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KTC, 딥러닝 가속기 개발로 국가 정보보호 인프라 강화 나선다한국기계전기전자시험연구원(KTC)은 정보통신기획평가원이 주관하는 ‘고신뢰 온-디바이스 딥러닝 가속기 설계를 위한 물리채널 기반 취약점 검증 및 대응기술 개발 과제’ 사업 참여를 통해 국가 정보보호 인프라 강화에 나선다고 밝혔다. KTC는 연구 주관기관인 고려대학교를 포함해 국민대학교, 부산대학교, 숙명여자대학교, ㈜티에스앤랩, ㈜시큐어박스 등 6개 기관과 공동으로 과제를 수행하고 있다. 딥러닝(Deep learning)이란 인간의 뇌에서 영감을 얻은 방식으로 데이터로부터 학습하도록 가르치는 머신 러닝 기법을 말한다. 해당 과제는 기기에 탑재된 딥러닝 가속기(그래픽처리장치, 프로그래머블반도체, 주문형반도체 등)에 대한 악의적인 물리적 공격에도 시스템의 안전성을 유지하면서 정확한 동작과 딥러닝 추론을 수행하는 보드(칩)를 세계 최초로 개발하는 사업이다. 이번 과제로 우리나라가 딥러닝 가속기 보안 기술 시장을 선도할 것으로 기대된다. 딥러닝 가속기는 스마트폰, 웨어러블 디바이스, 스마트팩토리, 스마트그리드, 스마트홈, 그리고 자율주행에 이르기까지 다양한 산업 분야에서 사용되고 있다. 이에 따라 딥러닝 장치의 보안성 강화가 더욱 중요해지고 있다. 장치의 주요 정보가 탈취되면 개인정보 유출, 복제 등의 사회적 피해가 발생할 수 있기 때문이다. 과제를 통해 물리적 채널 기반 공격에 내성을 갖는 딥러닝 장비 기술을 확보함으로써 개인정보 및 딥러닝 모델의 정보 유출 위협을 최소화할 수 있다. 딥러닝 가속기의 물리적 공격에는 암호 장치가 연산 수행 시 전자파나 레이저 등으로 보드에 자극을 주입해 오동작으로 오류를 발생시키는 오류 주입 공격과, 소비전력, 전자기파 등의 물리적인 정보를 분석하고 악용해 암호키를 탈취하는 공격인 부채널 공격 등이 있다. 부채널 공격은 금융IC 카드, 교통카드 등의 비밀정보 추출 및 복제와 불법 충전에 쓰인다. 2021년부터 진행된 본 과제는 3년 차를 맞아 본격적인 성과를 보이고 있다. 딥러닝 알고리즘에 대한 취약점 점검 도구와 자원을 최소한으로 사용하는 저전력·저면적 보드를 개발 완료했으며 과학기술논문인용색인(SCI)급 논문 5건을 게재하는 등 과제 달성 목표치를 상회하고 있다. 이를 바탕으로 국내 특허 1건 등록과 국제 특허 2건, 국내 특허 3건을 추가로 출원했다. KTC는 사업 마지막 해인 2024년, 딥러닝 가속기 물리채널 안전성 검증 방법 개발을 완료한다. 이를 통해 물리적 공격에 내성을 가진 보드의 취약성 모의평가 및 검증을 수행하고, 안전성을 입증할 예정이다. 안성일 KTC 원장은 “딥러닝 서비스는 다양한 산업 분야에서 폭넓게 활용되고 있으며, 이에 따라 보안성 강화가 더욱 대두되고 있다”며 “해당 과제를 통해 우리나라가 딥러닝 가속기 보안 기술 시장을 선도하는 데 이바지하겠다”고 밝혔다.
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ETRI, 완전동형암호 연산 가속기 칩 개발국내 연구진이 기존 암호방식을 대체할 수 있는 기술을 확보했다. 데이터를 보낼 때 암호화해서 보내고 데이터를 사용할 때 다시 암호를 풀어서 계산하던 것에서 암호를 풀 필요 없이 바로 계산하는 기술이다. 즉 재식별 절차 없이도 암호데이터 그대로 안전하게 데이터를 주고받고 고속으로 계산할 수 있는 전용 처리 장치 기술 개발에 성공했다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 데이터를 암호화한 상태로 사생활을 보장하면서 머신러닝 등에 적용할 수 있고 양자컴퓨터 해킹도 견딜 수 있는 성능을 지닌 완전동형암호 연산 가속기 칩을 개발했다고 6일 밝혔다. 연구진은 본 기술이 상용화되면 클라우드 데이터 센터 서버에 장착될 수 있고 개인정보 보장이 가능한 인공지능 반도체 등에도 활용할 수 있을 것으로 보고 있다. 본 기술을 개발함으로써 향후 동형암호 가속기 전용 칩 및 소프트웨어 개발 플랫폼 관련 연구에도 탄력이 붙을 전망이다. 이를 통해 국방, 공공, 의료, 금융, 산업 등 보안과 통계 및 인공지능 응용이 동시에 요구되는 곳에서 데이터를 암호화된 상태로 다양한 융합 서비스에 직접 적용이 가능할 전망이다. 완전동형암호 기술은 암호화된 데이터를 추가로 재식별화 등 과정 없이 그대로 처리할 수 있다는 장점이 있다. 이에 따라 차세대 암호 기술로 불리면서 양자 컴퓨팅에서 암호가 깨지지 않는 내성 암호의 성질도 있어 안전성이 크게 보장된다. 기존 암호 기술은 암호화된 데이터를 바로 연산할 수 없었다. 비밀 키를 사용, 데이터를 복호화해 원래의 정보로 바꾼 뒤 다시 암호화해서 전달해야만 했다. 이 경우 비밀키는 물론 원래의 정보가 노출될 수밖에 없는 한계가 있었다. 따라서 민감 정보를 담고 있는 데이터를 연산 처리하는 용도로는 적합하지 않았다. ETRI가 개발한 완전동형암호 하드웨어 연산 가속기 칩 핵심기술은 정보를 암호화하면 암호문이 수천 비트(bit)의 계수를 갖는 수만 차수 이상의 다항식들로 표현되는 동형암호의 고유한 특성에 적합한 전용 하드웨어 연산 처리 장치다. 따라서 데이터가 암호화된 상태, 즉 고차 다항식 간에 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈 등 연산을 빠르게 처리한다. 암호화된 데이터를 바로 연산하고 그 결괏값만 암호를 풀어서 데이터를 볼 수 있게 되는 원리다. 아무도 원래의 데이터를 볼 수 없어서 데이터 프라이버시가 확실히 보장된다. 데이터를 암호문으로 만들면 수천 비트 정도로 큰 크기의 데이터를 수만 개 갖는 다항식으로 바뀌게 되어 계산량이 기하급수적으로 증가한다. 따라서 64비트 수준의 데이터를 처리하는 중앙처리장치(CPU)나 그래픽처리장치(GPU)로 계산하기에는 구조도 적합하지 않고 시간도 많이 소요되어 동형암호를 활용하는데 어려웠다. 따라서 연구진이 개발한 칩 기술은 그동안의 문제점을 해결해서 동형암호를 활용할 수 있도록 동형암호 특성을 반영한 동형처리유닛(HPU)의 핵심기술을 개발한 셈이다. 연구진은 이번 개발한 칩 핵심기술을 바탕으로 향후 동형암호 전용 시스템온칩(SoC)을 구현해서 실용화한다는 계획이다. 아울러 다양한 동형암호 알고리즘의 호환성을 제공하면서도 원하는 암호 강도를 조절할 수 있는 등의 조건을 만족시키기 위한 연구를 계속 이어갈 계획이다. 또한 암호문의 산술연산 워드의 크기와 다항식의 차수가 달라도 간단한 설정을 통해 하나의 칩에서 유연하게 고속으로 연산할 수 있고 다양한 알고리즘 호환성과 가변 워드·차수를 지원하는 PIM 구조의 HPU 칩도 구현키로 했다. 향후 동형암호 SoC를 탑재해 동형암호가 적용된 동영상을 동형암호가 적용된 인공지능 모델로 실시간 수준으로 추론할 수 있는 완전동형암호 하드웨어 가속기로 확장한 플랫폼까지 개발할 예정이다. ETRI는 향후 본 기술이 개발되면 ▲완전동형암호 HW 가속기 칩셋 ▲프라이버시 보장 데이터 서버에 내장되는 가속기 ▲동형암호 라이브러리, 인공지능 등에 활용할 응용 SW 등이 주요 성과가 될 것이라고 밝혔다. 연구진은 ETRI가 원천기술 ‘동형암호의 HW고속처리 요소기술’과 ‘암호 데이터베이스 질의응답 기술’ 등을 보유하고 있어서 본 기술을 개발할 수 있었다고 설명했다. 박성천 ETRI 보안SoC융합연구실장은 “유망기술로 손꼽히던 동형암호 고속연산 칩 핵심기술을 연구해 동형암호의 실용화를 앞당길 수 있는 계기를 마련한 데 큰 의미가 있다”며 “본 기술로 세계적인 수준의 성능을 개발하고 사업화해 우리나라가 신 보안기술을 선도하는 데 더욱 노력하겠다.”라고 말했다. 연구진은 향후 기술 개발을 통해 클라우드 컴퓨팅 서비스 회사나 데이터베이스 관리시스템 기업, 팹리스 기업, 서버 탑재 동형암호 가속기 개발사, 마이데이터 프라이버시 보장 서비스 기업, 공공 및 국방 등 민감 데이터 활용 사업화 기업 등에 기술이전 할 계획이다.
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의료용 가속기 해체 기술, 한국 기업이 국제표준 만든다의료용 가속기 해체에 관한 국제표준을 세계 최초로 개발 추진한다. ㈜지앤지래드콘은 정부 지원으로 해당 표준(안)을 국제표준화기구(ISO)에 제안하였으며, 회원국의 의견 수렴을 통해 최종 국제표준(안)을 확정할 계획이다. 동 국제표준은 국내외 대형병원에 설치돼 사용 중인 약 4,000여 대의 의료용 가속기 해체에 직접적인 적용이 예상되며, 향후 의료용 가속기의 설치·이전에 따른 안전성 제고와 더불어 원전 해체 등의 기초 응용 기술로 활용될 것으로 기대된다. 산업통상자원부 국가기술표준원장은 ㈜지앤지래드콘을 방문해 해당 국제표준 개발에 대한 애로·관심 사항을 청취하고, 정부의 후속 지원방안을 논의했다고 2일 밝혔다. ㈜지앤지래드콘은 원자력기술 종합엔지니어링 전문기업으로 그간 국가표준기술력향상 사업을 통해 국제표준 4건을 개발했다. 해당 표준들은 방사선 진료에 따른 방사선피폭 측정·평가 및 의료기관의 방사성폐기물 관리·처분에 대한 것으로 의료진과 환자 등의 방사선피폭 방호를 위해 활용되고 있다. 지난해 12월 정부는 ‘신(新)성장 4.0 전략 추진계획’에 차세대 원자로 기술(SMR 등)을 신기술 미래 개척 분야의 하나로 선정했고, 국가기술표준원도 원자력 분야에 대한 국제표준 선점을 목표로 국가표준기술력향상사업을 통해 SMR 설계, 원자력시설 안전 등에 대한 국제표준 개발을 진행하고 있으며, 원전 해체 기술 등의 분야로 지원을 확대해 나갈 예정이다. 진종욱 국가기술표준원장은 “현재 의료용 가속기를 해체하는 기술은 SMR 등 원전 분야에서 활용이 가능한 기초 기술”이라며 “지속적으로 국제표준 개발에 대한 애로·관심 사항을 청취하는 자리를 마련해 우리 기업의 해외시장 진출기반을 강화해 나가겠다”고 밝혔다.
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DMC 융합연구단, 펄스파워용 고전압 전력반도체 개발▲사진 제공: ETRI 국내 연구진이 군수용 고(高)에너지 기폭장치, 전기자동차 등에 활용되는 고전압 스위치용 전력반도체를 개발했다. 순수 국산기술로 이뤄낸 성과로 전력반도체 기술 자립화에 큰 도움이 될 전망이다. 국가과학기술연구회(NST) 융합연구단 사업의 일환으로 설립된 DMC 융합연구단(주관기관 ETRI)은 펄스파워 분야 고전압 스위치용 1,400V 및 2,500V급 실리콘 MCT 전력반도체 기술을 국내 최초로 개발했다고 밝혔다. 펄스파워는 낮은 전력으로 일정 시간 전기에너지를 저장·압축했다가 매우 짧은 시간 동안 대량의 에너지를 폭발적으로 내뿜는 기술이다. 주로 레일건, 군함, 전투기, 미사일 등 국방 분야와 전자가속기, 가스·수처리, 플라즈마 발생기, 레이저 시스템 등 다양한 산업 분야에 활용되고 있다. 펄스파워의 높은 순간 전류를 제어하는 장치가 고전압 스위치다. MCT 전력반도체는 고전압 스위치의 핵심부품이지만, 현재 1,400V급 MCT 전력반도체는 외국 독점생산에 수출입제한품목으로 지정되어있다. DMC융합연구단은 국내 최초로 1,400V급·2,500V급 MCT 전력반도체를 개발해 국방 부품용 반도체 국산화에 성공했다. 연구진이 개발한 MCT는 각각 1,600V와 3,000V 이상의 높은 전압을 견딜 수 있다. 3kA 이상의 펄스전류와 40kA/㎲ 이상의 전류상승기울기 성능으로 외국에서 독점생산하고 있는 제품과 대등한 성능을 자랑한다. 펄스파워용 전력반도체의 필수 성능요소다. 또한, 연구진은 개발한 MCT 전력반도체를 활용해 민수용의 800V급 프리차지 릴레이와 정전기방전 시험 발생기 시제품도 함께 개발했다. 프리차지 릴레이는 전기자동차, 에너지저장장치 등 고전압 배터리 시스템이 적용된 모든 전기·전자제품의 전력 방출량을 안정적으로 제어하는 필수 부품이다. 정전기방전 시험 발생기 역시 전자제품 정전기 내성 평가를 위해 순간적으로 높은 전류를 방출하기 위한 제어 부품이 요구된다. 프리차지 릴레이에 MCT 전력반도체를 적용하면 기존 기계식 스위치·릴레이가 갖는 짧은 수명과 잡음 등의 문제를 해결할 것으로 기대된다. IGBT, SiC MOSFET 등 다른 전력반도체와 비교할 때 시스템 구성이 매우 간단하며 칩 크기도 1/3 수준에 불과해 경제성도 우수하다. 또한, 연구진이 개발한 정전기방전 시험 발생기용 릴레이는 전세계적인 환경 이슈로 사용이 제한되고 있는 기존 수은 릴레이의 한계를 극복할 수 있다. 즉, 본 기술은 국방용 펄스파워 분야 핵심부품으로 사용될 뿐 아니라 민수용 전력 부품으로도 활용도가 굉장히 높은 셈이다. MCT 전력반도체 소자의 설계 및 제작과 고전압 반도체 릴레이 시제품을 모두 국내 연구진의 기술로 이뤄내 그 의미는 더 크다. 연구진은 수년간 쌓은 MCT 소자 설계 기술, 제작 공정 기술, 성능 평가 기술 및 MCT를 활용한 반도체 릴레이 설계 기술, 모듈 제작 기술, 시험평가 기술 등을 통해 본 성과를 창출할 수 있었다고 전했다. DMC 융합연구단 박건식 박사는“실리콘 반도체 개발 노하우를 보유하고 있는 ETRI 반도체실험실과 NST 융합연구단사업을 계기로 국내 연구기관들의 우수 설비 및 연구 역량 융합을 통해 고전압 MCT 전력반도체 기술을 확보했다. 본 기술이 국방분야 뿐만 아니라 민수분야의 다양한 전력부품 개발에 활용되기를 기대한다”고 밝혔다. 연구진은 본 기술을 응용해 4,000V 이상의 고전압 스위치, 양방향 고전압 스위치 등과 이를 활용한 응용부품을 개발하는 후속 연구를 진행할 예정이다. 또한, 펄스파워용 고전압 스위치 기술을 더욱 높이고, 산업체로의 기술이전, 연구소기업 추진 등을 통해 상용화를 위한 지원에 나설 예정이다. 본 성과는 국가과학기술연구회 융합연구단‘국방 무기체계용 핵심 반도체 부품 자립화 플랫폼 개발’사업으로 이뤄졌다. ETRI를 비롯해 한국기계연구원, 나노종합기술원 등이 참여하고 있다. 정부출연연구원 및 민간보유 우수기술을 활용, 국방 무기체계용 핵심 반도체 기술을 연구한 값진 융합연구 산물이다.
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한국전기연구원‘SIEF2022’참가,탄소중립·4차산업혁명대표기술선보여한국전기연구원(KERI,원장 명성호)은 3월 17일(목)부터 19일(토)까지 사흘간 서울 코엑스(C홀)에서 개최되는 ‘2022한국전기산업대전(SIEF, Seoul International Electric Fair)’에 참가했다. 올해로 26회째를 맞는 한국전기산업대전은 국내 최대 규모의 전력·에너지 기자재 전시회로, 산업통상자원부가 주최하고 한국전기산업진흥회, 한국전력공사, KOTRA 등이 공동 주관하는 국제 행사다. KERI는 이번 전시회에서 약 33평(108m2)규모의 부스를 구축하여 탄소중립, 미래 모빌리티, 소부장, 전기 의료기기, 중소·중견기업 지원 분야에서 총 26종의 기술을 선보였다. 대표 연구 성과물 중 하나인 ‘고출력 MW급 마그네트론 및 선형가속기 기술’은 진공 공간에서 발생하는 전자빔의 전기 에너지를 고출력 전자기파 에너지로 변환하고, 고에너지 방사선을 방사하여 암을 치료하는 의료 핵심기술이다. 그동안 전량 수입에 의존했던 방사선 암 치료기 기술의 국산화를 실현한 성과로 주목받고 있으며, 의료 분야 외에도 선박/항공/안전/보안용 레이더나 안티드론 시스템,산업용 가공 및 검사장치, 전자빔 멸균장치 등 전기 에너지 기술을 기반으로 하는 다양한 고부가가치 산업에 활용될 수 있다. 또 다른 성과인 ‘친환경 가스 적용 145kV 차단기 설계기술’은 지구온난화 지수가 이산화탄소(CO2)의 23,500배일 정도로 대기오염의 주범이라 불렸던 ‘SF6(육불화황)가스’ 사용 문제를 해결할 수 있는 전력기기 분야 신기술이다. 미래 모빌리티 분야 핵심기술도 큰 관심을 받을 것으로 보고 있다. 하늘을 나는 자동차의 꿈을 실현하기 위한 ‘차세대도심이동비행(AAM, Advanced Air Mobility)용 핵심 전기추진 기술’과 선박과 항공기의 추진효율을 10%이상 향상시키는 ‘비접촉 마그네틱 기어 기반 상반회전 프로펠러 기술’, 전기차 대중화에 기여할 ‘양방향 충·방전 제어 및 통신 기술’, E-모빌리티를 위한 ‘캐비티(Cavity)공진 방식 무선전력전송 기술’ 등을 전시해 소개했다. 이 밖에도 국내 전기·전력기기 업체들의 제품 개발을 지원하고 경쟁력 향상에 기여하는 ‘국제공인 시험인증 서비스’와 ‘공정혁신 시뮬레이션센터 사업’이 소개되었다. KERI 문소민 대외협력실장은 “다가올 ‘미래 전기화 세상(Electrified World)’에 대해 국민과 함께 소통하고 다양한 의견을 주고받을 수 있는 전시공간을 구성했다”고 밝히며 “이번 전시회는 연구원의 성과 소개는 물론, 산업계의 다양한 요구와 제안을 직접 수렴할 수 있는 좋은 기회”라고 말했다.