[아이티데일리] 카이스트(총장 이광형)가 GPU 사용률을 높이고 대형언어모델(LLM) 기반 AI 학습 비용을 절감할 수 있는 최적의 병렬화 구성을 도출하도록 돕는 기술을 개발했다.

최근 챗GPT, 딥시크(DeepSeek) 등 초거대 인공지능(AI) 모델이 다양한 분야에서 활용되며 주목받고 있다. 이러한 대형언어모델(LLM)은 수만 개의 데이터센터용 GPU를 갖춘 대규모 분산 시스템에서 학습되는데, GPT-4의 경우 모델을 학습하는 데 소모되는 비용은 약 1,400억 원에 육박하는 것으로 추산된다.

이 같은 비용을 줄이면서 AI 모델 학습을 최적화할 수 있도록 카이스트 전기및전자공학부 유민수 교수 연구팀이 삼성전자 삼성종합기술원과 공동연구를 통해, 대규모 분산 시스템에서 LLM의 학습 시간을 예측하고 최적화할 수 있는 시뮬레이션 프레임워크 ‘v트레인(vTrain)’을 개발했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부의 재원으로 한국연구재단, 정보통신기획평가원, 그리고 삼성전자의 지원을 받아 수행됐다. 과학기술정보통신부 및 정보통신기획평가원의 SW컴퓨팅산업원천기술개발(SW스타랩) 사업으로 연구개발한 결과물이다.

통상 LLM의 학습 효율을 높이려면 최적의 분산 학습 전략을 찾는 것이 필수적이다. 그러나 가능한 전략의 경우의 수가 방대할 뿐 아니라 실제 환경에서 각 전략의 성능을 테스트하는 데는 막대한 비용과 시간이 들어간다. 이에 따라 현재 LLM을 학습하는 기업들은 일부 경험적으로 검증된 소수의 전략만을 사용하고 있다. 이는 GPU 활용의 비효율성과 불필요한 비용 증가를 초래하지만, 대규모 시스템을 위한 시뮬레이션 기술이 부족해 기업들이 문제를 효과적으로 해결하지 못하고 있는 상황이다.

이에 카이스트 연구팀은 v트레인을 개발해 LLM의 학습 시간을 정확히 예측하고, 다양한 분산 병렬화 전략을 빠르게 탐색할 수 있도록 했다. 연구팀은 실제 다중 GPU 환경에서 다양한 LLM 학습 시간 실측값과 v트레인의 예측값을 비교한 결과, 단일 노드에서 평균 절대 오차(MAPE) 8.37%, 다중 노드에서 14.73%의 정확도로 학습 시간을 예측할 수 있음을 검증했다.

연구팀은 삼성전자 삼성종합기술원와 공동연구를 진행해 v트레인 프레임워크와 1,500개 이상의 실제 학습 시간 측정 데이터를 오픈소스로 공개해 AI 연구자와 기업이 이를 자유롭게 활용할 수 있도록 했다.

카이스트 유민수 교수는 “v트레인은 프로파일링 기반 시뮬레이션 기법으로 기존 경험적 방식 대비 GPU 사용률을 높이고 학습 비용을 절감할 수 있는 학습 전략을 탐색했으며, 오픈소스를 공개했다. 이를 통해 기업들은 초거대 인공지능 모델 학습 비용을 효율적으로 절감할 것“이라고 말했다.