- Google DeepMind가 공개한 AlphaEvolve는 Gemini 모델과 자동 평가기를 결합해 알고리듬을 발견·최적화하는 진화형 코딩 에이전트임
- Gemini Flash는 넓은 아이디어 탐색을, Gemini Pro는 더 깊은 제안을 맡고, 후보 프로그램은 실행·검증·점수화를 거쳐 유망한 변형으로 발전함
- 지난 1년간 발견된 알고리듬은 데이터센터 스케줄링, TPU 설계, Gemini 최적화에 배포됐고, Borg에서는 전 세계 Google 컴퓨팅 자원의 평균 0.7% 를 지속적으로 회수함
- Gemini 행렬 곱셈 커널은 23% 빨라져 학습 시간이 1% 줄었고, FlashAttention 커널 구현은 최대 32.5% 속도 향상을 달성함
- 수학 영역에서는 4x4 복소수 행렬 곱셈을 48개 스칼라 곱셈으로 수행하는 알고리듬을 찾았고, 50개 넘는 공개 문제 중 약 20%에서 기존 최선 해를 개선함
AlphaEvolve가 알고리듬을 진화시키는 방식
- AlphaEvolve는 범용 알고리듬 발견과 최적화를 목표로 하는 진화형 코딩 에이전트임
- 대규모 언어 모델의 창의적 문제 해결 능력에 자동 평가기를 붙여 답을 검증하고, 진화 프레임워크로 유망한 아이디어를 계속 개선함
- 2023년 Google DeepMind는 LLM이 코드 함수 생성을 통해 공개 과학 문제에서 증명 가능한 새 지식을 찾을 수 있음을 보였고, AlphaEvolve는 이를 단일 함수에서 전체 코드베이스와 더 복잡한 알고리듬으로 확장함
- 모델 구성은 탐색 폭과 제안 품질을 나눠 맡는 구조임
- Gemini Flash: 빠르고 효율적인 모델로 더 넓은 아이디어 공간을 탐색함
- Gemini Pro: 더 강력한 모델로 통찰 있는 제안을 제공함
- 생성된 프로그램은 자동 평가 지표로 실행·검증·점수화되며, 정확도와 품질을 정량 평가할 수 있는 수학·컴퓨터과학 문제에 특히 잘 맞음
Google 인프라에 적용된 결과
- 지난 1년 동안 AlphaEvolve가 발견한 알고리듬은 Google의 데이터센터, 하드웨어, 소프트웨어 전반에 배포됨
- 개별 최적화가 대규모 AI·컴퓨팅 인프라에 적용되면서 같은 자원으로 더 많은 작업을 처리하는 효과를 냄
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데이터센터 스케줄링
- AlphaEvolve는 Borg가 Google의 대규모 데이터센터를 더 효율적으로 조율하도록 돕는 단순하지만 효과적인 휴리스틱을 발견함
- 이 해법은 1년 넘게 프로덕션에서 동작하며, 전 세계 Google 컴퓨팅 자원의 평균 0.7% 를 지속적으로 회수함
- 사람이 읽을 수 있는 코드로 구현돼 해석 가능성, 디버깅 용이성, 예측 가능성, 배포 용이성도 함께 제공함
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하드웨어 설계
- 행렬 곱셈용 고도로 최적화된 산술 회로에서 불필요한 비트를 제거하는 Verilog 재작성안을 제안함
- 제안된 수정은 회로의 기능적 정확성을 유지하는지 확인하기 위해 강력한 검증 절차를 통과해야 함
- 이 제안은 Google의 맞춤형 AI 가속기인 향후 Tensor Processing Unit에 통합됨
- 칩 설계자가 쓰는 표준 언어로 수정을 제안해 AI와 하드웨어 엔지니어 간 협업 방식에도 맞춰짐
Gemini 학습·추론 최적화
- AlphaEvolve는 큰 행렬 곱셈 작업을 더 작은 하위 문제로 나누는 방식을 찾아 Gemini 아키텍처의 핵심 커널을 23% 빠르게 만듦
- 이 커널 개선으로 Gemini 학습 시간이 1% 줄었고, 생성형 AI 모델 개발에 필요한 컴퓨팅 자원도 절감됨
- 커널 최적화에 들어가는 엔지니어링 시간은 전문가의 수 주 작업에서 며칠간의 자동 실험으로 줄어듦
- 낮은 수준의 GPU 명령도 최적화 대상에 포함됨
- 이 영역은 보통 컴파일러가 이미 강하게 최적화해 인간 엔지니어가 직접 수정하지 않는 경우가 많음
- Transformer 기반 AI 모델의 FlashAttention 커널 구현에서 최대 32.5% 속도 향상을 달성함
- 이런 최적화는 전문가가 성능 병목을 찾고 개선 사항을 코드베이스에 쉽게 통합하는 데 도움을 줌
수학과 알고리듬 발견
- AlphaEvolve는 최소한의 코드 골격만 주어진 상태에서도 복잡한 수학 문제에 대한 새 접근을 제안할 수 있음
- 새로운 기울기 기반 최적화 절차의 여러 구성요소를 설계해 행렬 곱셈을 위한 새 알고리듬들을 발견함
- 예시에서는 최적화기, 가중치 초기화, 손실 함수, 하이퍼파라미터 탐색 등 여러 구성요소를 바꿨고, 진화 과정에서 15개 돌연변이가 필요했음
- AlphaEvolve의 절차는 4x4 복소수 행렬 곱셈을 48개 스칼라 곱셈으로 수행하는 알고리듬을 찾음
- 이 설정에서 기존 최선으로 알려졌던 Strassen의 1969년 알고리듬을 개선한 결과임
- 행렬 곱셈 알고리듬에 특화됐던 AlphaTensor는 4x4 행렬에서 이진 산술에 대해서만 개선을 찾았음
- 수학적 분석, 기하, 조합론, 정수론의 공개 문제 50개 이상에도 적용됨
- 대부분의 실험은 몇 시간 안에 설정할 수 있었음
- 약 75% 의 경우에는 알려진 최첨단 해법을 재발견함
- 약 20% 의 경우에는 기존 최선 해를 개선해 해당 공개 문제에서 진전을 만듦
- kissing number problem에서는 11차원에서 바깥 구 593개의 배치를 발견해 새로운 하한을 세움
공개 계획과 적용 범위
- AlphaEvolve는 특정 영역의 알고리듬 발견을 넘어 실제 문제를 위한 복잡한 알고리듬 개발로 확장되는 흐름을 보여줌
- Google DeepMind는 대규모 언어 모델의 코딩 능력이 향상될수록 AlphaEvolve도 계속 개선될 것으로 기대함
- People + AI Research team과 함께 AlphaEvolve와 상호작용하는 사용자 친화적 인터페이스를 구축 중임
- 선택된 학술 사용자 대상 Early Access Program을 계획하고 있으며, 더 넓은 공개 가능성도 검토 중임
- 관심 등록은 이 양식에서 받을 예정임
- 현재 적용 분야는 수학과 컴퓨팅이지만, 해법을 알고리듬으로 표현하고 자동 검증할 수 있는 문제라면 적용 가능함
- Google DeepMind는 재료과학, 신약 발견, 지속가능성, 더 넓은 기술·비즈니스 응용에서도 AlphaEvolve가 변화를 만들 수 있다고 봄
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