스마트폰에 탑재되는 NPU, 어떤 기능에 사용될까?

카메라 음성 번역까지 처리하는 전용 인공지능 칩 스마트폰 성능 기준 바꾼다

스마트폰 성능 경쟁의 기준이 바뀌고 있다. 과거에는 중앙처리장치(CPU)와 그래픽처리장치(GPU)가 성능을 좌우했다. 최근에는 인공지능 연산 능력이 중요한 평가 기준으로 떠오르고 있다. 이 흐름 속에서 등장한 장치가 NPU다. NPU는 Neural Processing Unit의 약자다. 신경망 처리 장치를 의미한다. 인공지능 모델이 사용하는 대규모 계산을 빠르게 수행하도록 설계된 전용 프로세서다.

모바일 기기에서 인공지능 기능이 늘면서 기존 프로세서 구조만으로는 효율적인 처리가 어려워졌다. 딥러닝 기반 계산은 반복 연산이 많다. 이미지 분석, 음성 인식, 자연어 처리 같은 작업이 대표적이다. CPU는 다양한 작업을 처리하도록 설계된 범용 장치다. GPU는 그래픽 계산에 강점을 가진다. 인공지능 계산은 두 장치만으로 처리할 경우 전력 소모가 커질 수 있다. 처리 속도도 제한을 받는다. 이 문제를 해결하기 위해 등장한 것이 NPU다.

스마트폰에서 NPU가 가장 널리 활용되는 영역은 카메라 기능이다. 스마트폰 카메라는 촬영 순간에 장면을 분석한다. 인물인지 음식인지 풍경인지 판단한다. 이 과정에서 이미지 속 패턴을 학습한 인공지능 모델이 사용된다. 수많은 픽셀 데이터를 동시에 분석해야 한다. 계산량이 많다. NPU는 이러한 이미지 분석 연산을 빠르게 처리한다. 사용자는 촬영 버튼을 누르는 즉시 장면에 맞는 설정이 적용된 사진을 얻는다.

사진 촬영 이후에도 인공지능 계산이 이어진다. 여러 장의 이미지를 합성하는 기술이 대표적이다. 스마트폰은 짧은 시간 동안 여러 사진을 촬영한다. 그 후 노이즈가 적은 부분을 선택해 하나의 이미지로 결합한다. 색상 보정도 함께 진행된다. 밝기 차이가 큰 환경에서도 선명한 결과가 나오는 이유다. 이러한 계산 과정에는 딥러닝 알고리즘이 사용된다. NPU는 이 연산을 처리해 사진 품질을 끌어올린다.

음성 인식 기능도 NPU의 활용 범위에 포함된다. 사용자가 스마트폰에 말을 하면 기기는 음성 신호를 데이터로 변환한다. 이후 인공지능 모델이 단어 패턴을 분석한다. 문장을 구성한다. 이 과정은 많은 연산을 요구한다. NPU가 처리 속도를 높인다. 사용자는 음성 비서 호출이나 음성 입력을 지연 없이 사용할 수 있다.

실시간 번역 기능에서도 전용 연산 장치의 역할이 드러난다. 일부 스마트폰은 인터넷 연결 없이 번역을 수행한다. 기기 내부에 저장된 언어 모델을 사용한다. 사용자가 입력한 문장이나 음성을 분석한 뒤 다른 언어로 변환한다. 자연어 처리라 불리는 계산 방식이 적용된다. 자연어 처리는 사람이 사용하는 언어를 컴퓨터가 이해하도록 만드는 기술이다. NPU는 이 연산을 빠르게 처리한다. 화면에 번역 결과가 지연 없이 나타난다.

보안 영역에서도 인공지능 계산이 사용된다. 얼굴 인식 잠금 해제가 대표적 사례다. 스마트폰은 카메라로 사용자의 얼굴을 촬영한다. 이후 얼굴 특징을 분석한다. 눈 사이 거리, 얼굴 윤곽 같은 정보를 비교한다. 등록된 데이터와 일치 여부를 판단한다. 이 과정 역시 딥러닝 모델을 사용한다. NPU는 계산을 빠르게 수행해 잠금 해제가 자연스럽게 이루어지도록 돕는다.

배터리 관리 기능에도 인공지능 분석이 적용되고 있다. 일부 스마트폰은 사용자의 앱 사용 시간을 분석한다. 충전 패턴을 기록한다. 이 데이터를 바탕으로 배터리 소모를 줄이는 방식이 적용된다. 예를 들어 자주 사용하지 않는 앱의 활동을 제한한다. 사용 시간이 긴 앱에는 자원을 더 배분한다. 이러한 분석 역시 인공지능 알고리즘을 기반으로 한다. NPU는 이 계산을 처리해 전력 효율을 높인다.

모바일 프로세서 설계에서도 변화가 나타나고 있다. 여러 반도체 기업이 NPU 성능을 경쟁적으로 강화하고 있다. 스마트폰 제조사도 인공지능 기능 확대에 집중한다. 사진 촬영 보정 기술이 발전하고 있다. 음성 인터페이스 사용도 늘고 있다. 번역 기능의 정확도도 높아지고 있다. 이러한 변화 뒤에는 전용 인공지능 연산 장치의 존재가 자리한다.

스마트폰이 개인용 인공지능 기기로 이동하는 흐름 속에서 NPU의 중요성은 더 커질 가능성이 있다. 기기 내부에서 직접 인공지능 계산을 수행하는 방식이 확산되고 있다. 이 방식은 서버 연결에 의존하지 않는다. 처리 속도가 빠르다. 개인정보 보호 측면에서도 이점이 있다. 스마트폰 설계에서 NPU는 이제 선택 요소가 아니라 필수 구성 요소로 자리 잡고 있다.