chatGPT의 T를 담당하는 트랜스포머 Transformer
chatGPT의 T chatGPT는 Chat Generative Pre-trained Transformer의 약자로, 이름에서 T는 트랜스포머 아키텍처를 의미합니다. 트랜스포머 기술은 chatGPT의 핵심 기술로, 자연스러운 대화와 뛰어난 언어 생성 능력을 가능하게 합니다. 이번 글에서는 많은 분들이 즐겨쓰는 chatGPT의 근간이 되는 트랜스포머 기술에 대해 자세히 알아보겠습니다. 트랜스포머는 2017년 구글이 발표한 "Attention Is All You Need" 논문을 통해 소개된 혁신적인 인공 신경망 아키텍처입니다. 이 모델은 셀프 어텐션(self-attention) 메커니즘을 기반으로 설계되어 자연어 처리와 시계열 데이터와 같은 순차적 데이터 처리에서 탁월한 성능을 보이며, 현대 인공지능 기술의 핵심 요소로 자리 잡았습니다. 트랜스포머 이전의 순차 데이터 처리 모델 자연어 처리 분야에서는 텍스트의 순차적 특성을 다루기 위해 다양한 인공 신경망 구조가 개발되었습니다. 합성곱 신경망(CNN)은 인접한 단어들 사이의 관계를 포착할 수 있었으나, 문장 전체의 맥락을 이해하는 데 한계가 있었습니다. 이후 등장한 순환 신경망(RNN)은 이전 시점의 정보를 현재 시점의 계산에 활용함으로써 순차적 데이터의 문맥을 더 잘 포착할 수 있었습니다. 그러나 RNN은 긴 시퀀스에서 앞부분의 정보가 뒷부분으로 전달되는 과정에서 소실되는 '장기 의존성(long-term dependency)' 문제를 겪었습니다. 이를 해결하기 위해 LSTM(Long Short-Term Memory)과 GRU(Gated Recurrent Unit)와 같은 개선된 RNN 구조가 제안되었으나, 여전히 데이터를 순차적으로 처리해야 한다는 근본적인 제약으로 인해 병렬 처리가 어렵고 학습 속도가 느리다는 단점이 있었습니다. 어텐션 메커니즘과 트랜스포머의 등장 어텐션 메커니즘은 이러한 한계를 극복하기 위해 등장했습니다. 기존 RNN이 직전 시점까지의 은닉 상태만을 활용했다면, 어텐션은 모든 시점의 정보를 활용하여 현재 처리 중인 단어와 가장 연관성이 높은 부분에 '주의'를 기울이는 방식입니다. 이를 통해 장기 의존성 문제가 상당 부분 해소되었습니다. 트랜스포머는 여기서 한 걸음 더 나아가, RNN과 같은 순차적 구조를 완전히 제거하고 오직 어텐션 메커니즘만을 활용하여 순차 데이터를 처리하는 방식을 제안했습니다. 특히 셀프 어텐션이라는 기법을 통해 시퀀스 내의 각 요소가 다른 모든 요소와 어떻게 관련되는지를 계산함으로써, 문맥 정보를 효과적으로 포착할 수 있게 되었습니다. 또한 순차적 처리가 아닌 병렬 처리가 가능해져 학습 속도와 효율성이 크게 향상되었습니다. 트랜스포머의 구조 트랜스포머는 인코더-디코더 구조를 채택하고 있습니다. 인코더는 입력 시퀀스를 처리하여 의미 있는 표현으로 변환하고, 디코더는 이 표현을 활용하여 출력 시퀀스를 생성합니다. 인코더 구조 인코더의 핵심은 셀프 어텐션 레이어와 피드 포워드 신경망으로 구성됩니다: 입력 임베딩: 텍스트는 먼저 토큰 단위로 분할되어 임베딩 벡터로 변환됩니다. 위치 인코딩(Positional Encoding): 트랜스포머는 순차적 구조가 없기 때문에, 토큰의 위치 정보를 별도로 제공해야 합니다. 위치 인코딩은 사인(sine)과 코사인(cosine) 함수를 사용하여 각 위치에 고유한 값을 부여합니다.
- yuli