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서버 대신 뉴런, 뇌세포 컴퓨터의 탄생
작성일 : 2026-03-27 17:36:27조회 : 22점수 : 0
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- yang120
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인간의 뇌세포가 데이터센터의 판도를 바꾸고 있다. 뇌세포로 데이터를 검색하고, 연산하고, 동시에 저장도 할 수 있는 컴퓨터를 구현하는 데 성공한 것이다. 호주의 신경공학 스타트업 ‘코티컬랩스(Cortical Labs)’가 개발의 주인공이다. 과연 인간 뇌세포로 만든 컴퓨터는 어떤 원리로 작동할까. 또 이를 이용한 데이터센터 구축은 어디쯤 와 있을까.
호주와 싱가포르에 뇌세포 데이터센터 구축
코티컬랩스는 최근 인간 뇌세포로 데이터를 처리하는 ‘생물학적 컴퓨터’를 데이터센터에 배치하겠다는 계획을 공개했다. 생물학적 컴퓨터란 실험실에서 배양한 인간 뇌세포를 반도체 칩처럼 사용하는 장치를 말한다.
데이터센터는 정보통신기술(ICT) 서비스 제공에 필요한 장비인 컴퓨터 시스템과 통신장비, 저장장치 등이 설치된 시설이다. 마치 도서관에 책이 꽂혀 있듯, 반도체와 전자장치가 공장처럼 구축돼 있는 인터넷의 심장과 같은 곳이다. 인터넷 검색과 이메일, 온라인 쇼핑, 암호화 등 방대한 정보의 저장과 출력을 위해 수천, 수만 대의 서버를 한곳에 모아 관리하는 공간이어서 ‘서버 호텔(Server Hotel)’이라고도 불린다.
현재 세계 각국은 기하급수적으로 폭증하는 데이터 트래픽을 처리하기 위해 데이터센터를 계속 증설하고 있다. 문제는 데이터센터의 전기 사용이 더욱 많아진다는 점이다. 흔히 데이터센터는 ‘전기 먹는 하마’라고 한다. 서버(대형 컴퓨터) 수만 대가 모여 있다 보니 그 자체가 소비하는 전력도 엄청난 데다, 서버에서 발생하는 열(熱)을 식히는 데 필요한 냉각용 전력도 막대하기 때문이다. 데이터센터 사용 전력의 약 50%가 서버 냉각에만 사용된다.
국제에너지기구(IEA) 자료에 따르면, 2024년 전 세계 데이터센터에서 사용한 전력 소비량은 전체 전력 수요의 약 1.5%에 해당하는 415TWh(테라와트시)였다. 이 수치는 2026년 620TWh까지 늘어날 것으로 분석됐다. 특히 2030년까지는 2024년 소비의 2배를 넘는 약 945TWh에 달할 것으로 예상됐다.
이러한 데이터센터 전력 소비 문제를 해결하기 위해 등장한 개념이 바로 인간 뇌의 뉴런(신경세포)을 이용한 ‘생물학적 컴퓨터’다. 우리 뇌는 약 20W라는 아주 적은 에너지로도 엄청난 양의 정보를 처리하는 최상의 효율을 자랑한다. 기존의 딱딱한 실리콘 반도체(칩) 대신 유연하고 효율적인 뇌 신경세포에 주목하게 된 이유가 바로 여기에 있다.
뇌세포로 생물학적 컴퓨터를 만들려면 먼저 배양접시에서 신경세포를 키운 뒤, 배양한 세포들을 전자 칩 위에 올려 전기신호를 주고받을 수 있게 설계해야 한다. 이렇게 설계된 컴퓨터는 연구자가 전기신호로 명령을 내릴 경우 신경세포가 그 신호를 읽고 반응해 작업을 수행한다.
코티컬랩스는 혈액의 유도만능줄기세포(iPS)에서 배양한 신경세포를 실리콘 칩 위에 배치해 전기적 자극을 주고받는 생체 컴퓨터 ‘CL1’을 개발했다. 이 시스템을 기반으로 데이터센터를 구축한다. CL1은 외부 컴퓨터의 도움 없이도 자체적으로 동작이 가능한 최초의 생체 신경세포 시스템으로, 데이터를 입력하면 세포 반응을 측정해 결과를 도출한다. 공상과학(SF) 영화에서나 볼 법한 소재를 실제로 현실에 재현해낸 셈이다.
코티컬랩스는 호주 멜버른에 CL1 120대가 들어가는 데이터센터를 구축할 예정이다. 또 파트너사인 데이원(Day1)이 운영하는 싱가포르 시설에 최대 1000대의 CL1을 단계적으로 배치할 계획이다. 그 시작으로 싱가포르 국립 융루린 의과대학교에 초기 배치를 진행 중이다.
그렇다면 살아있는 세포가 어떻게 컴퓨터처럼 작동하는 것일까? 생물학적 컴퓨터는 인간 뇌의 정보 처리 방식을 그대로 모방해 정보를 저장하고 처리한다. 실리콘 칩 기반 컴퓨터 방식과는 완전히 다른 뇌 신경세포 네트워크 메커니즘을 활용하는 것이다.
우리 뇌에서는 약 1000억개의 신경세포들이 신호를 주고받을 때 미세한 전기 흐름인 ‘뇌파’가 발생한다. 이는 일종의 ‘뇌의 목소리’와 같다. 신경세포들은 거미줄처럼 촘촘히 연결돼 우리가 눈으로 보고 귀로 듣는 모든 정보를 전달하며, 신경세포와 신경세포가 서로 만나는 접점인 ‘시냅스’를 통해 데이터를 주고받는다. 특정 경험을 반복하면 관련 시냅스의 연결이 점점 강화되고, 반대로 쓰지 않으면 약해지거나 끊어진다. 예를 들어 새로운 게임을 배울 때 우리 뇌 속 신경세포들 사이에 ‘게임 전용 경로’가 형성되는 원리다.
이러한 방식으로 작동하는 생물학적 컴퓨터의 실제 연산 능력은 어느 정도일까. 2022년 코티컬랩스는 약 80만개의 신경세포로 구성된 컴퓨터 ‘디시브레인’을 개발해 고전 아케이드 게임인 ‘퐁(Pong)’을 학습시켰다. 당시 학습에는 약 18개월이 소요됐다.
지난 2월에는 더 진보한 기술력을 보여주었다. 20만개의 신경세포로 만든 CL1이 불과 일주일간의 학습만으로 1인칭 슈팅 게임인 ‘둠(Doom)’을 플레이하는 데 성공한 것이다. 빠른 템포의 액션이 특징인 이 게임에서 신경세포들은 적이 나타날 때마다 강한 전기신호를 내뿜으며 기민하게 반응했다.
휴대용 계산기보다 전력 소비 적어
이는 실리콘 칩 기반의 머신러닝보다 압도적으로 빠른 학습 속도를 보여준다. 기존 AI가 동일한 작업을 익히기 위해 방대한 데이터와 수주 이상의 시간, 거대한 하드웨어를 필요로 하는 반면, 생체 신경세포는 적은 숫자로도 탁월한 학습 능력을 발휘하는 것이다. 더구나 CL1의 가장 큰 강점은 ‘전력 효율성’이다. 코티컬랩스에 따르면 CL1 유닛 하나가 소비하는 전력은 약 30W로, 작은 휴대용 계산기보다도 적은 수준이다. 최신 AI 연산에 쓰이는 GPU 하나가 수천 와트를 소비하는 것과 비교하면 극히 낮은 전력량이다.
더욱 주목할 점은 발열 문제의 해결이다. 기존 데이터센터는 칩에서 발생하는 고열을 식히기 위해 거대한 냉각장치와 수조 톤의 냉각수를 쏟아붓는다. 하지만 생물학적 컴퓨터는 세포가 생존할 수 있는 체온 수준(약 37°C)만 유지해주면 되기 때문에 초고 성능 냉각 설비가 필요 없다. 데이터센터 전력 소비의 절반을 차지하던 냉각 비용이 획기적으로 줄어드는 것이다.
물론 코티컬랩스의 기술이 상용화되어 일반 컴퓨터와 경쟁하기까지는 해결해야 할 과제가 많다. CL1의 단위당 가격과 컴퓨팅 용량 확대, 안정적인 뉴런 배양 및 유지 비용 등 넘어야 할 산이 남아 있다. 하지만 탄소 배출과 에너지 고갈이라는 인류의 숙제를 동시에 해결할 뇌세포 컴퓨터는 실리콘 칩을 뛰어넘는 새로운 데이터센터 시대를 열 것으로 기대된다.
출처 : 주간조선(http://weekly.chosun.com)
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