KAIST, 세계 최초 '초개인화' 온디바이스 AI 개발

유회준 카이스트(KAIST) 인공지능반도체대학원 교수 연구팀이 17일 세계 최초의 초개인화 온디바이스 AI 반도체 '소울메이트' 개발에 성공했다고 밝혔다. 사진은 지난 2월 미국 샌프란시스코에서 열린 국제고체회로설계학회(ISSCC)에서 연구진이 소울메이트를 발표하는 모습. 사진 카이스트 제공

국내 연구진이 스마트폰 내에서 인공지능(AI) 모델을 학습시킬 수 있는 ‘온디바이스 AI’를 개발했다.

17일 유회준 카이스트(KAIST) 인공지능반도체대학원 교수팀은 사용자의 특성에 맞춰 스스로 진화하는 거대언어모델(LLM) 반도체 ‘소울메이트’를 개발했다고 밝혔다. 연구진은 소울메이트에 대해 “클라우드 서버를 거치지 않고 기기 자체에서 추론과 학습이 가능한 세계 최초의 온디바이스 AI”라고 설명했다.

기존 AI 서비스들은 데이터를 클라우드 서버로 보내는 과정에서 개인정보 유출, 네트워크 지연 등의 문제가 발생했다. 소울메이트는 기기 밖으로 정보를 전송하지 않아도 초개인화된 AI 에이전트를 만들 수 있다는 게 특징이다. 연구진은 사용자의 대화 내용을 기억해 맞춤형 답변을 생성하는 검색증강생성(RAG) 기술과 사용자의 피드백을 즉각 반영해 학습하는 로우 랭크 미세조정(LoRA)기술을 반도체 내부에 구현했다.

기존 AI가 학습 데이터와 사용자의 정보를 매칭하는 것에서 그쳤다면, 소울메이트는 추가 학습을 통해 초개인화된 AI 구현을 목표로 한다. 유 교수는 “챗GPT 같은 AI는 데이터센터에서 학습한 대로 응답한다. 소울메이트는 오직 사용자 정보로만 학습된 나만의 AI를 만들 수 있다는 게 차별점”이라고 말했다.

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중요도에 따라 연산 최적화

온디바이스 AI 반도체 소울메이트 . 사진 카이스트 제공

온디바이스 AI는 클라우드 의존성 문제를 해결할 신기술로 주목받고 있다. 하지만 일반적으로 LLM 모델에는 약 100억개 이상의 파라미터와 8GB 이상의 대용량 메모리가 필요한데, 기기가 감당할 수 있는 전력과 연산량에는 한계가 있었다.

연구진은 토큰(단어)의 중요도에 따라 가중치를 달리하는 혼합 랭크 아키텍처를 적용해 연산의 효율성을 높였다. 중요한 내용은 더 많이, 중요하지 않은 내용은 적게 연산하는 식이다. 또 사용자 피드백을 학습하는 과정에서 문장 간의 유사성을 파악해 중복된 연산을 생략함으로써 에너지 소모를 줄였다. 연구진은 기존 기술 대비 응답 지연은 최대 82.5% 에너지 효율은 76.2%까지 개선했다고 밝혔다. 그 결과 소울메이트는 스마트폰 프로세서 소비전력의 1/500 수준인 9.8㎽의 초저전력으로도 학습과 추론을 동시에 수행할 수 있다. 응답에 걸리는 시간도 0.2초(216.4ms)였다.

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말투, 습관, 감정까지 학습

지난 1월 4일(현지시간) 미국 네바다주 만달레이베이 컨벤션센터에서 열린 'CES 2026 언베일드'에 반려견 로봇이 전시돼 있다. 연합뉴스

소울메이트는 스마트폰, 웨어러블 기기 등 개인 맞춤형 AI가 필요한 곳이라면 어느 분야에서든 활용될 수 있다. 예를 들어 스마트폰에 탑재될 경우 사용자의 감정과 습관, 생체정보 등 민감한 정보까지 학습한 AI 비서를 만들 수 있다.

물리 환경에서 동작하는 피지컬 AI와의 결합도 기대된다. 특히 프라이버시를 중시하는 해외에선 이 분야의 활용 가능성에 관심이 많다. 예를 들어 소울메이트를 활용하면 사용자와 세밀한 감정 교류가 가능한 반려 로봇을 만들 수 있다. 유 교수는 “실제로 강아지를 키우면 시간이 지날수록 친밀감이 커지는 것처럼 로봇과도 교감이 가능해진다”며 “사용자의 말투나 습관까지 인식해 반응한다”고 설명했다.

소울메이트는 지난 2월 미국 샌프란시스코에서 열린 국제고체회로설계학회(ISSCC)에서 처음 공개됐다. ‘반도체 설계 올림픽’으로도 불리는 ISSCC에서 하이라이트 논문으로 선정되는 성과를 거뒀다. 당시 일론 머스크가 설립한 뇌신경과학 기업 뉴럴링크가 연구진을 실리콘밸리 본사로 초청해 간담회를 갖기도 했다. 연구진은 유 교수가 창업한 스타트업 온뉴로A에서 2027년 내 소울메이트를 상용화할 계획이다.

■ 더중앙플러스 : 팩플

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장윤서 기자 chang.yoonseo1@joongang.co.kr