📰 엔비디아의 Cosmos 3를 알아보자

엔비디아 CEO 젠슨 황이 다시 한국을 찾았습니다. 프로게이머 페이커와의 만남부터 유퀴즈 출연까지, 다양한 화제를 일으키고 돌아갔는데요. 그는 떠나기 전, "로보틱스는 한국의 다음 주요 산업이 될 것이며, 한국이 AI에 투자할 큰 기회"라는 취지의 메시지를 전했습니다.

실제로 엔비디아는 피지컬 AI와 관련된 다양한 연구를 진행하고 있습니다. 특히 최근에는 Cosmos 3라는 옴니모달 월드모델을 공개하며 피지컬 AI 전략을 구체화하는 모습을 보였는데요. 새롭게 공개한 Cosmos 3를 함께 살펴볼까요?🔎

기존 피지컬 AI 시스템은 대체로 여러 모델을 조합해 만들어졌습니다. 로봇이 식탁 위를 치우는 작업을 한다고 생각해보면, 먼저 카메라로 장면을 이해하는 모델이 필요합니다. 컵과 접시가 어디 있는지, 어떤 물체를 먼저 집어야 하는지 파악해야 하기 때문이지요. 그다음에는 행동을 만들어내는 모델을 통해 로봇 팔을 어느 방향으로 움직이고, 그리퍼(gripper)를 언제 닫을지 결정해야 합니다. 여기에 한 단계 더해, 그 행동을 했을 때 물체가 어떻게 움직이고 장면이 어떻게 바뀔지 예측하는 모델도 필요한데요. 문제는 이 모델들이 대개 따로 존재했다는 점입니다. 보는 모델, 생각하는 모델, 움직이는 모델, 미래를 예측하는 모델이 분리되어 있고, 실제 시스템에서는 이들을 이어 붙여야 했습니다. 이 구조는 구현이 복잡할 뿐 아니라, 각 모델이 서로 다른 표현을 사용하기 때문에 장면 이해와 행동 예측, 시뮬레이션이 매끄럽게 연결되기 어렵습니다.

Cosmos 3는 이 문제를 해결하기 위해 옴니모달(omnimodal) 월드모델을 제안합니다. 보통 멀티모달 AI라고 하면 텍스트, 이미지, 음성, 비디오를 함께 다루는 모델을 떠올리는데요. Cosmos 3는 여기에 행동(action)을 핵심 모달리티로 포함합니다. 여기서 행동은 단순한 명령어가 아니라 로봇 팔의 움직임, 차량의 궤적, 카메라의 이동, 사람의 손과 머리 움직임처럼 물리적 세계의 상태를 바꾸는 신호입니다.

여러 피지컬 AI 모델을 하나로 묶은 Cosmos 3. 출처: 엔비디아

덕분에 Cosmos 3는 일반적인 비디오 생성 모델과 구분됩니다. 비디오 생성 모델은 프롬프트에 맞는 그럴듯한 영상을 만드는 데 초점을 두는 반면, Cosmos 3는 '어떤 행동을 했을 때 세계가 어떻게 변하는가'를 함께 모델링하려 하지요. 로봇이 손을 뻗으면 컵이 어떻게 움직일지, 차량이 차선을 바꾸면 주변 장면이 어떻게 전개될지, 카메라가 특정 방향으로 이동하면 영상이 어떻게 바뀔지를 행동 데이터와 함께 학습하는 방식입니다. 이처럼 Cosmos 3는 장면 이해, 생성, 행동 예측을 하나의 모델 구조 안에서 연결하려는 모델이라고 볼 수 있습니다. 🤝🏼

Cosmos 3는 Mixture-of-Transformers(MoT) 구조를 중심으로 이루어집니다. 하나의 모델 안에 장면을 이해하고 추론하는 흐름과 이미지, 비디오, 오디오, 행동을 생성하는 흐름을 함께 둔 구조이지요.

Cosmos 3의 MoT 구조. 출처: 엔비디아

먼저 Reasoner는 텍스트와 이미지, 비디오를 보고 장면의 의미를 파악합니다. 무엇이 보이는지, 객체들이 어떤 관계를 맺고 있는지, 사건이 어떤 순서로 일어나는지 판단하는데요. 일반적인 VLM이 수행하는 역할과 비슷합니다. Generator는 그 이해를 바탕으로 이미지, 비디오, 오디오, 행동을 생성합니다. 텍스트로 이미지를 만들 수도 있고, 이미지 한 장을 영상으로 확장할 수도 있으며, 행동이 주어졌을 때 그 이후의 장면을 예측할 수도 있습니다. 반대로 장면의 변화를 보고 어떤 행동이 있었는지 추론하는 것도 가능하지요.

이 두 흐름은 따로 떨어져 있지 않습니다. Reasoner가 장면과 프롬프트를 이해하고, Generator는 그 문맥을 참조해 결과를 만들지요. Cosmos 3는 장면 이해와 생성, 행동 예측이 같은 표현 위에서 연결되도록 만든 모델에 가깝습니다.

Cosmos 3의 행동 데이터 구분. 출처: 엔비디아

Cosmos 3의 좌표 할당 방식. 오디오와 행동은 주로 시간 좌표에 맞춰 정렬한다. 출처: 엔비디아

Cosmos 3는 Edge, Nano, Super 세 가지 크기로 설계됐습니다. Edge는 4B, Nano는 16B, Super는 64B 파라미터 모델입니다. 이 모델들은 크게 이해를 위한 데이터와 생성을 위한 데이터를 나눠 학습하는데요. 장면을 이해하고 추론하는 부분은 이미지-텍스트, 비디오-텍스트, 텍스트 단독 데이터를 사용합니다. 이후 로봇, 자율주행, 스마트 인프라처럼 피지컬 AI와 직접 관련된 영역의 데이터로 추가 학습을 진행합니다.

생성을 담당하는 부분은 훨씬 큰 규모의 데이터를 사용하는데요. 논문에 따르면 시각 생성 사전학습에는 7억 6,700만 장의 이미지와 3억 4,770만 개의 비디오 클립이 사용됐습니다. 오디오가 포함된 비디오 데이터도 대규모로 활용됐고, 행동 데이터는 사람의 1인칭 움직임, 로봇 조작, 자율주행, 카메라 모션을 포함합니다. 또 행동 학습에 사용된 데이터는 840만 개 에피소드, 6만 1,300시간 규모로 제시됩니다.

Cosmos 3의 학습 데이터 구성. 출처: 논문

데이터 구성이 이렇게나 큰 이유는 Cosmos 3가 단순히 이미지를 잘 만들기 위한 모델이 아니기 때문입니다. 피지컬 AI 모델은 장면이 어떻게 생겼는지뿐 아니라, 시간이 지나며 어떻게 변하는지, 어떤 행동이 어떤 결과를 만드는지를 배워야 합니다. 그렇기 때문에 이미지와 비디오뿐 아니라 오디오, 행동, 합성 시뮬레이션 데이터까지 함께 사용해 장면의 변화와 행동의 결과를 학습하도록 설계한 것이지요.