비탈릭 부테린, 컴퓨팅을 위한 '접착제 및 보조 프로세서' 탐구

Ethereum 창시자 비탈릭 부테린은 현대 컴퓨팅을 "접착제" 구성 요소와 "보조 프로세서"라는 두 부분으로 나눌 수 있는 새로운 개념을 연구하고 있습니다.

여기서 핵심 아이디어는 간단합니다. 작업을 나누는 것입니다. 연결 프로세서는 일반적이고 그다지 복잡하지 않은 작업을 처리하고, 보조 프로세서는 무겁고 구조화된 계산을 담당합니다. 

비탈릭은 . 과 같은 시스템에서 대부분의 연산은 이미 이런 식으로 나뉘어 있다고 설명합니다 Ethereum 프로세스의 일부는 높은 효율성이 필요하고, 다른 부분은 더 유연하지만 효율성은 떨어진다는 것입니다.

Ethereum예로 들어보겠습니다. 최근 비탈릭 부테린이 Ethereum 네임 서비스(ENS)에서 자신의 블로그 IPFS 해시를 업데이트하는 거래에서 가스 소모는 여러 작업에 분산되었습니다. 이 거래에는 총 46,924 가스가 사용되었습니다. 

세부 내역은 다음과 같습니다. 기본 비용에 21,000 가스, 호출 데이터에 1,556 가스, EVM 실행에 24,368 가스가 사용되었습니다. SLOAD 및 SSTORE와 같은 특정 작업에는 각각 6,400 및 10,100 가스가 소모되었습니다. LOG 작업에는 2,149 가스가 사용되었으며, 나머지는 기타 프로세스에서 소모되었습니다.

비탈릭은 해당 거래에서 사용된 가스의 약 85%가 스토리지 읽기/쓰기, 로깅, 암호화와 같은 몇 가지 부하가 ​​큰 작업에 사용되었다고 말합니다.

나머지는 그가 "비즈니스 로직"이라고 부르는 것으로, 어떤 레코드를 업데이트해야 하는지를 결정하는 데이터를 처리하는 것과 같은 더 단순하고 수준 높은 작업입니다. 

비탈릭은 파이썬으로 작성된 AI 모델에서도 같은 현상을 볼 수 있다고 지적합니다. 예를 들어, 트랜스포머 모델에서 순방향 전달을 실행할 때 대부분의 작업은 행렬 곱셈과 같은 벡터화된 연산에 의해 수행됩니다. 

이러한 연산은 일반적으로 최적화된 코드, 특히 GPU에서 실행되는 CUDA로 작성됩니다. 하지만 고수준 로직은 파이썬으로 작성되는데, 파이썬은 일반적이지만 속도가 느린 언어로 전체 계산 비용의 극히 일부만을 담당합니다.

Ethereum 개발자는 이러한 패턴이 SNARK와 같은 최신 프로그래밍 가능 암호화 기술에서 점점 더 흔해지고 있다고 생각합니다.

그는 STARK 증명 분야의 동향을 언급하며, 여러 팀들이 RISC-V와 같은 최소형 가상 머신을 위한 범용 증명기를 구축하고 있다고 지적합니다.

증명이 필요한 모든 프로그램은 RISC-V로 컴파일할 수 있으며, 증명자는 RISC-V 실행을 증명합니다. 이러한 구성은 편리하지만 오버헤드가 발생합니다. 프로그래밍 가능한 암호화는 이미 비용이 많이 드는데, RISC-V 인터프리터 내에서 코드를 실행하는 비용을 추가하면 상당한 부담이 됩니다.

그렇다면 개발자들은 어떻게 할까요? 그들은 문제를 해결하기 위해 편법을 사용합니다. 해시나 서명처럼 계산량의 대부분을 차지하는 특정하고 비용이 많이 드는 연산들을dent, 이러한 연산들을 효율적으로 검증하기 위한 특수 모듈을 만듭니다. 

그들은 일반적인 RISC-V 증명 시스템과 이러한 효율적이고 특화된 시스템을 결합하여 양쪽의 장점을 모두 활용합니다. 비탈릭은 이러한 접근 방식이 다자간 연산(MPC)이나 완전 동형 암호화(FHE)와 같은 암호학의 다른 분야에서도 나타날 가능성이 높다고 언급합니다.

접착제와 보조 프로세서가 등장하는 부분

비탈릭 부테린에 따르면, 현재 컴퓨팅 분야에서는 "접착제와 보조 프로세서" 아키텍처가 부상하고 있다고 합니다. 접착제는 범용적이고 속도가 느리며, 하나 이상의 보조 프로세서 간의 데이터 처리를 담당합니다. 보조 프로세서는 특화되어 있고 속도가 빠릅니다. GPU와 ASIC은 보조 프로세서의 대표적인 예입니다. 

CPU보다 범용성은 떨어지지만 특정 작업에서는 훨씬 효율적입니다. 어려운 점은 범용성과 효율성 사이에서 적절한 균형을 찾는 것입니다.

Ethereum에서 EVM은 효율적일 필요가 없고, 단지 익숙하기만 하면 됩니다. 적절한 코프로세서나 사전 컴파일을 추가하면 비효율적인 VM도 기본적으로 효율적인 VM만큼 효과적으로 만들 수 있습니다. 

하지만 만약 이것이 중요하지 않다면 어떨까요? 오픈 소스 칩이 느리다는 것을 받아들이고, 이를 보완하기 위해 글루(glue) 및 코프로세서 아키텍처를 사용한다면 어떨까요? 

핵심 아이디어는 보안 및 오픈 소스 설계를 위해 최적화된 메인 칩을 설계하는 동시에 가장 집약적인 연산에는 독자적인 ASIC 모듈을 사용할 수 있다는 것입니다. 

민감한 작업은 보안이 강화된 메인 칩에서 처리하고, AI 처리나 ZK 검증과 같은 고부하 작업은 ASIC 모듈로 오프로드할 수 있습니다.