향상되며, 노이즈·안개 제거 후 물체의 윤곽과 색상이 보다 선명하게 복원되는 결과를 확인했다. 이러한 기술은 저해상도 CCTV 화질 개선이나 안개·연기 환경에서의 물체 인식 등 다양한 분야에서 활용할 수 있다.

이미지 처리에 최적화된 하드웨어 구조를 오디오 분야에도 적용하기 위해, 소리 파형을 2차원 이미지인 스펙트로그램(Spectrogram)으로 변환해 처리하는 방식을 채택했다. 이를 통해 하드웨어 구조 변경 없이 특정 주파수를 강조해 주변 소음을 제거하거나 원하는 소리를 추출하는 Speech Enhancement 기능을 고성능으로 구현했다.

연구팀은 그래픽 렌더링 분야에서도 기술의 실효성을 설명했다. 일반적으로 애니메이션·게임 제작에 사용되는 고품질 렌더링은 한 장의 이미지를 만드는 데 수 일이 소요될 만큼 연산량이 방대하다. 연구팀은 SPP(Sample Per Pixel)를 낮춰 노이즈가 포함된 초안 이미지를 수 분 안에 생성한 뒤 모델에 입력해 고퀄리티의 이미지를 얻는 방식을 제시했다. 이 방식은 제작 과정에서 방향성·색감·빛 표현 등을 빠르게 검토할 수 있어 효율성을 높인다.

특히 이번 기술은 AI 모델을 FPGA 기반 하드웨어 구조로 구현했다는 점에서 의미가 크다. Python 기반 AI 모델을 C언어 형태로 이식(Porting)하고, 모든 연산의 크기·데이터 경로 등을 맞추는 과정은 많은 시행착오가 필요한 고난도 작업이다. 

연구팀 소속 최석원 대학원생은 “하나의 모델을 구현하는 과정에서 연구자들이 서로의 과제를 공유하고 협업할 수 있었다. 나만의 연구가 아닌 모두의 연구가 되어 개발 방향을 더 넓은 시야로 바라볼 수 있는 기회였고, 연구실 구성원 간의 유대도 깊어졌다”고 전했다.

박우찬 교수는 “학생들이 대형 행사에서 주도적으로 기술 시연을 해내 자랑스럽다. 많은 전문가의 큰 관심과 호평을 접한 것은 큰 경험이자 향후 도전적인 연구를 이어가는 데 큰 동기부여가 되었을 것”이라고 말했다.

한편 박우찬 교수 연구팀은 2023년 ICT 챌린지 1위(과학기술정보통신부 장관상), XR 디바이스 콘텐츠 메이커톤 콘테스트 2위(정보통신산업진흥원장상) 등을 수상하며 반도체 분야에서 꾸준히 우수한 성과를 거두고 있다.

취재/ 이가은 홍보기자(lee9adong@naver.com)