3천만 원대 M5 울트라 맥 스튜디오, 초파리 뇌 시뮬레이션 돌려보니

3천만 원대에 달하는 초고성능 컴퓨터에 초파리의 뇌를 넣으면 어떤 일이 벌어질까. 최근 과학자들이 초파리의 뇌와 신경계 지도를 온라인에 공개하며 가상 공간에서 초파리를 움직이게 하는 시뮬레이션이 화제다. '오목교 전자상가' 영상에 따르면, 애플의 M5 울트라를 탑재한 맥 스튜디오를 활용해 초파리의 신경망이 요구하는 막대한 연산량을 직접 테스트해 본 결과가 공개됐다.

16억 개 연결된 신경망, 3천만 원짜리 컴퓨터도 버거운 이유

테스트에 사용된 소프트웨어 'Flybird'는 수컷 초파리의 뇌부터 몸통까지 이어지는 신경 다발을 그린 '커넥톰(Connectome)' 지도를 기반으로 한다. 이 지도에는 약 16억 7천만 개의 뉴런 사이의 2,447만 개 연결이 포함되어 있다. 영상에서는 초파리의 뇌와 몸을 통째로 시뮬레이션하며, 뇌의 뉴런 신호와 시각 신호, 근육의 움직임을 시각화해 보여준다. 사용자가 가상 환경에서 바람을 불면 초파리가 밀려나거나, 설탕을 주면 먹는 등의 상호작용이 가능하다. 또한 '플러스 플라이' 기능을 통해 초파리의 마릿수를 늘릴 수도 있는데, 개체 수가 늘어날수록 CPU 점유율이 상승하며 약 33만 마리에 도달하면 브라우저 창이 강제 종료되는 한계를 보였다.

하지만 이 작은 생명체를 실시간으로 구현하는 것은 매우 까다로운 작업이다. 초파리 한 마리가 1초를 사는 동안 맥 스튜디오가 처리해야 할 연산량은 상상을 초월한다. 16만 5천 개의 뉴런을 초당 2,000번씩 전부 갱신해야 하며, 몸의 부품 67개와 근육 110개에 대한 물리 계산을 초당 5,000번씩 수행해야 한다. 여기에 양쪽 겹눈의 광선 1,442개를 초당 50번씩 시뮬레이션해야 한다. 영상에서는 초파리 1초를 계산하는 데 실제 시간으로 약 5~6초가 걸리는 '슬로우 모션' 현상이 발생했다. 이는 마치 영화 '인터스텔라'의 중력 행성처럼 초파리가 아주 천천히 움직이는 듯한 모습을 연출한다.

'허브 뉴런' 자극하자 3천만 원대 맥 스튜디오도 '비명'

시뮬레이션의 한계를 시험하기 위해 특정 뉴런을 자극하는 실험도 진행됐다. 특히 다른 뉴런과 더 많이 연결된 '허브 뉴런(Hub Neuron)' 100개를 선정해 초당 150번씩 강제로 활성화하자, M5 울트라 모델조차 실시간으로 단 한 마리의 초파리 뇌를 구동하는 데 어려움을 겪었다. 이전 세대인 M3 울트라는 한 마리조차 실시간 구동이 불가능했다. 영상은 참깨보다 작은 초파리의 뇌를 시뮬레이션하는 데 있어, 수억 배 무거운 맥 스튜디오조차 버거울 만큼 생체 연산력이 강력하다는 점을 시사한다.

한편, 이번 실험에 사용된 '초파리 뇌 벤치마크 앱'은 출연자가 로컬 AI(Q1 27B 모델)를 활용해 직접 제작한 것으로 밝혀졌다. M5 울트라의 통합 메모리 구조를 활용하면 인터넷 연결 없이도 거대 AI 모델을 구동할 수 있는데, 실제로 M5 울트라의 AI 토큰 생성 속도는 M3 울트라(19.62초) 대비 약 4배 빠른 5.0초를 기록하며 압도적인 성능 차이를 보였다. 해당 모델은 M5 울트라의 36코어 CPU와 256GB 통합 메모리를 기반으로 작동한다.

초파리 '슈퍼 게이머' 탄생과 가상 세계 비행 훈련

초파리의 지능을 테스트하기 위해 '플래피 버드(Flappy Bird)' 게임 학습도 시도됐다. 수백 마리의 초파리를 동시에 생성해 게임을 시키고, 조금이라도 멀리 간 개체만을 다음 세대로 선택하는 진화적 방식으로 약 80세대를 거치자, 100판 중 99판을 완주하는 '슈퍼 게이머 초파리'가 탄생했다. 이 학습 과정에서 M5 울트라는 464초를 기록해 M3 울트라(658초)보다 약 1.4배 빠른 처리 속도를 보였다. 이는 M5 울트라의 Geekbench 7 점수(싱글 3,700점대, 멀티 52,000점대) 및 시네벤치 2016 점수와도 일치하는 수치다.

더 나아가 로컬 AI로 생성한 3D 가상 세계를 활용한 비행 훈련도 진행됐다. AI가 '붉은 사막' 게임의 풍경을 3D 공간으로 재현했고, 초파리 뇌 지도에서 비행에 관여하는 600개의 뉴런을 추출해 훈련시켰다. 밤샘 훈련 끝에 초파리 뇌는 게임 화면 속 용(와이번)의 움직임을 학습해, 가상 세계의 하늘을 직접 비행하는 결과로 이어졌다. 이는 초파리의 뇌가 가상 환경의 시각 정보를 받아들여 물리적 움직임으로 변환할 수 있음을 보여주는 실험적 사례로 제시됐다. 현재 이 맥 스튜디오는 3,000만 원대의 최고 사양 구성으로, 10월 말에는 512GB 메모리 모델도 출시될 예정이다.

마지막으로 맥 스튜디오의 게임 성능을 점검한 결과, '사이버펑크 2077'을 4K 해상도(레이트레이싱 OFF)에서 평균 70프레임으로 구동했다. 레이트레이싱을 켠 울트라 옵션의 경우 QHD에서 70프레임, 4K에서 51프레임이 나왔다. 다만, 동일 옵션에서 RTX 5090이 4K 101프레임을 기록하는 것과 비교하면 그래픽 성능 면에서는 차이가 존재함을 확인했다. 그럼에도 불구하고 '붉은 사막'이 맥에서 네이티브로 돌아가 4K 울트라 옵션 기준 60프레임을 구현한다는 점은 주목할 만한 부분이다.