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전사 — 신경망에서 Transformer까지

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AI가 Transformer에 닿기까지, 80년 동안 무엇이 쌓였나

이 축은 2017년 Transformer 이전의 토대를 모읍니다. 1943년 신경 세포를 논리 회로로 옮겨 적은 시도에서 시작해, 학습이라는 개념이 수식이 되고, 두 번의 겨울을 지나 역전파와 GPU가 만나 깊은 신경망이 다시 움직이기까지의 기록이에요. 지금 쓰는 모델의 거의 모든 부품은 이 시기에 이름을 얻었습니다. 뒤의 축들이 '지금 무엇이 바뀌고 있나'를 다룬다면, 이 축은 '왜 그런 모양이 되었나'에 답하는 자리예요.

Jonas Gehring 외 (Facebook AI Research)
Convolutional Sequence to Sequence Learning(ConvS2S) arXiv 공개

합성곱만으로 번역을 수행해 Transformer 직전의 탈-순환 경쟁 구도를 보여줌

Norman P. Jouppi 외 (Google)
In-Datacenter Performance Analysis of a Tensor Processing Unit arXiv 공개 (ISCA 2017)

1세대 TPU의 설계와 실측을 공개해 전용 가속기 논의의 기준 문헌이 됨

Jun-Yan Zhu 외 (UC 버클리)
CycleGAN arXiv 공개

쌍 데이터 없이 학습하는 설계로 생성모델의 데이터 요건을 낮춤

Chelsea Finn·Pieter Abbeel·Sergey Levine (UC 버클리)
Model-Agnostic Meta-Learning(MAML) arXiv 공개

구조에 무관한 메타러닝을 제시해 few-shot 적응 연구를 열음

Martin Arjovsky·Soumith Chintala·Léon Bottou
Wasserstein GAN arXiv 공개

GAN 학습 불안정을 거리 함수 문제로 재정의

Barret Zoph·Quoc V. Le (Google Brain)
Neural Architecture Search with Reinforcement Learning arXiv 공개

구조 설계 자체를 탐색 문제로 바꾼 논문

Nal Kalchbrenner 외 (DeepMind)
Neural Machine Translation in Linear Time(ByteNet) arXiv 공개

순환 없이 확장 합성곱으로 시퀀스를 처리한 대안. 탈-순환 경쟁의 한 갈래

Google
GNMT를 중국어→영어 번역 실서비스에 100% 적용했다고 발표

신경망 번역이 연구에서 상용 서비스로 넘어간 지점

Yonghui Wu 외 (Google)
Google's Neural Machine Translation System(GNMT) arXiv 공개

어텐션 seq2seq를 상용 규모로 구현한 시스템 기술서

Google DeepMind
WaveNet 발표

자기회귀 생성이 오디오까지 확장됨을 보임. 이후 TTS·오디오 생성의 기반

Facebook AI Research (Soumith Chintala 외)
PyTorch 최초 공개

명령형 실행 방식으로 연구 커뮤니티의 프레임워크 판도를 바꾸기 시작

Jimmy Lei Ba·Jamie Ryan Kiros·Geoffrey Hinton
Layer Normalization arXiv 공개

배치에 의존하지 않는 정규화. Transformer가 채택하며 사실상 기본 부품이 됨

Google
TPU(Tensor Processing Unit) 최초 공개

범용 GPU가 아닌 신경망 전용 실리콘 노선의 시작

Google DeepMind·이세돌
서울 5번기 종료(3월 9~15일)

AI 능력에 대한 대중 인식을 바꾼 사건. 이후 투자·정책 논의의 배경이 됨

Google DeepMind
Mastering the game of Go with deep neural networks and tree search

정책·가치망과 몬테카를로 트리 탐색의 결합을 공개. 탐색과 학습의 결합 계보

OpenAI
비영리 연구기관 OpenAI 설립 발표, 10억 달러 기금 서약

이후 GPT 계열과 상업화 전환의 출발점이 되는 조직의 출범

Kaiming He 외 (Microsoft Research Asia)
Deep Residual Learning for Image Recognition(ResNet) arXiv 공개

잔차연결로 초심층 학습을 가능하게 함. Transformer를 포함한 이후 대부분 구조의 기본 부품

Google
TensorFlow를 Apache 2.0으로 오픈소스 공개

내부 시스템을 공개해 프레임워크 경쟁을 열고 딥러닝 도구를 산업 표준화

Olaf Ronneberger·Philipp Fischer·Thomas Brox (프라이부르크대)
U-Net arXiv 공개

의료영상용으로 제안됐으나 이후 확산모델 등 생성 분야의 기본 골격이 됨

Geoffrey Hinton·Oriol Vinyals·Jeff Dean (Google)
Distilling the Knowledge in a Neural Network arXiv 공개

큰 모델의 지식을 작은 모델로 옮기는 증류를 정식화. 오늘의 소형 모델 계보의 뿌리

Volodymyr Mnih 외 (Google DeepMind)
Human-level control through deep reinforcement learning

심층강화학습이 동료심사를 거쳐 공식 성과로 인정된 지점

Sergey Ioffe·Christian Szegedy (Google)
Batch Normalization arXiv 공개

깊은 망의 학습을 안정화·가속해 대부분의 아키텍처에 표준 채택됨

Diederik P. Kingma·Jimmy Ba
Adam

이후 사실상 표준이 되는 옵티마이저. 학습 레시피의 기본값을 바꿈

Alex Graves·Greg Wayne·Ivo Danihelka (DeepMind)
Neural Turing Machines arXiv 공개

어텐션 기반 주소지정으로 메모리를 다루는 발상. 메모리 증강 계보의 출발

Ilya Sutskever·Oriol Vinyals·Quoc V. Le (Google)
Sequence to Sequence Learning with Neural Networks arXiv 공개

시퀀스를 시퀀스로 사상하는 인코더-디코더를 정식화. 오늘의 생성 모델 인터페이스의 조상

Karen Simonyan·Andrew Zisserman (옥스퍼드대)
Very Deep Convolutional Networks for Large-Scale Image Recognition(VGG) arXiv 공개

작은 3x3 합성곱을 깊게 쌓는 설계를 표준화

Dzmitry Bahdanau·Kyunghyun Cho·Yoshua Bengio
Neural Machine Translation by Jointly Learning to Align and Translate arXiv 공개

고정 길이 벡터 병목을 어텐션으로 푼 논문. Transformer 셀프어텐션의 직접 선행

Ian Goodfellow 외 (몬트리올대)
Generative Adversarial Networks arXiv 공개

생성자와 판별자의 경쟁을 학습 신호로 삼는 구조를 제시해 생성모델의 한 축을 염

Kyunghyun Cho 외 (몬트리올대)
Learning Phrase Representations using RNN Encoder-Decoder arXiv 공개

인코더-디코더 구조와 GRU를 기계번역에 도입해 어텐션 연구의 토대가 됨

Google
DeepMind 인수 확인

이후 DQN·AlphaGo를 낳는 조직 기반이 마련됨

Diederik P. Kingma·Max Welling
Auto-Encoding Variational Bayes arXiv 공개

확률적 생성모델을 역전파로 학습할 수 있게 만들어 생성모델 계보의 한 축이 됨

Volodymyr Mnih 외 (DeepMind)
Playing Atari with Deep Reinforcement Learning arXiv 공개

심층강화학습이 화면 입력만으로 동작함을 보인 초기 사례

Alex Krizhevsky·Ilya Sutskever·Geoffrey Hinton
ImageNet Classification with Deep Convolutional Neural Networks(AlexNet)

GPU·대규모 데이터·심층 CNN의 결합을 논문으로 정착시킴. 현 딥러닝 시대의 관례적 기점

SuperVision (Krizhevsky·Sutskever·Hinton, 토론토대)
ILSVRC 2012에서 top-5 오류율 15.3%로 우승, 결과는 ECCV 2012 워크숍에서 발표

2위와의 큰 격차로 심층 CNN이 컴퓨터비전의 주류 방법론이 된 전환점

Geoffrey Hinton 외 (토론토대)
Improving neural networks by preventing co-adaptation of feature detectors arXiv 공개

단순한 정규화로 과적합을 억제해 이후 표준 기법이 됨

Yoshua Bengio·Aaron Courville·Pascal Vincent
Representation Learning

표현학습을 하나의 문제틀로 정리해 이후 분야의 표준 참고문헌이 됨

Geoffrey Hinton·Li Deng·Dong Yu 외 (토론토대·MS·Google·IBM)
Deep Neural Networks for Acoustic Modeling in Speech Recognition

서로 다른 산업 그룹이 같은 전환(HMM→DNN)을 확인해 딥러닝이 음성인식 산업 표준이 됨

Quoc V. Le·Jeff Dean·Andrew Y. Ng 외 (Google Brain)
Building high-level features using large scale unsupervised learning arXiv 공개

레이블 없는 대규모 데이터와 대규모 연산만으로 고차 개념이 잡힘을 보임. 구글의 딥러닝 투자 상징

Dan Ciresan 외 (IDSIA)
IJCNN 2011 GTSRB 교통표지판 인식 대회에서 다중열 심층 신경망이 99.46%로 인간 평균 98.84%를 상회

특정 시각 인식 과제에서 신경망이 인간을 넘어선 공인 벤치마크 기록

James Bergstra 외 (몬트리올대)
Theano 발표

프레임워크가 연구 속도를 결정한다는 구도의 시작. 이후 딥러닝 라이브러리 설계에 영향

Vinod Nair·Geoffrey Hinton
Rectified Linear Units Improve Restricted Boltzmann Machines

이후 표준 활성함수가 되는 ReLU의 이점을 입증한 초기 논문

ImageNet
제1회 ILSVRC 개최

대규모 이미지 분류를 매년 겨루는 표준 대회가 시작됨. 이후 딥러닝 돌파의 무대가 됨

Xavier Glorot·Yoshua Bengio
Understanding the difficulty of training deep feedforward neural networks

활성함수와 초기화가 학습 안정성을 좌우함을 규명. Glorot 초기화의 기원

Dan Ciresan 외 (IDSIA)
Deep Big Simple Neural Nets Excel on Handwritten Digit Recognition arXiv 공개

비지도 사전학습 없이 GPU 가속만으로 최고 성능이 나옴을 보여 순수 지도학습 노선을 되살림

Rajat Raina·Anand Madhavan·Andrew Y. Ng (스탠퍼드대)
Large-scale Deep Unsupervised Learning using Graphics Processors

GPU를 딥러닝 학습에 본격 적용한 초기 사례. 연산이 자원이라는 전제의 출발

Jia Deng·Li Fei-Fei 외 (프린스턴대)
ImageNet

WordNet 계층 기반 대규모 이미지 데이터셋을 공개해 데이터가 병목이라는 인식을 만듦

Yoshua Bengio 외
Greedy Layer-Wise Training of Deep Networks

층별 비지도 사전학습이 학습 난제를 완화함을 실험으로 보임

Geoffrey Hinton·Simon Osindero·Yee-Whye Teh
A Fast Learning Algorithm for Deep Belief Nets

깊은 망을 학습시킬 수 있다는 것을 다시 보여 2000년대 딥러닝 부활의 계기가 됨

Yoshua Bengio 외
A Neural Probabilistic Language Model

단어를 밀집 벡터로 학습하는 신경 언어모형을 제시. word2vec 등 임베딩 계보의 직접 선행 연구

Yann LeCun·Léon Bottou·Yoshua Bengio·Patrick Haffner
Gradient-based learning applied to document recognition

합성곱·풀링·완전연결을 결합한 실용 CNN 구조를 정립하고 MNIST를 표준 시험대로 만듦

Sepp Hochreiter·Jürgen Schmidhuber
Long Short-Term Memory 발표

게이트로 소실 그래디언트를 완화해 장기 시퀀스 학습을 가능하게 함. Transformer 이전 시퀀스 모델의 표준

Yoshua Bengio·Patrice Simard·Paolo Frasconi
Learning long-term dependencies with gradient descent is difficult

순환신경망의 장기 의존성 학습 곤란을 이론·실험으로 확인해 후속 구조 개발의 동기가 됨

Sepp Hochreiter
뮌헨공대 학위논문에서 소실 그래디언트 문제 규명

깊이와 시퀀스 길이가 늘수록 학습 신호가 사라짐을 처음 규명. LSTM·잔차연결의 문제 정의

Yann LeCun 외 (AT&T Bell Labs)
Backpropagation Applied to Handwritten Zip Code Recognition

가중치 공유와 역전파를 결합해 실제 업무 과제에 신경망을 적용한 초기 사례

Kurt Hornik·Maxwell Stinchcombe·Halbert White
Multilayer feedforward networks are universal approximators

Cybenko와 함께 다층 순방향 신경망의 근사 능력에 대한 토대를 확립

George Cybenko
Approximation by superpositions of a sigmoidal function

은닉층 하나로 임의의 연속함수를 근사할 수 있음을 증명해 표현력의 이론적 근거를 제공

David Rumelhart·Geoffrey Hinton·Ronald Williams
Learning representations by back-propagating errors

은닉층이 과제에 유용한 내부 표현을 스스로 학습함을 보여 다층 신경망 학습을 실용화

John J. Hopfield
Neural networks and physical systems with emergent collective computational abilities 발표

신경망을 에너지 최소화 물리계로 해석해 연상기억·최적화로 연결, 연구 부활에 기여

Kunihiko Fukushima
Neocognitron 발표

국소 수용장과 단순/복잡 세포 계층을 도입해 CNN 구조의 직접 선행 모델이 됨

Paul Werbos
하버드 박사 학위논문에서 다층 신경망의 오차 역전파 학습을 기술

1986년 재발견 이전의 최초 서술로 평가됨. 역전파 우선권 논쟁의 기준점

Marvin Minsky·Seymour Papert
Perceptrons 출간

한계를 수학적으로 못 박아 신경망 연구가 10여 년 위축되는 계기가 됨

Frank Rosenblatt
The Perceptron

오류로부터 가중치를 갱신하는 최초의 학습 절차. Psychological Review 65(6) 386-408

John McCarthy·Marvin Minsky·Nathaniel Rochester·Claude Shannon
다트머스 하계 연구 프로젝트 제안서 작성

분야에 이름이 붙은 문서. 이듬해 1956년 워크숍으로 이어짐

Alan Turing
Computing Machinery and Intelligence

기계 지능을 내부 구조가 아니라 행동으로 판정하는 틀을 세움. 오늘의 벤치마크 논쟁의 원형

Donald O. Hebb
The Organization of Behavior 출간

가중치를 데이터로 바꾼다는 발상의 원형. 이후 신경망 학습 규칙의 이론적 뿌리

Warren McCulloch·Walter Pitts
A logical calculus of the ideas immanent in nervous activity

신경세포 활동을 논리 연산으로 형식화한 최초의 시도로 인공신경망의 수학적 출발점