피처 스토어 시스템
1. 개요
1. 개요
피처 스토어 시스템은 머신러닝 파이프라인에서 피처를 중앙 집중식으로 저장, 관리, 제공하는 데이터 인프라 구성 요소이다. 이는 피처 엔지니어링 과정에서 생성된 데이터를 체계적으로 관리하여 모델 학습과 추론 단계에서 일관되고 효율적으로 재사용할 수 있도록 설계되었다. 전통적인 머신러닝 시스템에서는 피처 계산 코드가 분산되어 중복되거나, 학습과 서빙 환경 간의 불일치로 인해 프로덕션에서 모델 성능이 저하되는 문제가 빈번했다. 피처 스토어는 이러한 문제를 해결하기 위해 등장한 핵심 개념이다.
피처 스토어의 주요 목적은 피처의 생명주기를 관리하는 것이다. 이는 피처 정의, 계산, 저장, 검색, 제공, 모니터링에 이르는 전 과정을 포함한다. 이를 통해 데이터 과학자와 엔지니어는 이미 생성된 피처를 쉽게 발견하고 재사용할 수 있으며, 학습과 서빙 시 동일한 피처 값을 보장받을 수 있다. 결과적으로 모델 개발 속도를 높이고, 서빙 시스템의 복잡성을 줄이며, 데이터 일관성과 모델 성능을 유지하는 데 기여한다.
피처 스토어는 일반적으로 두 가지 핵심 저장소를 갖춘다. 하나는 대규모 히스토리컬 데이터를 저장하여 모델 학습에 사용되는 오프라인 스토어이며, 다른 하나는 실시간 추론을 위해 저지연으로 피처를 제공하는 온라인 스토어이다. 이 이중 구조는 배치 학습과 실시간 추론이라는 서로 다른 요구사항을 동시에 만족시키는 데 필수적이다. 또한 피처 스토어는 메타데이터 저장소를 통해 피처의 정의, 출처, 사용 현황 등을 관리하여 데이터 거버넌스와 협업을 지원한다.
주요 해결 과제 | 피처 스토어의 역할 |
|---|---|
학습/서빙 스큐 | 온라인과 오프라인 스토어를 통해 일관된 피처 값 제공 |
피처 재사용성 저하 | 중앙 집중식 저장소와 카탈로그를 통한 피처 탐색 및 공유 |
운영 복잡성 | 피처 계산 파이프라인의 자동화와 표준화 |
데이터 품질 관리 | 피처 라인지 추적 및 모니터링 기능 제공 |
이러한 체계적인 접근 방식은 MLOps 실천법의 핵심 요소로 자리 잡으며, 기업이 머신러닝 모델을 안정적으로 운영하고 확장하는 데 기반이 된다.
2. 피처 스토어의 핵심 개념
2. 피처 스토어의 핵심 개념
피처 스토어 시스템의 핵심 개념은 피처의 효율적인 생애주기 관리와 이를 지원하는 이중 스토어 구조, 그리고 실시간 피처 서빙으로 요약된다.
피처는 머신러닝 모델이 학습하거나 예측을 수행하는 데 사용되는 입력 데이터를 의미한다. 이는 데이터의 원시 형태가 아닌, 모델이 직접 활용할 수 있도록 가공된 형태이다. 피처는 일반적으로 이름, 데이터 타입, 값으로 구성되며, 재사용성과 일관성이 매우 중요하다. 동일한 피처는 모델 학습(오프라인)과 실시간 예측(온라인) 시나리오 모두에서 동일한 계산 로직에 의해 생성되어야 모델의 성능을 보장할 수 있다[1].
피처 스토어는 일반적으로 온라인 스토어와 오프라인 스토어라는 두 가지 저장소를 결합하여 운영된다. 오프라인 스토어(예: Apache Hive, Snowflake, BigQuery)는 대량의 역사적 데이터를 저장하여 모델 학습과 배치 예측에 사용된다. 반면 온라인 스토어(예: Redis, DynamoDB, Cassandra)는 짧은 지연 시간으로 실시간 예측 요청에 필요한 최신 피처 값을 제공하도록 최적화되어 있다. 이 아키텍처는 하나의 피처 정의로부터 두 환경에 모두 적합한 데이터를 동기화함으로써 시스템의 복잡성을 줄인다.
피처 서빙은 훈련된 모델에 실시간으로 피처를 공급하는 과정을 말한다. 피처 스토어는 모델 서버가 API를 통해 온라인 스토어에서 필요한 피처를 저지연으로 조회할 수 있는 인터페이스를 제공한다. 이는 모델 서버 내에 피처 계산 로직을 중복 구현하거나, 운영 데이터베이스에 직접 쿼리하는 전통적인 방식의 문제점을 해결한다. 결과적으로 모델 배포 속도가 향상되고, 서빙 인프라의 일관성과 안정성이 높아진다.
2.1. 피처의 정의와 특성
2.1. 피처의 정의와 특성
피처는 머신 러닝 모델이 학습이나 추론을 수행할 때 사용하는 입력 데이터의 단위이다. 원시 데이터를 분석에 적합한 형태로 변환한 숫자, 범주, 벡터 등의 값을 의미한다. 예를 들어, 고객의 '최근 30일 구매 금액 합계'나 제품의 '주간 평균 조회수' 등이 피처에 해당한다. 피처는 모델의 성능을 직접적으로 결정하는 핵심 요소이며, 데이터 과학 프로젝트에서 피처 엔지니어링 작업의 결과물이다.
피처는 일반적으로 다음과 같은 주요 특성을 가진다.
특성 | 설명 |
|---|---|
재사용성 | 한 번 정의되고 계산된 피처는 여러 머신 러닝 모델에서 공유되어 사용된다. 이는 일관성을 보장하고 작업의 중복을 줄인다. |
일관성 | 모델의 학습(오프라인) 단계와 서비스(온라인) 단계에서 동일한 로직으로 계산되어 동일한 값을 제공해야 한다. 이 특성이 지켜지지 않으면 모델 성능이 현저히 저하된다. |
시계열성 | 많은 피처는 특정 시점의 스냅샷을 나타낸다. 예를 들어 '고객의 지난달 결제 횟수'는 계산 기준 시점에 따라 값이 변한다. 따라서 피처 값은 항상 타임스탬프와 함께 저장되고 관리되어야 한다. |
메타데이터 | 피처는 이름, 데이터 타입, 설명, 소유자, 생성 일자 등의 메타데이터를 갖는다. 이는 피처의 탐색, 이해, 관리에 필수적이다. |
이러한 특성으로 인해 피처는 단순한 데이터 열이 아니라, 생명주기와 버전 관리가 필요한 독립적인 자산으로 취급된다. 피처 스토어 시스템은 바로 이러한 피처 자산을 체계적으로 저장, 관리, 서빙하기 위한 플랫폼 역할을 한다.
2.2. 온라인/오프라인 스토어
2.2. 온라인/오프라인 스토어
피처 스토어는 일반적으로 온라인 스토어와 오프라인 스토어라는 두 가지 유형의 저장소를 구분하여 운영한다. 이는 각각 다른 사용 사례와 요구되는 성능 특성에 대응하기 위한 설계이다. 온라인 스토어는 실시간 예측을 위해 낮은 지연 시간으로 피처를 제공하는 데 최적화되어 있으며, 오프라인 스토어는 모델 학습과 배치 분석을 위해 대량의 피처를 효율적으로 저장하고 조회하는 데 초점을 맞춘다.
온라인 스토어는 키-값 저장소나 인메모리 데이터베이스와 같은 저지연 데이터베이스를 활용한다. 예를 들어 Redis, Cassandra, DynamoDB 등이 일반적으로 사용된다. 이 저장소는 실시간 서비스 중인 머신러닝 모델에 수 밀리초 내에 피처 값을 전달해야 한다. 주로 최근의 피처 스냅샷이나 실시간으로 계산된 피처를 저장하며, 저장 용량은 제한적일 수 있다.
오프라인 스토어는 데이터 웨어하우스나 분산 파일 시스템을 기반으로 구축된다. Apache Hive, Snowflake, Amazon S3, HDFS 등이 대표적이다. 이 저장소는 수일 또는 수년에 걸친 방대한 양의 히스토리 데이터를 저장하여 모델 학습용 데이터셋을 생성하거나 배치 예측 작업에 사용된다. 처리량과 저장 비용 효율성이 중요하며, 지연 시간은 상대적으로 덜 민감한 요구사항이다.
두 스토어 간의 데이터 일관성을 유지하는 것은 중요한 과제이다. 이를 위해 피처 스토어 시스템은 일반적으로 오프라인 스토어를 '진실의 원천'으로 간주하고, 정기적인 배치 작업이나 스트리밍 파이프라인을 통해 계산된 피처를 온라인 스토어에 동기화하는 방식을 사용한다. 이 아키텍처는 모델 개발(오프라인)과 모델 서빙(온라인) 사이에 발생할 수 있는 훈련-서빙 스큐를 줄이는 데 기여한다.
2.3. 피처 서빙
2.3. 피처 서빙
피처 서빙은 피처 스토어 시스템이 추론 단계에서 실시간으로 필요한 피처 값을 저지연으로 제공하는 기능이다. 학습된 머신 러닝 모델이 예측을 수행할 때는 학습 시와 동일한 피처 집합이 입력되어야 한다. 피처 서빙은 이러한 예측 요청이 들어왔을 때, 사전에 정의된 피처 정의를 기반으로 최신의 피처 값을 계산하거나 조회하여 모델에 공급하는 과정을 담당한다.
주요 서빙 방식은 사용 사례의 지연 시간 요구사항에 따라 달라진다. 배치 추론의 경우 일반적으로 오프라인 스토어에서 대량의 피처 값을 일괄 조회한다. 반면, 온라인 추론이나 실시간 추론이 필요한 경우에는 온라인 스토어에서 개별 요청에 대한 피처 값을 초단위 또는 밀리초 단위로 조회한다. 일부 시스템은 두 스토어를 연동하여, 오프라인 스토어에서 주기적으로 계산된 피처를 온라인 스토어에 동기화하는 방식을 사용한다.
피처 서빙의 기술적 구현은 일반적으로 API 게이트웨이 또는 전용 서빙 서비스를 통해 이루어진다. 이 서비스는 피처 이름이나 엔티티 키(예: 사용자 ID, 상품 ID)를 입력받아, 해당하는 피처 값을 온라인 스토어에서 즉시 조회하거나 필요 시 온더플라이(on-the-fly) 변환을 수행하여 반환한다. 이를 통해 애플리케이션 개발자는 복잡한 피처 파이프라인 로직을 직접 구현하지 않고도 일관된 인터페이스로 피처를 활용할 수 있다.
효율적인 피처 서빙을 위해서는 낮은 지연 시간과 높은 가용성이 보장되어야 한다. 따라서 온라인 스토어는 Redis나 Cassandra와 같은 저지연 키-값 저장소가 자주 사용된다. 또한, 서빙되는 피처의 신선도와 정확도를 보장하기 위해 데이터 품질 모니터링과 피처 값의 버전 관리가 병행되어야 한다.
3. 피처 스토어의 주요 기능
3. 피처 스토어의 주요 기능
피처 스토어는 머신러닝 파이프라인에서 생성되고 사용되는 피처를 효율적으로 관리하고 제공하기 위한 여러 핵심 기능을 제공한다. 이러한 기능들은 데이터 과학자와 엔지니어가 모델 개발과 운영에 집중할 수 있도록 지원하며, 피처의 일관성, 재현성, 그리고 품질을 보장하는 데 중점을 둔다.
첫 번째 핵심 기능은 피처 저장 및 관리이다. 피처 스토어는 피처를 체계적으로 저장하고 버전 관리하며, 메타데이터와 함께 관리한다. 이는 동일한 피처 정의를 사용하여 과거의 특정 시점의 데이터를 정확히 재생산할 수 있도록 보장한다. 일반적으로 오프라인 스토어에는 피처의 전체 히스토리와 대규모 배치 데이터가 저장되어 모델 학습에 사용되고, 온라인 스토어에는 저지연 서빙을 위해 최신 피처 값이 캐싱된다. 관리 기능에는 피처의 생성자, 생성 시점, 사용된 데이터 소스, 스키마 정보 등이 포함된다.
두 번째 기능은 피처 탐색 및 검색이다. 조직 내에서 누가 어떤 피처를 만들었는지, 어떤 모델에 사용되었는지를 쉽게 찾고 이해할 수 있도록 카탈로그와 검색 인터페이스를 제공한다. 이는 피처의 재사용성을 높이고 중복 생성을 방지하며, 협업을 촉진한다. 데이터 과학자는 사전 정의된 피처를 검색하여 자신의 모델에 바로 적용할 수 있다.
기능 영역 | 주요 제공 사항 | 목적 |
|---|---|---|
피처 계산 및 변환 | 배치/스트리밍 파이프라인 통합, 피처 변환 로직 실행 | 원시 데이터를 모델이 사용 가능한 피처 값으로 변환 |
모니터링 및 거버넌스 | 데이터 드리프트 감지, 피처 통계 및 품질 모니터링, 접근 제어 | 피처 서빙의 안정성과 보안을 유지 |
마지막으로, 모니터링 및 거버넌스 기능은 운영 단계에서 중요하다. 피처 스토어는 피처 값의 분포 변화(데이터 드리프트)를 감지하고, 피처 서빙의 지연 시간이나 가용성을 모니터링한다. 또한, 민감한 데이터가 포함된 피처에 대한 접근 권한을 관리하여 데이터 보안과 규정 준수 요구사항을 충족시킨다.
3.1. 피처 저장 및 관리
3.1. 피처 저장 및 관리
피처 저장 및 관리 기능은 피처 스토어가 피처의 생명주기를 체계적으로 다루는 핵심 역할을 담당한다. 이 기능은 단순한 저장을 넘어, 피처의 버전 관리, 메타데이터 관리, 접근 제어, 그리고 데이터 일관성 유지를 포함한다. 피처는 일반적으로 오프라인 스토어와 온라인 스토어라는 두 가지 목적에 맞춘 저장소에 동기화되어 저장된다.
오프라인 스토어는 데이터 웨어하우스나 데이터 레이크와 같은 대규모 저장 시스템을 활용하여, 모델 학습과 배치 추론에 필요한 방대한 양의 역사적 피처 데이터를 보관한다. 여기서는 Apache Hive, Snowflake, Amazon S3와 같은 기술이 일반적으로 사용된다. 반면, 온라인 스토어는 Redis, Cassandra, DynamoDB와 같은 저지연 키-값 저장소를 사용하여, 실시간 서비스가 요구하는 최신 피처 값을 초단위 내로 제공한다. 피처 스토어 시스템은 이 두 저장소 간의 자동 동기화를 관리하여 데이터의 일관성을 보장한다.
관리 측면에서는 피처에 대한 메타데이터를 체계적으로 기록한다. 이는 피처의 이름, 데이터 타입, 생성 소스, 소유자, 통계적 특성(평균, 표준편차 등), 그리고 사용된 피처 변환 로직에 대한 정보를 포함한다. 또한, 피처의 변경 이력을 추적하는 버전 관리를 지원하여, 모델 성능에 영향을 미친 특정 버전의 피처를 정확히 재현하거나 롤백할 수 있게 한다. 접근 제어 정책을 통해 데이터 보안과 규정 준수 요구사항을 충족시킨다.
3.2. 피처 탐색 및 검색
3.2. 피처 탐색 및 검색
피처 탐색 및 검색 기능은 피처 스토어 시스템이 단순한 저장소를 넘어 조직의 데이터 자산을 효과적으로 활용할 수 있게 하는 핵심 요소이다. 이 기능은 데이터 과학자와 머신러닝 엔지니어가 필요한 피처를 빠르게 찾고, 그 특성과 사용 내역을 이해하며, 재사용할 수 있도록 지원한다.
효과적인 피처 탐색을 위해 피처 스토어는 일반적으로 메타데이터 관리 시스템을 포함한다. 이 메타데이터는 피처의 이름, 설명, 데이터 타입, 생성 주체, 생성 일자, 관련 피처 그룹 또는 피처 뷰 정보를 담는다. 사용자는 웹 기반 UI나 API를 통해 키워드 검색, 태그 필터링, 데이터 소스별 탐색 등을 수행하여 원하는 피처를 찾을 수 있다. 일부 시스템은 데이터 계보를 제공하여 특정 피처가 어떤 원본 데이터에서 파생되었고, 어떤 피처 파이프라인을 거쳐 생성되었는지를 추적할 수 있게 한다.
피처 검색의 중요한 측면은 피처의 품질과 사용성에 대한 정보를 제공하는 것이다. 탐색 인터페이스는 각 피처의 통계적 요약(예: 평균, 표준편차, 결측치 비율), 최근 샘플 데이터 미리보기, 그리고 해당 피처를 사용한 머신러닝 모델의 성능 기록을 함께 표시할 수 있다. 이는 사용자가 피처를 선택하기 전에 그 유용성을 판단하는 데 도움을 준다. 또한, 피처의 사용 빈도, 최근 접근 시간, 주요 사용자 등의 정보는 팀 내에서 검증되고 신뢰할 수 있는 피처를 식별하는 데 활용된다.
탐색/검색 요소 | 설명 |
|---|---|
메타데이터 검색 | 피처 이름, 설명, 태그 등을 기반으로 한 키워드 검색 |
데이터 계보 | 피처의 원본 데이터 소스부터 서빙까지의 변환 이력 추적 |
통계 정보 | 데이터 분포, 결측치 현황 등 피처 품질 지표 제공 |
사용 내역 | 어떤 모델이 해당 피처를 사용했는지에 대한 정보 |
이러한 체계적인 탐색 및 검색 기능은 조직 내 피처의 재사용성을 극대화하고, 중복 계산을 방지하며, 머신러닝 프로젝트의 개발 속도를 가속화한다. 결과적으로 데이터 팀 간의 협업 효율을 높이고 MLOps 생태계의 성숙도를 향상시키는 데 기여한다.
3.3. 피처 계산 및 변환
3.3. 피처 계산 및 변환
피처 계산 및 변환은 피처 스토어가 단순한 저장소를 넘어 데이터 파이프라인의 핵심 구성 요소로 작동하도록 하는 기능이다. 이는 원시 데이터를 머신러닝 모델이 활용 가능한 형태의 피처로 가공하는 과정을 체계화하고 자동화한다.
계산은 일반적으로 피처 정의에 명시된 로직에 따라 수행된다. 이 로직은 SQL 쿼리, 파이썬 또는 스칼라 함수, 혹은 특정 도메인 언어(DSL)로 작성된다. 피처 스토어는 이러한 계산 로직을 저장하고, 지정된 스케줄(배치) 또는 실시간 이벤트 발생 시(스트리밍)에 따라 실행 엔진(예: Apache Spark, Flink, 데이터 웨어하우스의 SQL 엔진)에 작업을 전달한다. 변환 작업에는 수치형 데이터의 정규화 또는 표준화, 범주형 데이터의 원-핫 인코딩, 텍스트 데이터의 임베딩 생성, 시간 윈도우 기반의 집계(예: 지난 7일간의 구매 금액 합계) 등이 포함된다.
계산 및 변환의 일관성과 효율성을 보장하기 위해 피처 스토어는 몇 가지 주요 패턴을 제공한다. 첫째, 피처 재사용을 통해 동일한 계산 로직이 여러 팀과 프로젝트에서 중복 없이 공유된다. 둘째, 점진적 계산을 지원하여 대규모 배치 작업의 비용을 줄인다[2]. 셋째, 오프라인(훈련용)과 온라인(추론용) 피처를 동일한 코드 베이스로 생성하여 훈련-서비스 편향을 방지한다. 이 과정에서 피처의 버전 관리가 함께 이루어져, 계산 로직이나 입력 데이터의 변화에 따른 피처 변화를 추적할 수 있다.
3.4. 모니터링 및 거버넌스
3.4. 모니터링 및 거버넌스
피처 스토어의 모니터링은 시스템의 건강 상태와 데이터 품질을 지속적으로 확인하는 과정이다. 주요 모니터링 대상에는 피처 계산 파이프라인의 성능, 피처 서빙 지연 시간, 온라인 스토어의 가용성, 그리고 데이터 신선도(예: 피처가 마지막으로 계산된 시점)가 포함된다. 이상 징후(예: 파이프라인 실패, 데이터 유실, 예상치 못한 피처 값 분포)를 조기에 감지하여 머신러닝 모델의 성능 저하를 방지하는 것이 핵심 목표이다. 이를 위해 지표 대시보드와 자동화된 경고 시스템이 구축된다.
거버넌스는 피처의 생명주기와 사용을 체계적으로 관리하는 프레임워크를 의미한다. 여기에는 피처 정의의 표준화, 메타데이터 관리(소유자, 설명, 데이터 계보), 접근 제어 및 보안 정책 수립이 포함된다. 효과적인 거버넌스는 조직 내에서 피처의 발견성과 재사용성을 높이고, 데이터 일관성과 규정 준수를 보장한다.
모니터링과 거버넌스는 상호 보완적이다. 모니터링을 통해 수집된 운영 데이터(예: 특정 피처의 사용 빈도)는 거버넌스 결정(예: 사용되지 않는 피처의 정리)에 중요한 입력이 된다. 반대로, 거버넌스 정책(예: 데이터 보존 기간)은 모니터링해야 할 지표와 기준을 정의하는 데 기여한다. 이 두 기능을 통합하여 관리함으로써 피처 스토어는 신뢰할 수 있고 효율적인 MLOps 인프라의 핵심 요소로 자리 잡게 된다.
4. 피처 스토어의 아키텍처
4. 피처 스토어의 아키텍처
피처 스토어의 아키텍처는 일반적으로 온라인/오프라인 스토어를 지원하는 이중 저장소 구조를 중심으로 설계된다. 핵심 구성 요소로는 피처를 정의하고 관리하는 피처 레지스트리, 대규모 배치 데이터를 저장하는 오프라인 스토어, 낮은 지연 시간으로 실시간 예측에 피처를 제공하는 온라인 스토어, 그리고 피처를 변환하고 계산하는 피처 파이프라인이 있다. 이러한 구성 요소들은 통합된 메타데이터 계층을 통해 연결되어 피처의 정의, 출처, 통계 정보 등을 중앙에서 관리한다.
데이터 흐름은 일반적으로 두 가지 경로를 따른다. 첫째, 오프라인 피처 생성 경로다. 원본 데이터는 배치 ETL 또는 스트리밍 파이프라인을 통해 피처로 변환된 후, 오프라인 스토어(예: Apache Hive, Snowflake, Amazon S3)에 저장되어 모델 학습과 배치 추론에 사용된다. 둘째, 온라인 피처 서빙 경로다. 오프라인 스토어에 계산된 피처는 주기적으로 또는 실시간으로 온라인 스토어(예: Redis, Cassandra, DynamoDB)에 동기화된다. 추론 시점에는 애플리케이션이 온라인 스토어에 직접 쿼리를 보내 밀리초 단위로 최신 피처 값을 조회한다.
아키텍처 패턴은 구현체에 따라 다르지만, 일반적인 구성 요소와 데이터 흐름은 다음 표와 같이 정리할 수 있다.
구성 요소 | 주요 역할 | 예시 기술 |
|---|---|---|
피처 레지스트리/메타데이터 저장소 | 피처 정의, 계보, 통계 정보 저장 | 파일 시스템, 데이터베이스 |
오프라인 스토어 | 히스토리 데이터 저장, 모델 학습용 데이터 제공 | |
온라인 스토어 | 실시간 서빙을 위한 저지연 키-값 저장소 | |
변환 엔진/파이프라인 | 피처 계산, 오프라인/온라인 스토어 동기화 | Apache Spark, Apache Flink, 사용자 정의 코드 |
서빙 API | 온라인 스토어에 대한 표준화된 조회 인터페이스 제공 | gRPC, REST API |
이러한 아키텍처는 데이터의 일관성을 유지하면서도 모델 학습과 실시간 추론이라는 상이한 요구사항을 동시에 충족시킨다. 또한, 피처의 재사용성을 높이고 데이터 스큐를 방지하는 데 기여한다.
4.1. 주요 구성 요소
4.1. 주요 구성 요소
피처 스토어 시스템의 아키텍처는 일반적으로 데이터 저장, 계산, 서빙, 메타데이터 관리 등 핵심 기능을 담당하는 여러 구성 요소로 이루어집니다.
주요 구성 요소는 다음과 같습니다.
구성 요소 | 주요 역할 |
|---|---|
모델 학습에 사용되는 대량의 역사적 피처 데이터를 저장합니다. Apache Hive, Snowflake, Amazon S3와 같은 데이터 웨어하우스 또는 데이터 레이크가 일반적으로 사용됩니다. | |
실시간 예측을 위해 낮은 지연 시간으로 피처를 제공합니다. Redis, Cassandra, DynamoDB와 같은 키-값 저장소나 SQL 데이터베이스가 사용됩니다. | |
피처 레지스트리(메타데이터 저장소) | 피처 정의, 데이터 소스, 변환 로직, 스키마, 라이프사이클 정보 등의 메타데이터를 중앙에서 관리합니다. PostgreSQL이나 MySQL 같은 관계형 데이터베이스가 자주 활용됩니다. |
피처 서빙 API | 학습된 모델이나 애플리케이션이 필요한 피처를 온라인 스토어나 오프라인 스토어에서 조회할 수 있도록 표준화된 인터페이스를 제공합니다. |
변환 엔진/피처 파이프라인 | 원시 데이터를 정의된 피처로 변환하고 계산하는 작업을 수행합니다. Apache Spark, Flink와 같은 배치 또는 스트리밍 처리 엔진이 통합되거나, 피처 스토어 자체의 변환 라이브러리를 포함합니다. |
이러한 구성 요소들은 서로 긴밀하게 연동되어 작동합니다. 예를 들어, 피처 레지스트리에 정의된 피처는 변환 엔진에 의해 주기적으로 또는 실시간으로 계산되어 오프라인 스토어와 온라인 스토어에 각각 적재됩니다. 이후 애플리케이션은 피처 서빙 API를 통해 온라인 스토어에서 실시간 피처를, 또는 오프라인 스토어에서 학습용 데이터를 검색합니다. 이러한 분리된 아키텍처는 데이터 일관성과 서빙 성능을 보장하는 핵심입니다.
4.2. 데이터 흐름
4.2. 데이터 흐름
피처 스토어 시스템의 데이터 흐름은 일반적으로 오프라인 스토어와 온라인 스토어라는 두 가지 저장소를 중심으로 구성되며, 피처 파이프라인을 통해 데이터가 생성, 변환, 이동, 서빙되는 과정을 포함한다.
일반적인 흐름은 배치 처리와 실시간 처리로 구분된다. 배치 처리 흐름에서는 주기적으로 대량의 원시 데이터(예: 데이터 웨어하우스나 데이터 레이크에 저장된 데이터)를 읽어와 피처 계산 및 변환 과정을 거쳐 새로운 피처를 생성한다. 이렇게 계산된 피처는 주로 오프라인 스토어에 저장되어 모델 학습이나 배치 예측에 사용된다. 동시에, 서빙을 위해 필요한 피처는 온라인 스토어로 동기화된다. 실시간 처리 흐름에서는 스트리밍 데이터를 소비하여 실시간으로 피처를 계산하고, 그 결과를 주로 온라인 스토어에 직접 기록한다. 이는 낮은 지연 시간의 예측 서비스에 필수적이다.
아래 표는 데이터 흐름의 주요 단계와 관련 구성 요소를 요약한 것이다.
단계 | 주요 입력 | 처리/저장 위치 | 주요 출력/목적 |
|---|---|---|---|
원시 데이터 수집 | 애플리케이션 로그, 트랜잭션 데이터, 센서 데이터 등 | 피처 계산을 위한 원재료 | |
피처 계산 (배치) | 오프라인 원시 데이터 | ||
피처 계산 (실시간) | 실시간 이벤트 스트림 | 스트림 처리 엔진 | |
오프라인-온라인 동기화 | 오프라인 스토어의 피처 | 피처 스토어 시스템 내부 작업 | 계산된 배치 피처를 온라인 스토어로 복제 |
피처 서빙 | 온라인 스토어의 피처, 실시간 계산 결과 | 피처 서빙 API | 모델 추론 서비스에 저지연 제공 |
모델 학습 | 오프라인 스토어의 피처 | 모델 학습 프레임워크 | 역사적 피처를 사용한 모델 훈련 |
이러한 흐름을 통해 피처 스토어는 피처 저장 및 관리의 일관성을 보장한다. 즉, 모델 학습 시 사용한 역사적 피처와 실시간 예측 시 제공되는 피처가 동일한 로직으로 생성되어 훈련-서빙 스큐를 줄인다. 또한, 피처 탐색 및 검색 기능은 이 흐름의 각 단계에서 생성된 피처에 대한 메타데이터를 관리하여 데이터 과학자와 엔지니어가 필요한 피처를 쉽게 찾고 재사용할 수 있게 한다.
5. 주요 오픈소스 및 상용 솔루션
5. 주요 오픈소스 및 상용 솔루션
피처 스토어 생태계에는 여러 오픈소스 프로젝트와 상용 서비스가 존재한다. 각 솔루션은 설계 철학, 지원하는 데이터 인프라, 그리고 제공하는 기능 세트에 차이가 있다. 가장 널리 알려진 솔루션들로는 Feast, Hopsworks, Tecton 등이 있다.
Feast는 LF AI & Data Foundation의 산하 프로젝트로, 가장 영향력 있는 오픈소스 피처 스토어 중 하나이다. 핵심 설계 원칙은 피처 정의를 데이터 소스 및 스토리지 시스템과 분리하는 것이다. 이를 통해 사용자는 동일한 피처 정의를 사용하여 배치 처리와 실시간 서빙을 모두 지원할 수 있다. Feast는 GCP, AWS, Azure 등 주요 클라우드 플랫폼과의 통합을 강조하며, Spark와 Snowflake 같은 빅데이터 처리 엔진과도 연동된다.
Hopsworks는 피처 스토어를 중심으로 한 통합 머신러닝 플랫폼을 제공한다. 오픈소스 버전과 상용 엔터프라이즈 버전을 모두 갖추고 있다. Hopsworks의 피처 스토어는 내장된 피처 파이프라인 오케스트레이션, 실험 추적, 모델 서빙 기능과 긴밀하게 통합되어 있다. 주로 온프레미스 또는 단일 클라우드 벤더에 종속되지 않는 하이브리드 환경 배포에 적합한 아키텍처를 지닌다.
Tecton은 완전 관리형 상용 서비스로, 데이터 팀의 운영 부담을 크게 줄이는 데 초점을 맞춘다. 사용자가 피처 로직만 정의하면, Tecton이 자동으로 피처 파이프라인을 구축, 운영, 모니터링하며 실시간, 배치, 스트리밍 데이터 소스를 통합한다. 강력한 SLA(서비스 수준 계약)와 엔터프라이즈급 보안, 거버넌스 기능을 제공하는 것이 특징이다.
다른 주목할 만한 솔루션으로는 다음과 같은 것들이 있다.
솔루션 | 유형 | 주요 특징 |
|---|---|---|
상용 (AWS) | Amazon SageMaker 및 AWS 서비스와 완전 통합, 관리형 서비스 | |
상용 (GCP) | Google Cloud Vertex AI 플랫폼 내 통합, BigQuery 지원 | |
상용/오픈소스 | Databricks Lakehouse 플랫폼과 통합, Unity Catalog 기반 | |
오픈소스 | 벤더 중립적 설계, 기존 데이터 웨어하우스나 스트리밍 시스템 위에 가상 레이어 구성 |
이러한 솔루션들은 기업의 데이터 인프라 현황, 엔지니어링 역량, 예산, 그리고 필요한 기능에 따라 적절히 선택된다.
5.1. Feast
5.1. Feast
Feast는 피처 스토어 시스템을 위한 오픈소스 프레임워크로, 머신러닝 피처의 저장, 관리, 서빙을 중앙화하는 데 주안점을 둔다. GCP, AWS, Azure 등 주요 클라우드 환경과 온프레미스 환경을 모두 지원하며, 쿠버네티스 기반의 배포를 권장한다. 핵심 설계 철학은 피처 정의를 코드(Feature Definitions as Code)로 관리하여 버전 제어, 협업, 재현성을 보장하는 것이다.
주요 구성 요소는 다음과 같다.
* 피처 저장소(Feature Store): 피처 메타데이터와 피처 데이터 자체를 저장하는 중앙 집중식 데이터베이스이다. 오프라인 스토어는 빅쿼리나 스노우플레이크 같은 데이터 웨어하우스를, 온라인 스토어는 레디스나 다이나모DB 같은 저지연 키-값 저장소를 사용한다.
* 피처 서빙(Feature Serving): 학습 시에는 오프라인 스토어에서 시간 순으로 일관된 피처 데이터를 제공하고, 추론 시에는 온라인 스토어에서 실시간으로 피처 값을 조회하여 모델에 전달한다.
* 파이썬 SDK 및 CLI: 사용자가 피처를 정의하고, 저장소를 등록하며, 데이터를 수집(materialize)하고, 피처를 검색하는 데 사용하는 도구이다.
Feast는 스파크나 에이펙스를 이용한 대규모 배치 피처 계산 파이프라인과 통합되도록 설계되었다. 피처 정의는 피처 이름, 엔티티, 데이터 소스, 변환 로직 등을 포함하며, 이 정의를 기준으로 시스템이 자동으로 오프라인과 온라인 스토어에 데이터를 동기화한다. 이를 통해 학습/서빙 간의 피처 스큐를 방지하고, 여러 팀과 프로젝트 간 피처 재사용을 촉진한다.
장점 | 고려사항 |
|---|---|
오픈소스로 자유로운 사용과 커스터마이징 가능 | 자체적으로 운영 인프라를 구축하고 관리해야 함 |
주요 클라우드 서비스와의 네이티브 통합 지원 | 대규모 실시간 피처 서빙보다는 배치 중심의 사용 사례에 더 적합한 편[3] |
피처 정의의 코드 기반 관리로 재현성 확보 | |
활발한 커뮤니티와 지속적인 개발 진행 |
5.2. Hopsworks
5.2. Hopsworks
Hopsworks는 피처 스토어 기능을 포함한 통합 머신러닝 플랫폼이다. 단순한 피처 저장소를 넘어 데이터 처리, 모델 학습, 배포, 모니터링까지의 전체 MLOps 라이프사이클을 지원하는 것이 주요 특징이다. 핵심 구성 요소로는 피처 스토어, 피처 파이프라인 오케스트레이션 도구, Jupyter 노트북 서버, 모델 레지스트리, 모델 서빙 인프라 등이 포함된다.
이 플랫폼은 Apache Spark와 Apache Flink를 기반으로 한 분산 처리 엔진을 활용하여 대규모 데이터에 대한 피처 엔지니어링과 계산을 수행한다. 피처 스토어는 온라인 스토어와 오프라인 스토어를 모두 제공하며, 피처 서빙을 위한 저지연 API를 지원한다. 모든 자원은 프로젝트 단위로 격리되어 관리되어 협업과 데이터 접근 제어가 용이하다.
주요 장점은 엔드투엔드 워크플로우를 단일 플랫폼에서 관리할 수 있다는 점이다. 데이터 과학자는 동일한 환경에서 데이터 탐색, 피처 개발, 모델 실험을 진행하고, 결과물을 프로덕션 피처 파이프라인과 모델로 바로 전환할 수 있다. 또한 통합된 UI를 통해 피처 라인지, 데이터셋, 모델의 버전과 성능을 추적하고 모니터링할 수 있다.
Hopsworks는 주로 자체 데이터 센터나 퍼블릭 클라우드에 설치되는 엔터프라이즈급 솔루션으로 제공된다. 오픈소스 커뮤니티 에디션과 상용 엔터프라이즈 에디션을 모두 사용할 수 있으며, AWS, GCP, Azure 등 주요 클라우드 환경에서 운영된다.
5.3. Tecton
5.3. Tecton
Tecton은 기업용 피처 스토어 플랫폼으로, 머신러닝 피처의 수명 주기 관리를 완전히 자동화하는 것을 목표로 하는 상용 서비스이다. 이 플랫폼은 데이터 웨어하우스나 데이터 레이크에 저장된 원시 데이터를 변환하여 실시간 피처 서빙과 오프라인 학습용 피처를 생성하는 통합 환경을 제공한다. 사용자는 SQL이나 Python을 통해 피처를 정의하면, Tecton이 배치 처리, 스트림 처리, 실시간 변환을 자동으로 관리하여 일관된 피처 값을 보장한다.
Tecton 아키텍처의 핵심은 선언적 피처 정의와 자동화된 운영 인프라에 있다. 사용자는 피처의 소스 데이터, 변환 로직, 그리고 서빙 목적(온라인/오프라인)을 정의하기만 하면, 시스템이 스케줄링, 컴퓨팅, 모니터링, 서빙 인프라의 배포와 관리를 자동으로 처리한다. 이는 특히 실시간 피처 파이프라인의 복잡한 운영 부담을 크게 줄여준다. 또한 플랫폼은 피처 탐색 및 검색, 데이터 품질 모니터링, 접근 제어와 같은 거버넌스 기능을 내장하고 있다.
주요 기능과 특징은 다음과 같이 정리할 수 있다.
기능 영역 | 설명 |
|---|---|
피처 정의 | Python 데코레이터( |
실시간 피처 | 저지연 서빙을 위한 자동화된 스트림 처리 파이프라인 구축 |
통합 서빙 | 온라인(Redis, DynamoDB 등)과 오프라인(Snowflake, Databricks 등) 스토어에 대한 일관된 서빙 |
운영 자동화 | 배치/스트림 작업 오케스트레이션, 인프라 프로비저닝, 모니터링 자동화 |
엔터프라이즈 기능 | 피처 카탈로그, 데이터 혈통 추적, 역할 기반 접근 제어(RBAC) |
Tecton은 AWS, GCP, Azure와 같은 주요 클라우드 플랫폼에서 호스팅되는 완전 관리형 서비스로 제공된다. 이는 복잡한 인프라 관리 없이 엔터프라이즈급 규모와 안정성을 요구하는 조직에 적합하다. 주 사용 사례로는 실시간 추천 시스템, 사기 탐지, 개인화된 마케팅 등 저지연 예측이 중요한 머신러닝 모델의 운영화가 있다.
6. 도입 및 구현 고려사항
6. 도입 및 구현 고려사항
피처 스토어 도입은 조직의 머신러닝 운영(MLOps) 성숙도와 데이터 인프라에 큰 영향을 미치는 결정이다. 적합한 사용 사례를 명확히 식별하고, 솔루션 선택과 운영 계획을 수립하는 것이 중요하다.
피처 스토어는 특히 다음과 같은 상황에서 높은 효과를 발휘한다.
* 여러 머신러닝 모델이 동일한 피처를 재사용하는 경우
* 모델 훈련과 실시간 추론 간에 피처 일관성을 보장해야 하는 경우
* 피처 파이프라인이 복잡하고, 피처 계산 로직의 중앙 집중식 관리가 필요한 경우
* 데이터 과학자와 엔지니어 간 협업 효율성을 높이고, 피처의 발견 가능성과 재현성을 개선해야 하는 경우
솔루션 선택 시에는 기술적 요구사항과 조직적 요인을 종합적으로 평가해야 한다. 주요 고려 기준은 다음과 같다.
고려 요소 | 세부 내용 |
|---|---|
데이터 스택 통합 | 기존 데이터 웨어하우스(Snowflake, BigQuery 등), 데이터 레이크, 스트리밍 플랫폼(Apache Kafka, Apache Flink 등)과의 호환성 |
피처 서빙 성능 | 온라인 스토어의 지연 시간(latency)과 처리량(throughput)이 실시간 애플리케이션 요구사항을 충족하는지 |
운영 복잡도 | 관리형 클라우드 서비스인지, 오픈소스 도구를 자체 호스팅해야 하는지. 필요한 전문 지식 수준과 유지보수 부담 |
기능 범위 | 필요한 피처 변환 엔진, 모니터링, 데이터 거버넌스 기능을 제공하는지 |
운영 및 유지보수 측면에서는 피처 정의의 버전 관리, 피처 품질과 데이터 드리프트 모니터링, 접근 제어 및 사용량 추적을 위한 체계를 마련하는 것이 필수적이다. 또한 데이터 과학자, ML 엔지니어, 데이터 엔지니어를 포함한 관련 팀의 교육과 협업 프로세스 정립이 장기적인 성공을 좌우한다.
6.1. 적합한 사용 사례
6.1. 적합한 사용 사례
피처 스토어는 모든 머신러닝 시스템에 필요한 것은 아니며, 특정 규모와 복잡성 수준에서 그 가치가 두드러진다. 가장 적합한 사용 사례는 대규모의 실시간 예측을 수행하거나, 수많은 모델에서 동일한 피처를 재사용하며, 피처 파이프라인의 일관성과 품질 관리에 어려움을 겪는 조직이다. 예를 들어, 추천 시스템, 사기 탐지, 개인화 서비스, 실시간 신용 평가와 같이 낮은 지연 시간으로 많은 예측 요청을 처리해야 하는 애플리케이션에서 핵심 인프라로 작동한다.
반면, 소규모의 실험적 프로젝트, 배치 예측만으로 충분한 경우, 또는 피처 집합이 매우 단순하고 모델 간 재사용이 거의 없는 환경에서는 피처 스토어 도입의 오버헤드가 이점보다 클 수 있다. 또한, 온라인 서빙 인프라가 전혀 구축되어 있지 않다면, 피처 스토어와 함께 이를 구축하는 부담이 추가된다.
다음 표는 피처 스토어 도입이 특히 유용한 상황과 덜 적합한 상황을 비교한다.
적합한 사용 사례 | 덜 적합한 사용 사례 |
|---|---|
실시간(온라인) 예측이 필요한 서비스 | 오직 배치(오프라인) 예측만 수행 |
여러 팀과 모델이 공통 피처를 공유 및 재사용 | 고립된 단일 모델 프로젝트 |
피처 계산 로직의 일관성 유지가 어려움 | 피처 파이프라인이 단순하고 관리 용이 |
피처의 탐색 가능성과 문서화 필요 | 피처 카탈로그의 필요성이 낮음 |
훈련/서빙 스큐 문제를 해결해야 함 | 스큐가 발생하지 않거나 영향이 미미함 |
따라서 조직은 자신의 데이터와 MLOps 성숙도, 예측 요구사항을 평가한 후 피처 스토어의 도입 여부와 시기를 결정해야 한다. 일반적으로 모델이 프로덕션 환경에 다수 배포되고, 피처 엔지니어링의 복잡성이 증가하는 시점이 검토하기 적절한 시기이다.
6.2. 선택 기준
6.2. 선택 기준
피처 스토어 솔루션을 선택할 때는 조직의 기술 스택, 데이터 규모, 팀의 전문성, 그리고 비즈니스 요구사항을 종합적으로 고려해야 한다. 주요 선택 기준은 크게 기술적 요구사항, 운영 및 비용, 그리고 생태계 통합성으로 나눌 수 있다.
기술적 요구사항 측면에서는 먼저 지원하는 데이터 저장소와 피처 서빙 엔진을 확인해야 한다. 기존에 사용 중인 데이터 웨어하우스(예: Snowflake, BigQuery, Redshift)나 데이터 레이크(예: Amazon S3, HDFS)와의 호환성이 중요하다. 또한, 실시간 애플리케이션을 위한 저지연 온라인 스토어(예: Redis, Cassandra) 지원 여부와 필요한 피처 변환(일괄 처리, 스트리밍) 기능을 제공하는지 평가해야 한다. 시스템의 확장성과 처리량 한계도 고려 대상이다.
운영 및 비용 측면에서는 솔루션의 관리 복잡도와 학습 곡선을 살펴본다. 완전 관리형(Managed) 서비스인지, 아니면 자체 호스팅이 필요한지에 따라 운영 부담과 인프라 비용이 크게 달라진다. 또한, 피처 탐색, 피처 계보, 데이터 품질 모니터링과 같은 거버넌스 기능이 내장되어 있는지 확인하는 것이 중요하다. 이러한 기능은 장기적인 유지보수 비용을 줄이는 데 기여한다.
선택 기준 | 고려 사항 | 예시 |
|---|---|---|
기술 스택 통합 | 기존 데이터 인프라, ML 프레임워크, 서빙 플랫폼과의 호환성 | Spark, Kubernetes, TensorFlow 확장 지원 |
데이터 처리 패턴 | 일괄, 실시간, 혼합(하이브리드) 처리 지원 여부 | 과거 데이터 재계산, 스트리밍 피처 파이프라인 |
운영 모델 | 클라우드 서비스(PaaS/SaaS) vs. 오픈소스 자체 관리 | |
성능 및 확장성 | 피처 조회 지연 시간, 초당 쿼리 처리량, 데이터 용량 한계 | 온라인 서빙 p99 레이턴시, 피처 그룹 크기 |
거버넌스 기능 | 피처 검색, 접근 제어, 데이터 품질 모니터링 | 피처 카탈로그, 자동 데이터 드리프트 감지 |
마지막으로 생태계 통합성을 평가해야 한다. 선택한 피처 스토어가 조직 내에서 사용 중인 머신러닝 플랫폼(예: MLflow, Kubeflow), 모델 서빙 프레임워크, 그리고 CI/CD 파이프라인과 원활하게 연동되는지가 핵심이다. 활발한 커뮤니티를 가진 오픈소스 프로젝트는 장기적인 발전 가능성과 문제 해결 지원 측면에서 유리하다. 최종 결정은 기술적 타당성, 총소유비용(TCO), 그리고 비즈니스 가치 창출 속도 간의 균형을 통해 이루어진다.
6.3. 운영 및 유지보수
6.3. 운영 및 유지보수
피처 스토어 시스템의 운영 및 유지보수는 장기적인 안정성과 신뢰성을 보장하는 핵심 활동이다. 효과적인 운영을 위해서는 데이터 파이프라인의 지속적인 모니터링, 피처 정의의 버전 관리, 그리고 시스템 성능 최적화가 필수적이다. 운영 팀은 피처 계산 작업의 성공/실패 여부, 데이터 신선도, 서빙 지연 시간 등의 지표를 실시간으로 추적해야 한다. 또한, 저장된 피처 데이터의 품질 검증과 이상치 탐지를 정기적으로 수행하여 머신러닝 모델의 성능 저하를 사전에 방지한다.
유지보수 측면에서는 피처 정의의 변경과 확장을 체계적으로 관리해야 한다. 새로운 피처가 추가되거나 기존 피처의 계산 로직이 변경될 때는 하위 호환성을 고려하여 점진적인 롤아웃 전략을 수립한다. 이를 통해 기존 모델 서비스에 영향을 주지 않도록 한다. 데이터 저장 비용을 관리하기 위해 사용 빈도가 낮은 오래된 피처 데이터에 대한 보관 정책이나 삭제 정책을 정의하고 주기적으로 정리 작업을 수행한다.
고려 영역 | 주요 활동 | 목적 |
|---|---|---|
모니터링 | 파이프라인 건강 상태, 데이터 신선도, 서빙 지연 시간 추적 | 시스템 안정성 및 성능 보장 |
데이터 품질 관리 | 피처 값의 분포 검증, 이상치 탐지, 결측치 처리 | 모델 예측 정확도 유지 |
변경 관리 | 피처 버전 관리, 하위 호환성 유지, 점진적 롤아웃 | 서비스 중단 방지 |
비용 관리 | 사용 빈도 기반 데이터 보관/삭제 정책 수립 및 실행 | 저장 비용 최적화 |
보안 및 접근 제어 | 피처 접근 권한 관리, 데이터 암호화, 규정 준수 검토 | 데이터 보안 및 거버넌스 준수 |
또한, 피처 스토어는 조직의 중요한 데이터 자산을 담고 있으므로 보안과 접근 제어가 매우 중요하다. 어떤 사용자나 애플리케이션이 어떤 피처에 접근할 수 있는지를 명확히 정의하고 관리한다. 데이터 개인정보 보호 규정(예: GDPR)을 준수하기 위해 민감한 정보가 포함된 피처는 적절히 익명화하거나 암호화해야 한다. 운영 팀은 정기적인 백업과 재해 복구 계획을 수립하여 데이터 손실 가능성에 대비한다.
