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엔비디아는 단순히 하드웨어만 판매하는 회사가 아닌, 자사 하드웨어에 최적화된 소프트웨어를 지속적으로 개발하고 제공해온 기술 기업입니다. 이러한 누적된 소프트웨어 지원이 엔비디아의 독점적 지위를 더욱 강화하고 있습니다. 클라우드 사업자들은 비용 절감을 위해 엔비디아의 소프트웨어 환경에서 벗어나려는 시도를 하고 있지만, 여전히 엔비디아의 편의성과 생태계를 포기하기는 쉽지 않은 상황입니다.
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엔비디아의 GPU는 AI 혁명을 이끌고 있지만, AMD와 인텔을 포함한 다양한 기업들이 AI 가속기 시장에 뛰어들며 경쟁을 펼치고 있습니다. 그럼에도 불구하고 엔비디아의 시장 점유율은 여전히 높은데, 이는 성능 차이가 크지 않음에도 엔비디아의 쿠다(CUDA) 플랫폼 덕분입니다. 쿠다는 '컴퓨팅 유니파이드 디바이스 아키텍처(Compute Unified Device Architecture)'의 약자로, 엔비디아 GPU에 최적화된 하드웨어 및 소프트웨어 구조를 의미합니다.
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쿠다는 크게 두 가지 의미를 갖고 있습니다. 첫째로는 GPU 하드웨어 아키텍처 자체를 의미합니다. 엔비디아의 GPU는 본래 3D 렌더링을 위한 병렬 처리 구조로 설계되었으나, 병렬 처리가 가능하다는 특징 덕분에 AI 및 고성능 컴퓨팅 분야에서도 두각을 나타내게 되었습니다. 둘째로는 소프트웨어 플랫폼으로서의 쿠다입니다. 엔비디아는 자사 GPU를 효율적으로 사용할 수 있도록 소프트웨어 플랫폼을 개발해왔습니다. AI 연산, 행렬 연산, 딥러닝 추론 등 다양한 연산 기능을 API 형태로 제공하여 GPU를 손쉽게 활용할 수 있도록 지원합니다.
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쿠다는 이러한 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 2006년부터 오랜 시간 동안 지속적으로 발전해왔으며, 그 사이에 엔비디아는 관련 SDK 및 라이브러리들을 함께 제공하며 생태계를 확장해왔습니다. 기존 CPU 중심의 시스템과 달리, 쿠다는 GPU를 활용하여 고성능 병렬 연산을 가능하게 했고, 연구자들과 개발자들이 기존에 익숙했던 C/C++ 등 프로그래밍 언어로 쉽게 접근할 수 있는 환경을 제공했습니다.
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쿠다의 병렬 프로그래밍 모델은 쓰레드(Thread)와 블록(Block) 단위로 연산을 관리하는 구조로 되어 있습니다. 여러 쓰레드가 하나의 블록으로 구성되며, 여러 블록이 병렬적으로 연산을 수행할 수 있습니다. 이러한 구조는 엔비디아의 GPU를 활용한 고성능 병렬 처리를 가능하게 하며, 특히 AI 학습과 추론 같은 복잡한 연산에서 큰 장점을 가지고 있습니다.
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GPU와 CPU 간의 메모리 관리 또한 효율적으로 설계되어 있습니다. CPU의 메인 메모리뿐 아니라 GPU 내의 고속 메모리(HBM, GDDR 등)까지 접근하여 연산에 활용할 수 있도록 설계되어 있습니다. 이는 AI 모델 학습이나 대규모 데이터 연산에 최적화된 성능을 제공합니다. 엔비디아는 쿠다 외에도 텐서플로우와 같은 AI 프레임워크를 지원하고, 다양한 산업 분야에서 엔비디아 하드웨어와 소프트웨어를 활용할 수 있도록 SDK와 라이브러리를 제공하고 있습니다.
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엔비디아의 쿠다 플랫폼이 강력한 이유는 연구자와 개발자들이 익숙한 환경을 제공함과 동시에, AI뿐만 아니라 고성능 컴퓨팅, 슈퍼컴퓨팅, 헬스케어, 금융 등의 다양한 분야에서 활용될 수 있는 라이브러리를 함께 제공하고 있기 때문입니다. 또한, 새로운 하드웨어가 출시될 때마다 이에 맞춰 최적화된 소프트웨어를 지속적으로 업데이트하여 생태계의 결속력을 강화하고 있습니다.
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최근 일부 클라우드 서비스 제공자들은 비용 절감을 위해 자체 칩 설계를 시도하며, 엔비디아 의존도를 낮추려 하고 있습니다. 구글, 마이크로소프트, 메타, 아마존과 같은 대형 기업들은 자사 클라우드 플랫폼에 최적화된 칩을 설계하여 엔비디아의 고비용 구조에서 벗어나려는 노력을 하고 있습니다. 엔비디아와 경쟁하기 위해 개방형 표준인 오픈CL이 주목받고 있지만, 아직은 엔비디아의 성능과 생태계 장벽을 넘어서지 못하고 있습니다.
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결론적으로, 엔비디아의 쿠다 플랫폼은 독보적인 기술력과 장기적인 생태계 확장을 통해 강력한 입지를 다지고 있으며, 쉽게 흔들리지 않을 견고한 지위를 유지하고 있습니다.
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한국전자기술연구원 김영광입니다.
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I'm Yeonggwang Kim from the Korea Electronics Research Institute.
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