ABCDE: 왜 우리는 Cysic에 투자해야 하는가?
글: Siyuan Han
Cysic은 ZK 하드웨어 가속 분야의 선도적인 프로젝트로, ZK 증명 생성 시간을 단축하기 위한 최첨단 ASIC 칩 설계에 주력하고 있습니다. Cysic은 일류 수준의 하드웨어 설계 및 R&D 팀을 구성했으며, 현재 FPGA 기반의 POC(개념 검증) 설계 작업을 완료했습니다. POC 결과를 통해 Cysic의 ZK 하드웨어 가속 능력이 이미 업계 최고 수준에 도달했음을 입증할 수 있습니다.
ABCDE는 시드 라운드에서 Cysic에 투자했으며, 이번 라운드에는 Polychain, A&T, Hashkey, Web3.com Venture 등도 함께 참여했습니다.
1. 왜 ZK 하드웨어 가속이 필요한가?
ZK 증명 생성(ZK Proof Generation)은 ZK 프로젝트에서 가장 핵심적인 단계 중 하나입니다. 불행하게도 기존의 ZK 증명 시스템에서는 ZK 증명 생성에 막대한 계산량이 필요합니다. 프로젝트의 복잡성이 증가하고 ZK 회로 규모가 커짐에 따라 ZK 증명 생성에 필요한 계산량은 지수적으로 증가합니다. 예를 들어 Scroll, zkSync와 같은 대규모 zkEVM/zkVM 프로젝트의 경우 CPU만으로 ZK 증명을 생성하면 수시간에서 수일이 소요될 수 있습니다. 실제 비즈니스 환경에서는 대부분의 프로젝트가 ZK 증명 생성을 수초 또는 수분 이내로 제한해야 합니다. 수시간 이상의 계산 시간은 대부분의 ZK 프로젝트, 특히 zkEVM/zkVM과 같은 확장성 프로젝트에는 전혀 받아들여질 수 없습니다.
게다가 앞으로 약 2년 내로 정식 출시될 ZK 프로젝트들을 고려할 때, ZK 증명 생성의 계산 복잡성을 이론적 차원에서 낮추기란 어렵습니다. 따라서 프로젝트의 실용성을 보장하기 위해 정식 출시 전에 ZK 프로젝트 측은 반드시 "ZK 증명 생성 가속" 기술을 도입하여 증명 생성 속도를 초 단위 또는 분 단위로 줄여야 합니다. 이 과정에서 고성능 하드웨어를 통한 ZK 증명 생성 가속이 현재 가장 유력한 방법입니다.
하드웨어 가속이 무엇을 가속하는가?
ZK 증명 생성 과정에서 주된 계산 부하는 다음 두 가지로 나뉩니다. 첫째는 다항식 기반의 NTT(Number Theoretic Transform) 계산이며, 둘째는 타원 곡선 상에서 수행되는 MSM(Multi-Scalar Multiplication) 계산입니다(아래 그림 참조[1]). 일반적으로 한 번의 ZK 증명 생성 과정에서 NTT 계산은 전체 계산량의 약 25%, MSM 계산은 60–70% 정도를 차지합니다[2].
다행히도 이 두 가지 계산은 다음과 같은 특징을 가지고 있어:
1. 논리 구조가 비교적 단순하며,
2. 동일한 계산 로직이 반복적으로 많이 발생,
3. 병렬 처리가 가능하다는 점(BTC 마이닝 계산과 유사함) 때문에 고성능 하드웨어를 이용한 가속이 이론적으로 가능합니다.
아래 그림에서 확인할 수 있듯이, NTT 계산(좌측 상단)과 MSM 계산(우측)은 ZK 증명 생성 워크플로우 내에서 느슨하게 결합되어 있습니다. 따라서 ZK 프로젝트 측은 실제 요구사항에 따라 다음 세 가지 방안 중 선택할 수 있습니다:
1. NTT 계산만 별도로 가속화하거나,
2. MSM 계산만 별도로 가속화, 또는
3. NTT와 MSM 모두 통합적으로 가속화하는 방안.
일반적인 ZK 증명 생성 과정의 워크플로우 [1]
참고 1: 위 그림은 Scroll 공동창업자 Zhang Ye의 논문 <PipeZK: Accelerating Zero-Knowledge Proof with a Pipelined Architecture>에서 발췌하였으며, ZK 하드웨어 가속 연구의 초기 사례 중 하나입니다.
참고 2: 일부 문헌/기사에서는 ZK 증명 생성에서 가장 많은 시간을 소모하는 것이 FFT(Fast Fourier Transform)와 MSM이라고 주장하지만, FFT와 NTT는 원리는 유사하나 ZK에서 사용되는 암호학적 연산은 대부분 유한체(Finite Field) 상에서 이루어지므로 실제로는 NTT가 사용됩니다. 따라서 본 문서에서는 대부분의 학술 자료에서 사용하는 NTT를 기준으로 삼습니다[1][2][3].
어떤 하드웨어로 가속하는가?
마이닝 솔루션과 유사하게, 현재 ZK 하드웨어 가속은 다음 세 가지 하드웨어를 통해 실현되고 있습니다:
- u GPU
- u FPGA
- u ASIC
현재 시장에서 이용 가능한 하드웨어 가속 솔루션은 주로 GPU와 FPGA입니다. GPU/FPGA 기반 가속은 비교적 쉽게 구현할 수 있기 때문에 시장 선점을 위해 대부분의 업체들이 먼저 GPU/FPGA 솔루션을 우선 개발합니다. 그러나 GPU와 FPGA는 하드웨어 비용이 높고, 전력 소비가 크며 절대 성능에도 한계가 있습니다. 따라서 ASIC 솔루션은 ZK 하드웨어 가속 생태계에서 간과할 수 없는 중요한 요소입니다.
하드웨어 가속 서비스는 어떻게 ZK 프로젝트에 제공되는가?
ZK 하드웨어 가속 제공업체는 다음 두 가지 방식으로 ZK 증명 생성 가속 서비스를 제공할 수 있습니다:
1. SaaS API 방식.
2. 하드웨어(완제품/칩) 판매 방식(채굴기 판매와 유사).
앞서 언급했듯이, ZK 증명 생성 과정에서 NTT와 MSM 계산은 느슨하게 결합되어 있습니다. 따라서 서비스의 세분화 수준에 따라 하드웨어 가속 제공업체는 다음과 같은 세 가지 수준의 서비스를 제공할 수 있습니다:
1. 전용 NTT 가속 (전용 NTT 가속 API/하드웨어 장치)
2. 전용 MSM 가속 (전용 MSM 가속 API/하드웨어 장치)
3. 일체형 가속 솔루션: NTT와 MSM 모두 동시 가속
하드웨어 가속 업체들의 차별점
NTT와 MSM 계산 문제는 오랫동안 광범위하게 연구되어 왔으며, 주요 업체들은 단기간 내에 계산 이론상의 돌파구를 마련하기 어렵습니다. 따라서 업체 간의 기술적 차이는 더 이상 이론보다는 엔지니어링 구현 역량, 알고리즘 세부사항에 대한 정교한 통제 능력, 기술 스택(하드웨어) 선택, 하드웨어 생산 비용 관리, 제품 설계 능력 등에 달려 있습니다. 고객은 가속 업체를 선택할 때 다음 세 가지 요소를 특히 중요하게 고려합니다:
1. 하드웨어/서비스 성능: 동일한 계산 작업을 수행할 때 해당 업체의 처리 시간.
2. 하드웨어 가속 비용: 동일한 계산 작업을 수행할 때 해당 업체의 계산 비용.
3. API/장치의 사용 편의성.
2. 우리가 Cysic에 투자한 이유
Cysic는 Leo Fan과 Bowen Huang이 2022년 8월 말에 창립한 회사로, 주요 목표는 ZK 프로젝트의 ZK 증명 생성 과정에 하드웨어 가속 서비스를 제공하는 것입니다. 창립팀은 미국 캘리포니아주와 중국 본토에 위치해 있으며, 주요 멤버들은 미국 Top 20 대학 컴퓨터학과 박사 출신과 중국과학원 컴퓨팅기술연구소의 칩 설계 팀 출신입니다. 현재까지 프로젝트는 FPGA 기반의 MSM 계산 POC 검증을 완료했으며, 프로젝트 코드명은 SolarMSM입니다. 이 단계에서 SolarMSM은 SaaS 형태로 외부에 서비스를 제공할 예정입니다. 현재 Cysic는 여러 주요 ZK 프로젝트와 협력 의향을 맺었으며, 곧 테스트 서비스를 제공할 예정입니다. 업계 다수의 권위자들에 따르면, SolarMSM은 MSM 계산 가속 성능 면에서 업계 최정상 수준에 도달해 있습니다.
창립팀 개요
두 창립자는 암호학과 하드웨어 설계 분야에서 매우 강력한 기술 배경을 갖추고 있습니다. Leo 박사는 국제적으로 유명한 암호학자인 Elaine Shi 교수의 지도 아래 코넬대학에서 박사 학위를 취득했으며, 로그스타츠 대학교 조교수 임용 전에는 Algorand에서 암호학 연구원으로 재직한 바 있습니다.
또 다른 창립자인 Bowen Huang은 Cysic 창립 전 중국과학원 컴퓨팅기술연구소에서 6년간 근무했으며, 예일대학에서 박사 과정을 수료했습니다. 이전에는 여러 유명 대형 기술기업의 칩 개발 프로젝트에 참여한 경험이 있으며 다수의 특허와 설계 실적이 있습니다.
POC 결과
현재 Cysic는 자일링스(Xilinx)의 공통 FPGA 기반으로 MSM 가속 솔루션의 POC 설계를 완료했으며, 코드명은 SolarMSM입니다. POC 검증 결과, 입력 규모가 2³⁰인 MSM 계산 작업을 1초 이내로 완료할 수 있었습니다[2]. 이는 현재 업계에서 공개된 데이터 중 가장 뛰어난 수준이며, ZPrize 경진대회 우승 팀의 성능보다 1~2 수준(orders of magnitude) 높습니다.
SolarMSM의 신속한 실현은 다음을 입증합니다:
1. Cysic 팀의 뛰어난 R&D 역량과 기술력: 짧은 시간 안에 ZPrize 1위 팀보다 1~2 수준 높은 성능을 설계 및 구현하여 압도적인 속도 우위를 보여주었습니다.
2. Cysic 팀의 견고한 공급망 통합 관리 능력: PCB, 냉각, 전원 공급, PCIE 커넥터, 케이스 구조 등 모든 부분을 병렬로 맞춤 설계하면서도 2~3개월 내에 신속하게 납품을 완료할 수 있었으며, 이는 업계 표준보다 2~3배 빠른 속도입니다.
동시에 이번 단계의 POC는 Cysic의 하드웨어 설계/R&D 작업에 대한 내부 검증이기도 합니다. ASIC 칩의 오류 수정 비용은 FPGA 솔루션보다 훨씬 높기 때문에, SolarMSM을 통해 고대역폭, 고전력, 고연결성 조건에서 충분한 실기 검증을 거침으로써 향후 ASIC 칩 설계 오류의 위험을 크게 줄일 수 있습니다.
기술 로드맵
Cysic는 NTT와 MSM 계산을 포함한 전체 ASIC 하드웨어 가속 솔루션을 제공할 계획입니다. 현재 프로젝트는 두 단계의 R&D 전략을 채택하고 있습니다.
1단계: FPGA 기반 POC
프로젝트 1단계는 자일링스의 공통 FPGA를 기반으로 MSM과 NTT 가속의 POC 버전인 SolarMSM을 구현하는 것입니다. 현재 MSM 계산 가속 모듈은 이미 완료되었으며, 2³⁰ 규모의 MSM 계산을 1초 미만으로 완료할 수 있습니다. 이는 현재 공개된 모든 FPGA-MSM 하드웨어 가속 결과 중에서 최고 성능이며, 경쟁사보다 1~2 수준 이상 앞섭니다. 예외적인 상황이 없는 한 ASIC 칩 출시 전까지 SolarMSM은 MSM 하드웨어 가속 분야에서 최고 성능 기록을 유지할 것입니다. Cysic는 이미 여러 주요 ZK 프로젝트와 협력 의향을 맺었으며, 우선적으로 MSM 가속 서비스를 제공할 예정입니다.
향후 몇 개월 내로 Cysic는 SolarMSM 기반으로 NTT 계산 가속 모듈인 SolarNTT를 완성할 계획입니다. SolarNTT는 SolarMSM과 동일한 서버에 배치되며, 동일한 대규모 FPGA 인터커넥트 시스템을 기반으로 가속 계산을 수행합니다. 이 두 시스템은 Cysic가 설계한 고속 인터커넥트 아키텍처를 통해 통합되어 일체형 종합 가속 솔루션인 SolarZKP를 형성합니다. SolarZKP는 SaaS 형태로 API 서비스를 외부에 제공할 예정입니다.
2단계: 12nm ASIC
POC 단계 이후 Cysic는 12nm ASIC 개발 단계에 진입할 예정입니다. 목표는 단일 ASIC 칩이 SolarZKP 전체 서버의 성능에 도달하는 것으로, MSM과 NTT 계산뿐 아니라 프로젝트 측에서 지정한 기타 핵심 함수도 지원하며, 전력 소비는 두 수준 낮추는 것입니다.
3. 시장 분석
고객은 어떻게 하드웨어 가속 솔루션을 선택할 것인가?
실제 운영 환경에서 다양한 ZK 고객들은 각자의 ZK 증명 생성 시간 민감도에 따라 서로 다른 하드웨어 가속 수요를 가지고 있습니다. 예를 들어:
u zkEVM/zkVM 기반의 Layer-2 프로젝트의 경우 핵심 요구사항은 빠르고 안정적인 ZK 증명 생성입니다. 따라서 고객은 보다 빠르고 안정적인 일체형 가속 솔루션을 선호할 가능성이 높습니다.
u ZK 증명 생성 시간에 민감하지 않은 일부 ZK 프로젝트의 경우, 예를 들어 거래소의 자산 증명처럼 증명 생성 속도가 급하지 않을 때는 단독 MSM 계산 가속만 선택하거나, 서로 다른 가속 업체의 MSM 계산과 NTT 계산을 조합하여 시간 내에 최적의 가격을 선택할 수 있습니다.
저희는 향후 시장에서 다양한 하드웨어 가속 업체의 솔루션을 조합해 고객에게 최적의 증명 생성 방안을 제공하는 도구가 등장할 것으로 봅니다.
4. 프로젝트 리스크
현재 여러 기업이 ZK 하드웨어 가속 분야에 진출하여 경쟁하고 있습니다. ASIC 기반 ZK 하드웨어 가속 프로젝트는 개발 지연 리스크와 시장 리스크를 안고 있습니다.
개발 지연 리스크
ZK 프로젝트 측과 ZK 하드웨어 가속 업체 사이에는 상호 협력하고 상호 성장하는 관계가 존재합니다. ZK 프로젝트 측은 시장 점유율을 선점하기 위해 가장 먼저 이용 가능한 하드웨어 가속 솔루션을 선택합니다. 특히 zkEVM/zkVM 프로젝트의 경우 L2 블록 증명을 안정적으로 제공할 수 있는지 여부가 가장 중요한 판단 기준 중 하나입니다. 따라서 일부 ZK 프로젝트 측은 초기 단계부터 하드웨어 가속 업체와 장기 협력 의향을 맺는 경우도 있습니다. 만약 개발이 지연되면 초기 시장 점유율 일부를 상실할 수 있습니다. 또한 ASIC 팹핑(fabbing)에는 실패 리스크가 존재합니다. 반도체 제조사의 생산 능력 제약으로 인해 팹핑 실패 시 재차 팹핑 일정을 조정해야 하며, 이로 인해 프로젝트가 지연될 수 있습니다.
시장 리스크
ZK 프로젝트는 프라이버시 중심과 확장성 중심으로 나눌 수 있습니다. 프라이버시 중심 프로젝트의 경우 하드웨어 가속을 사용하면 사이드채널 공격 위험을 어느 정도 줄일 수 있지만, 프라이버시 문제를 고려해 ZK 하드웨어 가속 솔루션을 더욱 신중하게 선택할 수 있으며, 예를 들어 SaaS 서비스보다는 직접 하드웨어를 구매하는 방식을 선호할 수 있습니다.
5. 경쟁 프로젝트
주요 경쟁사
현재 업계에는 Supranational, Ulvantanna, Auradine 등 실력 있는 경쟁사가 세 곳 있습니다.
Supranational
Supranational은 2019년부터 GPU 기반 ZK 가속 분야에 진출했으며 최근에는 FPGA/ASIC 영역으로 확장하고 있습니다. 이미 매우 성숙한 오픈소스 GPU 가속 솔루션을 보유하고 있으며 성능도 업계 선두권입니다. 또한 Supranational은 자체적으로 성능이 더 뛰어난 상용 폐쇄형 솔루션을 보유하고 있을 것으로 예상됩니다. 시장 진입이 빠르고 업계 자원과 현금 흐름이 좋은 편입니다.
Ulvantanna
창립팀은 Jump Crypto 출신이며, Paradigm과 Bain Crypto로부터 투자를 받았으며 실력이 만만치 않습니다.
Auradine
창립팀이 상당히 경력이 많으며 풍부한 창업 경험을 갖고 있고, 정상급 제조사와 자본의 지지를 받고 있습니다.
기타 하드웨어 가속 팀
Ingonyama, Jump Crypto 등의 팀들도 이 분야에 먼저 진입했지만, 현재 공개된 데이터상으로는 Cysic의 SolarMSM 수준에 미치지 못하고 있습니다.
ZK 프로젝트 내부 하드웨어 가속 팀
현재 전문 하드웨어 가속 팀 외에도 zkSync, Scroll 등 많은 ZK 프로젝트가 자체적으로 하드웨어 가속 솔루션을 내부적으로 탐색하고 있습니다.
zkSync
zkSync는 GPU/FPGA 가속 솔루션을 선택했습니다. ZPrize에서 공개된 결과에 따르면, 입력 규모가 2²⁶인 MSM 계산을 수행하는 데 2.528초가 소요되었습니다. 이는 Cysic SolarMSM 솔루션의 성능(2³⁰ MSM 계산 시 1초 미만)의 10분의 1도 되지 않습니다.
Scroll
Scroll은 내부적으로 GPU 기반 가속 연구를 진행하고 있습니다. 동시에 Scroll은 일부 학술 기관과 협력하여 보다 우수한 솔루션을 탐색하고 있으며, 최신 연구 성과는 컴퓨터 아키텍처 분야의 최정상 학회 ASPLOS 2023에서 발표되었습니다[3]. 주요 zkEVM 프로젝트로서 향후 진전이 기대됩니다.
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