실험실에서 자란 두뇌가 세계 최초의 살아있는 컴퓨터를 운영한다.

스위스 기술 회사인 Final Spark는 인간 두뇌 오가노이드(실험실에서 성장한 소형 장기 버전)가 실리콘 칩 대신 계산 작업을 수행하는 세계 최초의 생물처리 플랫폼인 Neuroplatform을 성공적으로 출시했다.

첫 번째 시설은 16개의 뇌 유기체의 처리 능력을 호스팅하며, 회사는 이 시설이 실리콘보다 백만 배 적은 전력을 사용한다고 주장한다. 더 작고 쉽게 확장할 수 있도록 하여 컴퓨팅에 혁명을 일으킨 실리콘 기반 칩은 비효율성으로도 알려져 있다.

이러한 칩의 트랜지스터는 에너지를 많이 소비하며, 인공지능(AI) 모델 개발과 같은 애플리케이션이 증가함에 따라 이러한 비효율성의 영향도 더욱 눈에 띄게 나타나고 있다.

Final Spark의 추정에 따르면 초기에 ChatGPT를 지원했던 인기 있는 대규모 언어 모델 GPT-3을 훈련하는 데에만 10GWh의 에너지가 소비되었다. 이는 유럽의 평균 도시가 1년 동안 소비하는 에너지보다 무려 6,000배에 달하는 에너지이다.

실리콘 칩을 바이오프로세서로 교체하면 에너지를 대폭 절약할 수 있다. Final Spark를 통해 연구실은 Neuroplatform에서 생물학적 프로세서의 성능을 경험할 수 있다.

Neuroplatform은 어떻게 작동할까?

Neuroplatform은 인간의 뇌 조직을 사용하여 데이터를 처리하므로 본질적으로 하드웨어, 소프트웨어 및 생물학이 함께 결합된 플랫폼이다. 연구자들은 이러한 시스템이 생물학적 구성요소를 포함하기 때문에 종종 웨트웨어(wetware)라고 부른다.

Final Spark는 3차원 뇌 조직 덩어리가 배치되는 다중 전극 어레이(MEA)라는 혁신적인 설정을 통해 이러한 다양한 구성 요소의 작동을 가능하게 했다.

각 MEA에는 8개의 전극과 인터페이스하는 4개의 뇌 유기체가 있다. 이 전극은 오가노이드를 자극하고 처리하는 데이터를 기록하는 이중 역할을 수행한다.

데이터 전송은 16비트 해상도와 30kHz 주파수의 디지털 아날로그 변환기를 통해 수행된다. 미세유체 시스템은 MEA에 생명 유지 장치를 제공하며 카메라는 전반적인 작동을 모니터링할 수 있다.

소프트웨어 측면에서 Neuroplatform에는 계산을 위한 변수 입력과 출력 데이터 읽기 및 해석을 용이하게 하는 스택이 포함되어 있다.

바이오프로세서 구성 요소의 아키텍처 개략도. 이미지 출처: Jordan et al/Frontiers.

바이오프로세서는 얼마나 오래 작동할까?

Final Spark는 자사 프로세서가 실리콘 칩보다 백만 배나 적은 에너지를 소비할 것이라고 주장한다. 그러나 컴퓨팅 설정의 살아있는 부분에는 언젠가는 죽어서 작동이 중단된다는 경고도 함께 제공된다.

전기만 필요하고 수십 년은 아니더라도 몇 년 동안 지속될 수 있는 실리콘 칩과 달리 생물학적 구성 요소를 사용할 때는 시스템에 에너지를 공급해야 하지만 여전히 죽음에 직면하게 된다.

Final Spark는 오가노이드가 단 몇 시간 만에 죽기 때문에 초기에 많은 어려움에 직면했다. 회사는 이러한 단점을 해결하기 위해 노력하고 오가노이드가 100일 동안 생존할 수 있도록 MEA 시스템을 개선했다.

Neuroplatform은 이제 연구 및 개발 목적으로 기관 사용자에게 공개된다. Tom's Hardware에 따르면 이 액세스 가격은 사용자당 월 500달러이다.

9개 기관과 제휴를 맺은 Final Spark는 곧 세계 최초의 살아있는 프로세서를 만들고자 한다.

이번 연구 결과는 인공지능 분야 프론티어(Frontiers in Artificial Intelligence) 저널에 게재됐다.