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MIT Tech Review • 47일 전

차세대 LLM을 향한 스타트업들의 도전

IMP
8/10
핵심 요약

현재 대형 언어 모델(LLM)의 핵심 기술인 트랜스포머(Transformer)가 데이터 처리량이 늘어남에 따라 연산 비용과 전력 소모를 급증시키는 병목 현상을 겪고 있습니다. 이에 따라 스파스 어텐션(Sparse Attention) 등 트랜스포머의 근본적 한계를 극복하고 모델을 더 빠르고 효율적으로 만들려는 신생 기업들의 새로운 시도가 주목받고 있습니다.

번역된 본문

경영 요약: MIT 테크놀로지 리뷰의 '다음은 무엇일까(What's Next)' 시리즈는 여러 산업, 트렌드, 기술을 조명하여 미래를 가장 먼저 살펴봅니다. 나머지 기사들은 여기에서 읽어보실 수 있습니다.

2017년 여름, 구글의 AI 연구원들은 새로운 유형의 신경망인 트랜스포머(Transformer)를 설명하는 'Attention Is All You Need(어텐션이 전부다)'라는 제목의 논문을 발표했습니다. 이 기술은 특히 텍스트와 같은 긴 데이터 시퀀스를 처리하는 데 매우 탁월하다는 것이 증명되었습니다. 9년이 지난 지금, 트랜스포머는 시장에 출시된 모든 주요 대형 언어 모델(LLM) 내부의 핵심 엔진이 되었습니다.

AI 스타트업 서브쿼드래틱(Subquadratic)의 공동 창립자이자 CEO인 저스틴 단젤(Justin Dangel)은 "전체 AI 산업은 트랜스포머를 기반으로 구축되었다"며, "이는 컴퓨터 과학 역사상 가장 중요한 혁신 중 하나이며 세상을 변화시켰다"고 말했습니다.

하지만 트랜스포머도 이제 노후화의 조짐을 보이기 시작했습니다. 소위 추론 모델(reasoning model)이라 불리는 모델의 발전이나 방대한 양의 입력을 한 번에 처리하는 최근 LLM의 기능 향상은 트랜스포머라는 핵심 기술의 자연스러운 확장이 아니라, 그 근본적인 결함을 덮기 위한 우회 방안일 뿐입니다. 이제 점점 더 많은 과학자와 엔지니어들이 '다음으로 올 기술'이 무엇일지 묻고 있습니다. LLM이 사라지는 것은 아니지만, 그것이 구축되는 방식은 판이하게 바뀔 수 있습니다. (MIT 테크놀로지 리뷰는 올해 'AI에서 중요한 10가지' 목록에서 이 차세대 모델들을 'LLM+'이라고 명명했습니다.)

바로 이 지점에서 기술의 한계를 넓히고자 하는 수많은 스타트업의 물결이 등장합니다. 의심할 여지 없이 일부는 실패하겠지만, 이들은 현재 시장을 선도하는 기업들보다 잃을 것이 훨씬 적고, 모든 것을 걸고 승부할 수 있는 위치에 있습니다.

수적 우위의 힘 하지만 먼저, 문제를 살펴보겠습니다. 트랜스포머의 핵심 강점은 '밀집 어텐션(Dense Attention)'이라는 메커니즘에 있습니다. 이는 텍스트 블록의 의미를 일련의 숫자로 인코딩합니다. 이 과정에는 해당 텍스트의 모든 단어(또는 토큰이라고 알려진 단어의 일부)를 곱셈 형태를 통해 다른 모든 단어와 비교하는 작업이 포함됩니다.

밀집 어텐션은 놀라운 정확도로 텍스트의 의미를 포착할 수 있습니다. 하지만 텍스트의 길이가 길어질수록 이를 처리하는 데 필요한 계산 횟수가 기하급수적으로 빠르게 증가합니다. 10,000단어 길이의 문서는 트랜스포머가 5천만 번의 곱셈 연산을 수행하도록 요구할 수 있습니다. 이것이 바로 LLM이 막대한 전력을 소모하는 주된 이유입니다.

비용 역시 천문학적입니다. 그레그 브록먼(Greg Brockman) OpenAI 사장에 따르면, OpenAI는 올해 컴퓨팅에 500억 달러를 지출할 예정입니다. 또한 국제에너지기구(IEA)는 데이터센터가 소비하는 총 전력량이 2030년까지 두 배로 증가할 것으로 예측했습니다.

게다가 트랜스포머는 최신 모델들이 설계된 목적을 수행하는 데 어려움을 겪고 있습니다. 텍스트를 단어 단위로 처리하는 방식 때문에, 트랜스포머는 한 번에 많은 정보를 추적하는 데 취약합니다. (다시 말해, 이른바 '맥락 창(Context Window)'이 너무 커질 수 없습니다.) 그럼에도 불구하고 LLM이 더 어려운 작업을 수행하려면 방대한 데이터, 즉 전체 문서 라이브러리, 방대한 코드베이스, 또는 에이전트(Agent)의 경우 다른 LLM의 출력 결과까지 한 번에 수용할 수 있어야 합니다.

추론 모델의 경우에도, 스스로 메모를 작성(소위 '사고의 연결(Chain of Thought)'이라 불리는 메모장)한 뒤 이를 다시 읽는 방식으로 작동하므로, 처리해야 할 데이터의 양이 또 다시 증가합니다. LLM이 더 커지고 성능이 향상될수록 트랜스포머는 병목 현상을 겪게 되며, 과거 이 기술의 핵심 강점은 이제 한계로 작용하고 있습니다.

다음은 트랜스포머 문제를 해결하기 위한 4가지 새로운 아이디어입니다. 이러한 혁신은 LLM을 영원히 바꿔놓을 수 있으며, 더 빠르고 훨씬 효율적이며 (어쩌면) 더 똑똑하게 만들 수 있습니다.

01: 어텐션(Attention)의 재고찰 LLM을 더 빠르고 저렴하게 만드는 확실한 방법 중 하나는 이 문제에 정면으로 부딪혀 어텐션의 작동 방식을 변경하는 것입니다. 모든 단어의 쌍을 연산하는 '밀집 어텐션' 대신, 텍스트의 일부 단어 쌍에만 연산을 수행하는 '희소 어텐션(Sparse Attention)'으로 대체하면 LLM이 수행해야 할 연산량을 획기적으로 줄일 수 있습니다.

수년에 걸쳐 연구원들은 다양한 희소 어텐션 메커니즘을 고안해 왔습니다. 하지만 문제는 (원문 누락으로 인해 내용이 생략되었습니다.)

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EXECUTIVE SUMMARY MIT Technology Review ’s What’s Next series looks across industries, trends, and technologies to give you a first look at the future. You can read the rest of them here . Way back in the summer of 2017, AI researchers at Google put out a paper called “Attention Is All You Need,” in which they described a new type of neural network called a transformer. It proved to be very good at processing long sequences of data, especially text. Nine years on, transformers are the engines inside every major large language model on the market. “The entire AI industry is built on transformers,” says Justin Dangel, cofounder and CEO of the AI startup Subquadratic. “They are one of the most important innovations in the history of computer science, and they’ve changed the world.” But transformers are starting to show their age. Many of the recent advances in LLMs, such as the development of so-called reasoning models and their ability to handle large amounts of input at once, are not neat extensions of that core technology but workarounds that patch over some of its fundamental flaws. A growing number of scientists and engineers are now asking what’s coming next. LLMs are not going anywhere, but the way they get built is up for grabs. ( MIT Technology Review dubbed this future generation of models LLMs+ in this year’s list of the 10 things that matter in AI .) Enter a wave of startups hoping to push the boundaries of this boomtown technology. Some will no doubt fail—but they have everything to play for and far less to lose than the companies at the front of the pack today. Strength in numbers But first, the problem. The key strength of transformers lies in a mechanism called dense attention, which encodes the meaning of a block of text in a series of numbers . The process involves comparing every word (or part of a word, known as a token) in that text with every other word via a form of multiplication. Dense attention can capture the meaning of text with remarkable accuracy. But as the length of that text grows, the number of computations needed to process it adds up fast. A document 10,000 words long might require a transformer to perform 50 million multiplications. That’s the main reason LLMs suck up so much power . The costs are huge. OpenAI is set to spend $50 billion on computing this year , according to the company’s president, Greg Brockman. And the International Energy Agency predicts that the total amount of electricity consumed by data centers will double by 2030 . What’s more, transformers struggle with what many of the latest models are designed to do. Because of the way they process text word by word, transformers are not great at keeping track of a lot of information at once (in other words, what's known as their context window cannot get too large). And yet if LLMs are to carry out harder tasks, they will need to take in larger amounts of data: a whole library of documents, an entire code base, or in the case of agents, output from other LLMs. As for reasoning models, they work by writing notes to themselves (in a kind of scratch pad known as a chain of thought ) and then reading them back, which again adds to the amount of data to stay on top of. As LLMs get bigger and better, transformers have become a bottleneck. The technology’s key strength is now a limitation. Here are four new ideas for how to solve the transformer problem—innovations that could change LLMs for good, making them faster, far more efficient, and (maybe) even smarter. 01: Rethinking attention An obvious way to make LLMs faster and cheaper is to tackle the problem head on and change the way attention works. Swapping out dense attention for a mechanism called sparse attention, which runs calculations on only some pairings of words in a block of text instead of all of them, can radically reduce the amount of computation LLMs need to do. Researchers have come up with plenty of sparse attention mechanisms over the years. The problem is that none of them were as good as dense attention at capturing meaning. That might have changed. Subquadratic, a startup based in Miami, claims it has invented the first sparse attention mechanism that rivals top mainstream LLMs on a handful of tasks, including search and coding. It’s a huge claim (and some people in the industry remain skeptical ). Subquadratic says its model, SubQ, works by figuring out on the fly—for each piece of text it is given—which words matter and which don’t. The company also claims that thousands have signed up to its waitlist and plans to make the model widely available soon. Meanwhile, Manifest AI, a startup based in San Francisco, is coming at the problem from a different angle. Instead of changing how attention works, it is replacing it with something else. It has developed a mechanism it calls power retention, which stores only the most relevant information for a given task and ensures that the amount of data an LLM has to keep track of doesn’t blow up. Attention mechanisms force LLMs to keep track of everything in their context window. A sparse attention model (such as SubQ) throws out a lot of the individual words, but it still retains a rough picture of everything it has seen. In contrast, power retention works by providing the model with a rolling summary of its context window. As new information is added, less relevant information is dropped. The basic principle of retention has been around for a decade. Manifest AI claims it has updated those techniques to build models that can stand up to transformer-based LLMs for the first time. The company says it is possible to adapt a transformer model into a power retention model with minimal retraining. To demonstrate this, it has turned an existing open-source coding LLM called StarCoder into a version that uses power retention, called PowerCoder. It has also released a model called Brumby, which it claims rivals some versions of Alibaba’s popular open-source model Qwen. Manifest AI wants its power retention tech to become the go-to solution when LLMs need to carry out tasks that involve processing huge amounts of data. There are many useful applications, Manifest AI’s cofounder and CTO, Carles Gelada, claimed in a video announcing his company’s technology last year—from analyzing videos that are hours long to building agents that can stay on task for weeks at a time. 02: Making models smaller and more flexible Liquid AI, an MIT spinout based in Cambridge, Massachusetts, hasn’t changed or ditched transformers fully but pairs them with its own tech, liquid neural networks, to build what cofounder and CEO Ramin Hasani calls LFMs (liquid foundation models). Liquid AI’s models are far smaller and use less energy than most LLMs. The firm builds models for car makers, including Mercedes, which run on the small chips inside vehicles. Its latest models can run on a Raspberry Pi, a low-powered hobbyist computer that costs $50. Its models are available for free to any organization with an annual revenue less than $10 million. And they have proved popular: The company has racked up almost 34 million downloads, says Hasani. Liquid neural networks were inspired by worm brains. They are an extension of another type of neural network that predates transformers, called convolutional networks. The key innovation is a mechanism that lets a model adapt its behavior to new information, so it can learn as it goes. That’s not possible with transformers: Once a model is trained, its behavior is fixed. Liquid AI’s first models were pretty basic but could fly drones or drive vehicles. With LFMs, the company is trying to scale up its technology to compete with mainstream LLMs. Its new models match the performance of rivals four times bigger, including versions of Alibaba’s Qwen and Google’s open-source LLM Gemma. A typical LLM is built from a stack of transformers wired together. Liquid AI’s recent LFMs are hybrid models made up of 20% transformers and 80% liquid neural networks. Th