![[사이언스프리즘] 뇌는 불안을 흡수하며 진화한다](http://img.segye.com/content/image/2024/02/28/300/20240228519685.jpg
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[사이언스프리즘] 뇌는 불안을 흡수하며 진화한다
뇌가 진화한 이유가 무엇일까?
뇌는 우리 몸에서 가장 에너지를 많이 소비하는 기관이다. 뇌를 얼마나 많이 사용하는지에 따라 차이가 있지만, 대체로 온몸이 하루에 사용하는 에너지 중 20∼25%를 소비한다. 우리가 살아남는 데 아주 큰 이점이 없었다면 뇌는 가지고 있는 것만으로 아주 비용이 많이 드는 기관인 것이다. 아메바나 박테리아처럼 DNA에 담겨 있는 유전자의 프로그램만으로 살아남는 것이 에너지 측면에서는 훨씬 효율적이다. 하지만 유전자의 프로그램대로만 살아가게 되면 세상의 변화에 대처하는 능력이 떨어진다. 살아 있는 동안 자신의 타고난 유전자의 프로그램을 바꿀 수 없기 때문이다.
최초의 뇌는 수억년 전 캄브리아기의 화석으로 남겨져 있는데, 감각기관과 운동기관을 연결하는 신경절이 중추신경계로 발달해 지금의 뇌에 가까운 형태로 진화했다고 알려져 있다. 가장 원시적인 형태의 뇌가 할 수 있었던 것이 무엇일까? 감각기관으로 세상의 정보를 인지하고, 이 중에서 중요한 정보를 기억해 운동기관으로 스스로의 행동을 바꿀 수 있는 능력이 있었을 것이다. 단순하다고 생각될 수 있지만, 무언가 새로운 정보를 인지한 후 자신의 행동을 그에 맞춰 변화할 수 있는 능력은 엄청난 변화를 가져왔다. 뇌를 통해서 살아 있는 동안에 세상의 변화를 인지해서 학습하고 기억해 스스로의 프로그램을 바꿀 수 있는 능력이 생겼기 때문이다.
뇌는 DNA가 가지고 있던 한계를 학습과 기억을 통해 보완할 수 있게 해준 것이다. 다르게 말하면, 우리가 뇌를 가지고 있는 가장 큰 이유는 세상의 변화에 능동적으로 대응하고 미래를 예측하기 위해서다.
뇌를 하나의 단어로 표현해 보라고 하면, ‘예측기계(Prediction Machine)’라고 이야기할 수 있다. 즉, 뇌가 하는 일 중 대부분이 세상에서 일어나고 있는 일들을 하나의 모델로 만들어 저장하고 이를 통해 앞으로 일어나게 될 일들을 예측하는 것이다. 감정을 설명하는 가장 최신의 뇌과학 이론은 우리가 느끼는 감정이 뇌가 예측한 모델과 현실에서의 경험의 차이에서 기인한다고도 이야기한다. 놀람, 분노, 혐오, 기쁨 같은 모든 감정은 뇌의 예측이 어긋났을 때 일어난다. 우리가 감정을 느끼는 이유는 뇌가 세상의 경험과 뇌 안의 모델을 맞춰 나가고 업데이트하기 위함이라는 것이다.
우리가 요즘 자주 경험하는 감정 중 하나가 ‘불안’이다. 빠르게 변하는 세상 속에서 나는 어떻게 살아야 할지, 과연 AI와 로봇의 시대에도 잘 살아남을 수 있을지 매일 하루하루 우리는 불안을 경험한다. 흥미롭게도 우리의 뇌가 미래를 예측할 수 있게 되면서 생겨나게 된 대표적인 감정이 하나 있는데, 바로 ‘불안’이다. 미래를 예측할 줄 모르는 갓난아기의 뇌는 ‘불안’을 경험하지 못한다. 우리가 경험하는 ‘불안’은 대부분 우리의 기억과 상상에 의거한 ‘예기 불안’이기 때문이다. ‘예기 불안’은 경험이 쌓여 기억이 생겨나거나, 일어나지 않은 일들을 상상할 수 있는 능력이 생겨나야 경험할 수 있다. 다르게 말하면, 과거를 통해 기억하고 학습하거나 미래를 예측하는 능력이 생겨났기에 우리의 뇌는 불안도 함께 경험하게 된 것이다.
그렇다면 어떤 뇌가 더 큰 불안함을 느끼는가?
불확실성에 대한 유연성이 높은 뇌는 불안함을 덜 느끼는 반면, 내 경험에 의거해 미래를 예측하는 과정이 깨지는 것을 용납하지 못하는 뇌는 불안함과 스트레스를 훨씬 많이 느낀다고 알려져 있다. 세상이 끊임없이 변화하고 있으며 불확실성이 높은 곳이라는 것을 인정하지 못하는 뇌가 더 큰 불안을 느끼는 것이다.
우리가 살고 있는 물리적 세상 그리고 우리의 뇌가 경험하고 있는 세상은 같지 않다. 우리가 경험하는 세상은 사실 우리의 뇌가 만들어 놓은 모델일 뿐이다. 다만, 그 모델은 미래를 예측하기 위해 유리하기 때문에 뇌가 만들어 놓은 것이다. 하지만 그 모델이 실제 세상의 경험에 부딪쳐 깨질 때 우리는 상처받고, 스트레스 받고, 여러 가지 부정적인 감정을 경험한다. 이러한 부정적인 감정들 속에 파묻히지 않기 위해서는, 우리의 뇌가 왜 진화했는가를 기억할 필요가 있다.
끊임없이 변화하는 세상 속에서 스스로의 모델을 계속해서 깨부수고 업데이트할 수 있기 위해서. 즉, 타고난 우리의 한계를 넘어서기 위해서 우리의 뇌는 진화했다.
장동선 궁금한뇌연구소 대표
2025.01.10 11:32:24
![[사이언스프리즘] 석유와 도청장치](http://img.segye.com/content/image/2023/09/06/300/20230906517963.jpg
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[사이언스프리즘] 석유와 도청장치
동물의 왕국이나 명화극장만큼이나 집에 TV가 있어야 하는 이유가 됐던 것은 웃으면 복이와요, 폭소대작전 같은 코미디 프로그램 때문이었다. 어린 시절에도 일찌감치 생각했다. 배삼룡, 이기동, 구봉서 같은 코미디언은 돈을 많이 벌어야 한다고 말이다. 이렇게 온 국민을 웃게 만드니 얼마나 고맙고 훌륭한 분들인가!
나는 일 년에 몇 번쯤은 TV 앞에 바른 자세로 엄숙하게 각 잡고 앉아 있는데 광복절이나 현충일 같은 국경일 기념식 현장 중계를 보기 위해서였다. 30분 정도로 짧은 방송이었지만 내용이 알찼다. 국기에 대한 경례와 애국가 제창, 그리고 끝 부분의 광복절 노래를 부를 때는 나도 TV 앞에 서서 경건하게 따라 했다. 이것도 좋았지만 굳이 공휴일 오전 10시에 공 차러 나가지 않고 TV 앞에 앉았던 이유는 박정희 대통령의 연설을 듣기 위해서였다.
그렇다. 박정희 대통령은 내 영웅이었다. 아직도 기억난다. 여수시 공화동의 지붕 아래에서 아버지는 “세상에서 가장 높은 사람은 미국의 닉슨 대통령이고 두 번째로 높은 사람은 중국의 장개석 총통, 그리고 세 번째가 우리 박정희 대통령이야”라고 가르쳐주셨다. 학교 선생님들도 박정희 대통령의 위대함에 대해서는 틈틈이 말씀해주셨지만 이 정도로 훌륭한 분인지는 몰랐는데 아버지가 큰 깨달음을 주신 것이다. “와! 우리 박정희 대통령이 이렇게 높은 분이구나!”
초등학교 마지막 겨울방학을 보내고 있던 1976년 1월 15일에도 나는 TV 앞에 숙연하게 앉았다. 박정희 대통령께서 연두기자회견을 하는 날이었다. 나는 대통령이 나오는 모든 방송을 좋아했지만 연두기자회견만큼은 힘들었다. 너무 길었고, 애국가 제창도 없었으며 주고받는 질문과 대답을 나는 이해하지 못했다. 졸음을 참으며 억지로 듣고 있는데 기자회견이 끝날 무렵 대통령께서 “포항에서 석유가 발견됐다”고 말씀하셨다. “와! 만세!”가 내 입에서 나왔다. 신나서 동생에게 달려가 이야기했지만 유전 따위는 알 리가 없는 동생은 시큰둥했고, 다시 TV 앞에 오니 연두기자회견은 끝이 나 있었다.
나는 당시 정유공장 사택에 살고 있었다. 아버지가 정유공장 소방관이었기 때문이다. 학교를 가기 위해서는 매일 정유공장을 지나야 했고, 집 창문으로도 정유공장이 보였다. 야경이 특히 아름다웠다. 우리나라도 곧 부자가 된다는 희망과 “역시 박정희 대통령은 세계에서 세 번째로 높은 분이야”라는 아버지의 가르침이 중첩되었다.
그런데 어쩐 일인지 몇 달이 지나도 우리나라에서 석유가 나온다는 얘기가 없었다. 석유가 안 나온다는 말도 없었다. 아버지는 석유 시추는 극비 사항이니까 모든 국민이 알 필요는 없다고 하셨다. 그렇다. 거기까지 내가 자세히 알 필요는 없다. 아버지는 또 석유를 뽑아낼 때까지는 시간이 많이 걸린다고 하셨다. 그렇다. 기다리면 된다.
박정희 대통령은 내가 고등학교를 채 졸업하기 전에 비극적으로 돌아가셨다. 끝내 우리나라가 산유국이 되는 건 보지 못하시고 말이다. 박정희 대통령에 대한 아버지의 칭송은 끝났으며 결국 박정희 대통령에 대한 내 존경심도 사라졌다. 대학에 입학한 후에는 박정희 대통령을 좋아하지 않을 이유가 100가지도 더 생겼지만 그 전에는 포항의 석유가 유일한 이유였던 것 같다.
박정희 대통령이 돌아가신 후에는 MBC를 주로 봤다. 88올림픽을 한 달 정도 앞둔 8월 4일 MBC 9시 뉴스 시간에 강성구 앵커가 첫 번째 꼭지로 물가에 관한 뉴스를 보도할 때 흰 티셔츠를 입은 청년이 난입하여 “내 귀 속에 도청장치가 들어있습니다, 여러분”이라고 외치다 끌려나갔다. 그 청년에게 무슨 일이 있었는지는 모르겠지만 아무튼 가장 웃긴 장면이었다.
6월 3일 아침 윤석열 대통령은 포항 앞바다에 막대한 양의 석유와 가스가 매장돼 있을 가능성이 높다는 물리탐사 결과가 나왔고 시추를 지시했다며 직접 브리핑했다. 그러자 역술인 천공이 이미 두 주 전에 “우리나라가 곧 산유국이 된다”고 했다는 강의가 SNS에 떠돌았다. 정말 궁금하다. 그는 어떻게 미리 알았나? 누구 귀에 도청장치가 달린 것인가? 천공인가, 대통령인가?
이정모 전 국립과천과학관장
2024.06.05 23:16:03
![[사이언스프리즘] 기후위험지도 더 정교해져야 한다](http://img.segye.com/content/image/2023/10/04/300/20231004522439.jpg
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[사이언스프리즘] 기후위험지도 더 정교해져야 한다
기상청은 올해 여름철 기온은 평년(平年)보다 높고 많은 비가 내릴 가능성이 있다고 전망하였다. 6월과 8월 기온은 평년보다 높을 확률이 50%나 되며, 강수량은 6월은 평년과 비슷할 확률이 50%이지만 7~8월은 평년과 비슷하거나 많을 확률이 각각 40%로 전망하였다. 장마가 끝나더라도 많은 비가 내릴 가능성이 높은 것이다.
최근 우리나라 여름철 강수 패턴은 기후변화에 따른 동아시아 지역 강수 특성의 변화 경향성을 따르고 있는 것으로 보인다. 우리나라를 포함한 동아시아 지역에서 기후변화에 따른 강수 특성의 변화는 크게 두 가지로 설명될 수 있는데 첫째, 강수량 증가와 둘째, 짧은 시간에 집중적인 강수 현상의 발생 빈도 증가이다.
기후변화가 왜 여름철 동아시아 지역에서 강수량 증가를 가져올까? 지난 40여년간 여름철 동아시아 지역 육지와 바다 온도는 꾸준하게 증가하고 있지만 육지 온도의 증가율이 바다 온도의 그것보다 더 가파르다. 그 이유는 바닷물의 온도를 올리는 데 필요한 열이 육지보다 훨씬 크기 때문에 같은 크기의 열을 바다와 육지가 흡수한다면 육지 온도가 더 크게 상승하기 때문이다. 이렇게 바다 온도보다 빠르게 증가하는 육지 온도로 인해 바다와 육지의 온도 차이가 커지게 되고, 이런 온도 차이는 여름철 바다에서 육지로 향하는 대기 순환의 강도를 강화시키면서 동아시아로 유입(流入)되는 수증기량을 더욱 증가시키게 된다. 대기 중 증가된 수증기량의 증가는 결국 강수량 증가를 가져오게 된다.
그렇다면 기후변화는 왜 동아시아 지역의 집중호우의 발생 빈도를 증가시킬까? 기후변화로 인해 대기의 기온이 상승하는데 상층 지역의 기온 상승이 하층 지역의 그것보다 더 크다. 상층이 하층보다 기온 상승이 더 커지면 그로 인해 대기의 안정도는 증가하게 되고, 대기가 안정화되면 강수를 유도하는 가장 기본적인 현상인 대기의 상승 운동이 억제된다. 결국 기후변화는 안정화된 대기를 극복(?)하고 강하게 상승하는 운동만이 강수현상을 가능하게 만들면서 결과적으로 한번 비가 내릴 때 그 양과 강도가 더욱 많아지고 강해지게 된다.
다시는 발생하지 말아야 할 2023년 7월 충청북도 오송읍 참사의 가장 직접적인 원인은 짧은 시간에 집중적으로 내린 호우였다. 작년 청주 부근 오송에서 7월 13일부터 15일까지 500㎜가 넘는 비가 내렸다. 충북 청주시의 기후학적 연(年)평균 강수량은 약 1230㎜이다. 1년 동안 내릴 비의 약 40%가 3일 만에 쏟아진 것이다. 막대한 경제적 손실을 가져온 2022년 여름철 중부지방의 집중호우 또한 비슷한 사례로 2022년 8월 8일에 서울 동작구에 시간당 최고 141.5㎜의 비가 내렸다. 서울 동작구의 기후학적 연평균 강수량은 약 1270㎜인데 8월 8~9일 이틀 만에 동작구에 1년간 내릴 비의 약 40%인 500㎜가 넘는 비가 쏟아졌다.
점차 강해지고 빈번해지는 여름철 호우, 나아가 폭염을 포함하는 극단적인 기상·기후현상의 발생에 따른 피해를 어떻게 최소화할 수 있을까? 무엇보다 정확한 극한 기상의 예측 또는 극한 기후현상의 전망 결과와 과학적인 위험 평가가 함께 고려된 정밀화된 기후위험지도가 필요하다. 그리고 이상 기상·기후현상으로 인한 재난이 예상될 때 전국 어느 지역 어느 시간에도 기후위험지도를 쉽게 확인할 수 있는 정교한 플랫폼이 구축되어야 한다.
정교한 기후위험지도를 구축하기 위해 가장 필요한 요소는 무엇보다 정확한 예측 결과와 불확실성이 줄어든 미래 전망 결과이다. 나아가 우리나라 지역별로 이상 기상 및 기후 현상에 따른 과학적인 위험 평가 결과가 도출되어야 하는데, 이를 위해서는 과거 기후 자료 및 피해 자료를 기반으로 과학적인 취약성 평가와 함께 위험 임계값의 산출이 필요하다. 위험 임계값은 지역마다 이상 기상·기후현상의 발생 빈도 및 그에 따른 노출 및 취약성 정도가 서로 다르기 때문에 상이한 값을 가지고 있다. 위험 임계값을 넘어설 때 인명, 경제 및 사회적 피해가 급격하게 증가하기 때문에 과학적 방법론을 기반으로 한 정확한 위험 임계값이 산출될 필요가 있다.
정밀한 기후위험지도 완성으로 이상 기상·기후현상이 발생하더라도 빠르게 대처해 피해를 최소화할 수 있는 날이 오기를 기대해 본다.
예상욱 한양대 ERICA 교수 기후진단
2024.05.29 23:24:07
![[사이언스프리즘] 우주항공청 개청을 축하하며](http://img.segye.com/content/image/2023/11/01/300/20231101522833.jpg
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[사이언스프리즘] 우주항공청 개청을 축하하며
5월27일은 대한민국의 많은 항공우주인이 오랫동안 염원했던 우주항공청(KASA)이 개청하는 뜻깊은 날이다. 청사가 있는 경상남도 사천은 연초부터 축제 분위기다. 이웃 도시인 창원에서 열리는 프로야구 경기장의 벽에도 ‘우주항공청의 개청을 축하한다’는 현수막이 붙어 있어 우주항공청 개청에 대한 지역의 기대감을 잘 느낄 수 있다. 사천과 창원 인근에는 우리나라의 대표적인 항공우주 방산 기업인 한국항공우주산업(KAI), 한화에어로스페이스를 비롯한 많은 관련 기업이 모여 있다.
KAI는 2005년 8월, T-50(고등훈련기) 양산 1호기를 출고하였는데 19년이 지난 지금은 폴란드 및 전 세계에 수출하고 있다. T-50뿐만 아니라 최근에는 차세대 전투기인 KF-21과 수리온 기동헬기 등도 생산하고, 한화에어로스페이스에서는 누리호와 제트엔진을 생산하고 있어서 사천지역은 국제적인 항공우주도시로 손색이 없다. 대전에는 항공우주연구원을 비롯해 국방과학연구소, 카이스트 등 항공우주 관련해 많은 연구소와 산업체가 모여 있다. 나로우주센터 인근에는 우주발사체 조립 및 시험, 발사 관련 기업들이 그리고 제주도에도 항공우주 관련 산업체들이 자리를 잡기 시작했다. 이처럼 전국적으로 항공우주산업을 활성화하려는 움직임이 시작되고 있는 것은 우주항공청의 개청 효과로 볼 수 있다.
우리나라의 본격적인 항공우주개발은 1989년 8월과 10월 대덕연구단지에 카이스트 부설 인공위성연구소와 과학기술부 출연연구소로 한국항공우주연구원이 개원하면서 시작되었다. 항공우주개발은 크게 위성연구개발, 우주발사체연구개발, 항공기연구개발 분야로 나눌 수 있다. 우선 위성분야는 위성기술연구와 위성분야 인력양성을 목표로 한 인공위성연구소에서 소형과학위성인 우리별 1호를 1992년 발사하였고, 차세대소형위성 2호를 누리호로 발사하기도 하였다.
항공우주연구원은 1999년, 다목적·실용위성인 아리랑 1호 개발을 시작으로 정지궤도 복합위성인 천리안 2호를 발사하여 정기적인 기상예보에 활용하고 있으며, 최근에는 달 탐사선인 다누리호를 달 궤도에 보냈다. 우주발사체 분야는 2002년 액체 추진제 과학로켓 KSR-3를 시작으로 최근에는 1.5t급의 위성을 저궤도에 올릴 수 있는 누리호를 독자 개발하여 나로우주센터에서 성공적으로 발사하였다. 항공분야는 4인승 소형항공기 반디호를 개발하였고, 이어서 수직이착륙과 고속비행이 가능한 스마트 무인기를 성공적으로 개발하였다. 이를 바탕으로 최근에는 미래형 도심항공교통(UAM)의 핵심인 자율비행항공기의 개발에도 성공하였다.
이처럼 지난 30여년간 항공우주 분야에서 많은 연구개발이 성공적이었지만, 연구개발 결과가 산업화로 연결되지 못한 것은 아쉬운 점이다. 일본의 우주개발 역사를 살펴보면 우주발사체 개발계획을 세울 때 보통 10회 이상 위성을 추가로 발사하는 것으로 잡고 이에 맞추어 발사할 기술시험위성을 같은 수만큼 개발하였다. 이렇게 함으로써 발사체 개발에 참여한 산업체에도 최소한 1년에 여러 차례 발사할 기회를 주고 기술시험위성 개발을 통해 위성의 부품과 부분품 그리고 지상장비분야를 국산화할 길을 마련해 주었다. 위성의 부품과 부분품은 실제로 우주비행을 통해 품질과 신뢰성을 인정받아야 상품으로 가치가 있으므로 일본은 우주개발을 통하여 참여산업체가 국제적인 경쟁력을 가질 수 있도록 도와준 것이다. 우리도 우주 반도체, 배터리, 정보기술(IT), 로봇 등 국제적으로 경쟁력 있는 분야를 찾아내고, 2차례 발사에 성공한 중형급 국산 우주발사체인 누리호의 국제적인 경쟁력을 높이는 일, 미래 항공시장의 대세인 UAM의 산업화를 앞당기는 것도 우주항공청의 과제이다.
우주항공청에서는 청소년들에게 과학기술자의 꿈을 갖게 하는 새로운 프로젝트를 준비하는 것도 중요하지만, 안정화된 예산을 바탕으로 그동안 이룬 연구성과의 국제적인 경쟁력을 높이며 산업화를 앞당기는 것이 더욱 중요하다고 생각한다. 국민의 많은 기대를 안고 항공우주인의 적극적인 성원 속에서 출범하는 우주항공청의 무궁한 발전을 기원한다.
채연석 전 한국항공우주연구원장
2024.05.22 23:28:37
![[사이언스프리즘] ‘단순함의 반복’을 통해 성장한 인공지능](http://img.segye.com/content/image/2024/01/31/300/20240131519285.jpg
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[사이언스프리즘] ‘단순함의 반복’을 통해 성장한 인공지능
부가가치가 높은 산업이 등장하면, 수많은 관련 업체가 큰 이익을 누리게 된다. 그 대표적인 예가 바로 정보기술(IT) 산업일 것이다.
1981년, 최초의 현대적 PC인 IBM 컴퓨터가 등장하자 컴퓨터 프로그램이 유행하게 되었고, 2022년 챗GPT의 대성공 덕분에 새로운 방식의 프로그램이라 할 수 있는 인공지능(AI)이 유행하게 되었다. PC 태동기에는 컴퓨터 프로그램용 반도체인 CPU의 시장이 크게 확장되었고, 2023년부터는 AI 구동용 반도체인 GPU가 큰 이익을 누리고 있다. 새로운 프로그램이 나타나니 새로운 반도체가 떠오르는 것이다. ‘역사는 반복된다’의 훌륭한 예가 아닐 수 없다.
AI가 큰 성공을 거두자 수많은 회사가 AI 반도체에 뛰어들기 시작했다. 미국의 마이크로소프트, 구글 등 거대 IT기업들이 AI 반도체에 진출하였고, 한국에도 AI 반도체 스타트업들이 생겨났다. 그런데 생각해 보면 이 흐름에 과거와는 다른 점이 보인다. 어째서 CPU가 30여년간 세상을 지배할 때는 반도체 스타트업이 전 세계적으로 유행하지 않은 것일까?
여기엔 스타트업 투자 환경 변화, 칩 제조/설계 생태계의 성숙 등 다양한 이유가 있겠지만, 중요한 이유 중 하나는 CPU와 GPU 두 칩의 복잡도 차이일 것이다. 흥미롭게도, ‘지능’을 구동하는 반도체라 할 수 있는 GPU가 기존 반도체인 CPU보다 구조가 단순하다. 이는 기존의 프로그램들이 매우 복잡하게 논리적 연결로 구성되어 있을 뿐만 아니라, 높은 정확도와 빠른 반응 속도를 요구했기 때문이다. 프로그램들의 요구에 맞춰, CPU 역시 매우 복잡한 논리적 연산을 한 치의 오차도 없이 수행하는 것을 목적으로 설계가 발전해 왔다. 칩의 내부 연결 역시 매우 복잡해질 수밖에 없었다.
반면 현재의 AI는 복잡한 논리적 연결 대신, 대규모의 산술연산(덧셈, 곱셈 등)을 이용하도록 만들어졌다. 인간의 뇌는 수많은 작은 신경세포로 이루어져 있다. 이런 구조를 조금이라도 모방하기 위해서는 과학자들 역시 작은 계산을 수없이 많이 반복하는 형태로 프로그램을 만들 수밖에 없었던 것이다. 당연하지만 AI를 잘 구동하는 반도체는 대규모의 단순 연산을 잘해야 했다. 작고 단순한, 반복적인 구조를 빼곡하게 끼워 넣는 방식으로 만들어야 하는 것이다.
이러한 차이는 완성된 칩의 구조에서 확연히 드러난다. CPU 내부에는 연산을 담당하는 단위(코어)가 4∼16개밖에 없지만, GPU에는 연산의 단위가 1만개 넘게 존재한다. GPU의 개별 연산단위는 CPU의 개별 연산단위보다 훨씬 단순하고 능력이 부족하다. 하지만 이는 GPU가 CPU보다 열등하다는 의미는 아니다. AI가 단순한 연산단위들을 이용해 구동되면, 세상이 바뀌지 않던가. 이런 구조적 차이 덕분에 전보다 많은 회사가 반도체 설계에 뛰어들 수 있게 된 것이라 봐야 할 것이다. 칩의 구조는 CPU에 비해 상대적으로 단순하며, AI 시장은 매우 커지고 있는 상황이니 도전해 볼 만한 것이다.
이런 아이러니는 우리에게 큰 깨달음을 준다. AI 반도체 산업은 ‘단순히 좋은 칩’을 만드는 사업이 아니라는 의미이기 때문이다. AI 반도체의 구조가 단순한 편이라면, 특정 회사가 만든 AI 반도체의 성능이 경쟁사보다 전반적으로 모든 것을 수십 배 잘하기는 어려울 것이다.
결국 차별점은 칩 외부 환경에서 찾아내야 한다. 반도체는 소프트웨어, AI 등을 구동하는 수단일 뿐이기에, 반도체 자체의 절대적 성능 확보도 중요하지만, 새로운 반도체를 사용해 볼 수 있는 다양한 환경 조성에도 신경을 써야 한다. 칩의 설계가 상대적으로 단순하다고, 칩의 성공 역시 단순한 것은 아닌 셈이다. 지금 수많은 회사가 자율주행, 영상 생성 등 다양한 분야에 AI를 적용하려 하고 있다. 이런 시기일수록 칩뿐만 아니라, 새로운 칩을 사용하고자 하는 회사들에게도 관심을 가져야 할 것이다.
정인성 작가
2024.05.15 22:49:34
![[사이언스프리즘] 온라인 인간관계와 정신건강](http://img.segye.com/content/image/2024/02/28/300/20240228519685.jpg
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[사이언스프리즘] 온라인 인간관계와 정신건강
젊은 세대의 마음 건강 지표들이 전반적으로 악화되고 있다.
건강보험심사평가원에 따르면 국내 우울증 환자의 숫자는 2022년 이미 100만명을 돌파했고, 그중 전체의 35.9%가 20~30대다. 2017년과 대비해 5년간 우울증 환자 수의 증가 추세를 보면 20대와 30대는 각각 127.1%, 67.3% 증가했고, 10대 미만과 10대 청소년에서도 각각 70.2%, 90.2% 증가했다. 반면 50대와 70대의 증가율은 각각 0.5%, 2.8%다. 불안장애 환자도 젊은 세대에서 급격하게 증가하고 있는데, 아동·청소년 불안장애 환자는 2020년과 2021년 2년 동안에만 39.6% 증가했다.
왜 하필 젊은 세대의 정신건강 지표들이 이렇게 안 좋아지고 있을까.
영국 케임브리지 대학교의 사회신경과학 연구자들이 2024년 4월 발표한 한 연구에서는 그 실마리를 ‘사회적 관계에서 경험하는 불확실성’에서 찾는다. 인간이 태어나서 제대로 작동하는 한 성인으로 크기 위해서 학습해야 하는 대부분의 지식과 정보는 다른 인간들로부터 배우게 된다. 인간의 뇌에 가장 중요한 종류의 신호는 타인의 감정과 생각, 상태를 짐작하게 해주는 사회적 신호라고도 할 수 있는데, 생존을 위해서는 세상의 물리적인 신호 외에 이러한 사회적 신호 역시 정확하게 읽어내는 능력이 필수적이다. 그런데 논문의 저자들은 젊은 세대가 온라인에서 주로 인간 관계를 경험하고 학습했기에 사회적 신호를 읽어내는 데서 차이를 보이지 않을까 하는 의문을 품는다.
온라인에서 학습하게 되는 인간 관계는 어떻게 다를까.
연구의 저자들은 실제 세상과는 달리 온라인에서 경험하게 되는 사회적 관계들은 익명성이 더 높고, 쌍방향 소통이 동시에 이루어지는 것이 아니라 시차를 두고 이루어지는 경우가 더 많은 비동시성의 상황이 더 잦으며, 실제 모습이 아닌 필터 등을 통해 더 예뻐진 사진 등을 보여줄 수 있는 편집성은 더 용이한데, 한 번 이야기한 내용이 스크린샷 등을 통해 영원히 박제될 수 있는 공공성의 위험은 더 큰 특징 등이 있다고 정리한다.
따라서 우리의 뇌가 온라인으로 사회적 신호를 해석하는 것을 우선적으로 배웠다면, ‘사회적 관계’에 대해 불확실하고 불안정적으로 보게 될 확률이 높다는 것이다. 실제 세상의 사회적 관계에서는 우리가 읽어낼 수 있는 사회적 신호들(옷차림이나 말투, 표정 등의 비언어적 신호)이 훨씬 많이 존재하기에 상대에 대해서 알 수 있는 정보의 확실성이 더 높은 반면, 디지털 세상에서의 관계에서는 진짜 모습이 아닌 모습을 믿을 수도 있어서 상대를 제대로 읽어내기 어렵기에 학습하게 되는 ‘사회적 관계에서의 불확실성’이 더 높다는 것이다.
사회적 관계에서의 불확실성과 정신건강의 관계는 무엇일까.
사회적 신호들을 제대로 읽어내지 못하면 사람들과 관계가 불안정해지며 집단으로부터 소외되었다고 느끼게 될 상황들이 늘어난다. 사람들 사이에 있어도 더 많은 외로움을 느끼고, 사회적 고립을 경험하게 될 확률도 높아진다. 그런데 오랫동안 사회적 고립을 경험하면 뇌가 사회적 신호를 읽어내는 능력이 저하되고, 사회적 신호들을 제대로 읽어내지 못하면 또다시 관계가 불안정해지고 외로워질 가능성이 높아지기에 상황은 점점 안 좋아지는 악순환으로 들어갈 확률이 높아진다.
우리는 사회적 뇌를 지닌 존재이기에 우리가 안정감을 느끼고 제대로 작동하기 위해서는 다른 이들과의 사회적 관계와 연결이 필수적이다. 현재 청년 세대가 전 세계에서 경험하고 있는 정신건강의 위기가 뇌가 사회적 신호를 인지하는 메커니즘에서부터 기인했다고 보는 가설은 새롭지만 높은 설득력을 지닌다. 그리고 어쩌면 문제는 간단한 곳에서부터 해결해 갈 수 있을지 모른다. 스마트폰과 태블릿, PC, TV는 잠깐 꺼두고 실제 세상의 관계에 집중해 보는 시간을 가져보자. 서로의 눈을 바라보고, 이야기를 들어주고, 힘들지, 괜찮아, 잘 하고 있어 서로 응원해 주며 한 번씩 꼭 껴안아주는 작은 행위가 사회적 관계에서의 불확실성을 낮춰줄지 모른다.
장동선 궁금한뇌연구소 대표
2025.01.10 11:32:49
![[사이언스프리즘] 주인 행세하는 고양이](http://img.segye.com/content/image/2023/09/06/300/20230906517963.jpg
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[사이언스프리즘] 주인 행세하는 고양이
1969년 이탈리아에서 열린 국제동요경연대회에는 네 살짜리 여자아이가 등장했다. 그 아이가 부른 노래 제목은 볼레보 운 가토 네로(Volevo un gatto nero). 우리말 제목은 ‘검은 고양이 네로’. 매우 귀여운 노래이지만 나는 이 노래를 두려워했다. 노래보다 먼저 시청한 TV영화 때문이었다.
에드거 앨런 포 원작의 ‘검은 고양이’가 그것이다. 검은 고양이 플루토의 눈을 파서 목 매달아 죽였는데, 똑같이 생긴 고양이를 아내가 집에 데려온다. 어느날 주인공은 아내를 죽여 지하실 벽 속에 감췄는데, 나중에 벽에서 아내의 시체와 함께 두 번째 검은 고양이가 나온다는 이야기다. 에드거 앨런 포 때문에 고양이, 특히 검은 고양이는 내게 공포의 대상이 되었고 마치 그 영화의 주제가인 것처럼 들리는 이탈리아 동요 역시 무서운 노래가 되었다.
고양이과 동물의 조상은 2500만년 전에 아시아에 등장했다. 이후 전 세계로 퍼져나가면서 다양한 환경에 적응하여 여러 종으로 진화했다. 2300만~500만년 전에 지구에는 중대한 기후변화가 일어났다. 기후가 더 시원하고 건조해진 것이다. 숲은 줄어들고 초원이 늘었다. 광대한 초원에서 풀을 먹는 초식동물이 본격적으로 진화했다.
고양이과 동물들은 묘한 상황에 놓였다. 먹잇감은 늘었는데 확 트인 풍경에서 사냥하는 일은 쉽지 않았다. 그림의 떡이었다. 그림의 떡이라도 먹어야 하니 기술이 필요했다. 은밀하게 이동하고 민첩하게 사냥하는 기술을 터득한 고양이과 동물만 살아남았다. 그리고 현생 야생동물세계에서 최고의 포식자가 되었다.
그 가운데에는 펠리스 리비카(Felis lybica)라고 하는 아프리카 들고양이가 있었다. 펠리스 리비카는 원래 사막과 사바나 지역에서 번성했는데 자연스러운 위장, 야행성 습관, 고독한 사냥 습성이 있다. 날씬한 체격과 예리한 감각 같은 신체적 적응은 오랜 시간에 걸쳐 험난한 환경에 적합하도록 연마되었다. 건조한 지역과 초목이 우거진 지역 모두에서 생존할 수 있었던 펠리스 리비카의 유연성이 결국 펠리스 카투스(Felis catus), 즉 집고양이에게 이어졌다.
펠리스 카투스 역시 다른 고양이과 동물처럼 고독한 사냥꾼이었다. 그런데 어쩌다가 집고양이는 우리와 함께 살게 되었을까? 놀랍게도 이것 역시 기후변화의 결과다. 지금으로부터 2만년 전에서 1만년 전 사이 동안 지구의 평균기온이 한꺼번에 4~5도가 상승했다. 이때 마지막 빙하기가 끝났고 지구에는 처음으로 농사를 지을 수 있는 기후 환경이 만들어졌다. 그리고 당시 인류는 때마침 농사를 발명하고 신석기인이라는 명함을 팠다.
수렵채취와 농사의 결정적인 차이는 ‘잉여’다. 수렵한 고기와 채집한 과일은 저장할 수 없지만 농사로 수확한 곡식은 얼마든지 저장할 수 있었다. 드디어 인류사에 재산, 빈부차이, 계급이 등장하게 되었다. 잉여 곡식은 쥐를 불렀다. 쥐의 입장에서는 하늘에서 만나가 내리는 것 같았다. 쥐가 들끓는 인간 서식지는 고양이에게도 매력적이었다. 인간 근처에만 오면 쉽게 사냥할 수 있었기 때문이다.
모든 고양이과 동물은 접었다 펼 수 있는 접이식 발톱이 있다. 먹이를 추적할 때는 발톱은 접어넣고 푹신한 발바닥 패드로 조용히 쫓다가 결정적인 순간이 되면 강력한 뒷다리 근육과 유연한 허리를 이용하여 단번에 먹잇감을 후려친다.
인간에게 고양이는 친해지기는 어렵지만 고마운 존재였다. 게다가 따로 먹이를 줄 필요도 없었다. 그러다 보니 고양이는 사람을 주인 취급하지 않는다. 우리가 고양이를 반려동물로 삼게 된 게 우리가 그토록 두려워하는 기후변화의 결과라는 게 아이러니하다.
내가 어린 시절을 보낸 어촌 마을에는 고양이가 없었다. 고양이가 어디서나 고마운 것은 아니다. 어물전의 고양이는 곳간의 쥐와 같은 존재다. 우리 사회에도 쥐와 고양이 같은 존재가 있다. 고양이는 쥐만 잡아 먹는 게 아니다. 주인의 생선도 훔쳐 먹을 수 있다. 그리고 접이식 발톱으로 주인을 할퀼 수도 있다. 우리 사회에서 얻어 먹는 주제에 주인 행세를 하는 고양이는 누구인가? 나는 그 고양이가 더 두렵다.
이정모 전 국립과천과학관장
2024.05.01 23:46:18
![[사이언스프리즘] 만시지탄(晩時之歎)과 기후 변화](http://img.segye.com/content/image/2023/10/04/300/20231004522439.jpg
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[사이언스프리즘] 만시지탄(晩時之歎)과 기후 변화
만시지탄(晩時之歎)은 늦을 만(晩), 때 시(時), 갈 지(之) 그리고 탄식할 탄(歎)의 한자로 구성되어 있는 사자성어로 때가 이미 늦었거나 또는 시기를 놓친 탄식을 이르는 말이다. 지난 3월은 어떤 측면에서 만시지탄을 생각나게 하는 한 달이었던 것 같다. 바로 벚꽃 축제에 관한 이야기이다.
벚꽃은 봄철 벚나무에 맺히는 꽃으로 분홍색 또는 하얀색 꽃잎이 일반적이다. 벚꽃의 대표적인 꽃말은 아름다운 정신, 정신적 사랑, 삶의 아름다움이다. 현재 우리나라를 포함하여 일본, 중국 등 북반구 온대지역 전역에서 핀다. 올해 우리나라 최대 봄꽃 축제인 진해군항제가 시작된 지난달 23일 진해 지역 벚나무의 개화율은 10%에 불과하였다. 참고로 벚꽃의 개화 시기는 관측 표준목의 한 가지에서 세 송이 이상 꽃이 필 때를 의미한다. 비슷한 상황은 진해에만 그치지 않았다. 전남 지역의 경우에도 벚꽃의 개화가 빨라질 것으로 예상하고 꽃 축제의 시기를 앞당겼으나 축제 시기에 맞춰 벚꽃이 피지 못하고 꽃망울만 맺혔다고 한다. 봄꽃 축제를 준비하는 전국의 지방자치단체들이 올해 벚꽃 개화 시기가 늦어지면서 벚꽃 축제의 정확한 시기를 놓쳐 버린 것이다.
올해 3월 날씨의 가장 큰 특징은 큰 일교차와 더불어 한 달 내내 일 기온 변동성이 매우 큰 값을 가진 것이다. 사실 정반대의 현상이, 그러나 동일하게 벚꽃 축제의 적절한 시기를 놓쳐 버린 일은 작년 2023년 봄에도 있었다. 2023년 3월은 극단적인 고온 현상 때문에 벚꽃의 개화가 평균적인 시기보다 훨씬 빨라 전국적으로 벚꽃이 다 진 후 꽃 축제가 시작되었다. 2023년 3월 전국 평균기온은 9.4도로 평년보다 3.3도 높은 역대 1위의 고온 현상을 기록하였고 부산, 대전, 청주 등 일부 주요 도시에서는 관측 이래 벚꽃이 가장 빨리 개화하였다.
벚꽃 축제 시기를 놓쳐 버린 배경의 근본적인 원인은 무엇일까? 기후 변화의 영향을 배제할 수 없다. 겨울을 지나 봄의 초입에 해당되는 3월 날씨가 최근 매우 변덕스럽게 변하는 현상은 자연적인 날씨 변동으로는 설명할 수 없는 것이다. 기후과학의 연구 결과들에 의하면 기후 변화에 가장 민감하게 변화하는 날씨 또는 기후 특성은 평균의 변화가 아니라 변동성의 변화다. 특히 최근 연구 결과들은 매일매일의 기온 변동성 크기가 점점 커지고 있으며 이와 같은 일(日) 기온 변동성의 증가에 가장 취약한 것이 바로 생태계와 보건 분야임을 지적하고 있다. 기후 변화로 인한 3월 일 기온 변동성의 증가가 생태계를 교란하고 그 결과 평균적인 개화 시기에서 크게 벗어나는 현상이 최근 빈번하게 발생하고 있는 것이다. 나아가 일 기온 변동성의 증가는 지역 경제 성장에도 부정적인 영향을 미친다는 연구 결과도 제시되었다.
최신 기후과학 연구 결과에 의하면 1979년 이후 지난 40여년 동안 우리나라를 포함하는 동아시아 지역의 3월 일 기온 변동성의 크기가 통계적으로 유의하게 증가하고 있으며 이런 증가의 직접적인 원인은 바로 지구 온난화와 대규모 대기 순환의 변화라는 것이다. 특히 3월 동아시아 지역 남북 방향의 기온 경도(傾度)가 점점 커지고 있으며 이로 인한 중위도 기압계 활동이 증가하고 있는 것이 3월 일 기온 변동성 증가의 가장 직접적인 원인임을 제시하였다. 사실 올해 3월에도 우리나라를 지나가는 고·저기압계의 활동이 커지면서 변덕스러운 날씨가 지속되었고 그 결과 벚꽃 개화 시기가 평년보다 늦어진 것이다. 올해 벚꽃 축제 사례는 기후 변화에 기인한 날씨와 기후 변동 특성에 대한 정확한 진단과 이해가 우리나라 지자체에서 계획하는 다양한 계절 축제들의 성공과 직접적으로 관련되어 있음을 보여 주는 것이다.
그러나 기후 변화 대응은 비단 지자체에 국한되어 있는 문제가 결코 아니다. 실례로 유럽연합(EU)은 기후 변화 대응의 일환으로 2023년 10월부터 탄소 국경 조정 제도를 발효하여 2025년 12월까지 보고 의무를 이행하고 2026년 1월부터 본격적인 시행을 예고하였다. 철강을 포함하는 대상 품목을 EU로 수출할 때 제품에 내재된 탄소 배출량을 보고하고 배출량에 따른 인증서 구매가 2026년부터 의무화된다. 내후년부터 국내 철강, 알루미늄 등 수출 기업들이 EU에 부담해야 할 금액은 약 5300억원정도로 추산되고 있다.
과학적인 진단과 분석으로 향후 우리나라의 기후 변화 대응이 결코 만시지탄이 되어서는 안 될 것이다.
예상욱 한양대 ERICA 교수 기후진단
2024.04.25 01:08:58
![[사이언스프리즘] 과학의 달에 느끼는 세종의 과학사랑](http://img.segye.com/content/image/2023/11/01/300/20231101522833.jpg
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[사이언스프리즘] 과학의 달에 느끼는 세종의 과학사랑
4월 21일은 과학의 날이고 4월은 과학의 달이다. 1967년 4월 21일 과학기술처가 발족하면서 이를 기념하기 위하여 21일을 과학의 날로, 4월을 과학의 달로 정하였다.
인공지능 시대에 과학기술의 중요성은 아무리 강조해도 부족함이 없을 정도로 국가에 중요하다. 조선 시대의 왕 중에서 특별히 많은 관심을 가지고 과학기술을 발전시킨 분은 세종대왕이다. 우리가 잘 아는 측우기, 앙부일귀, 물시계 등이 이 시기에 개발되었다. 그리고 천문관측기구 등도 많이 개발되었다. 옛날에는 일식과 월식이 발생하는 시간을 정확하게 아는 것이 국가적으로 중요했다. 일식과 월식이 발생하는 것은 국가나 왕가에 불길한 일이 생길 징조이기 때문에 왕이 직접 참석해서 구제하는 행사를 진행해야 하기 때문이다. 일식이 생길 때 구제하는 행사를 ‘구일식의(救日食儀)’라고 하는데 왕이 일식이 시작되기 15분 전에 소복을 하고 근정전 앞에서 태양을 바라보고 앉아있고 서운관에서 ‘변고가 있습니다’라고 일식의 시작을 알리면 관리는 향불을 피우고 북을 두드리다가 일식이 끝나면 멈춘다. 더운 날 일식이 시작되기 15분 전에 소복을 하고 해를 쳐다보며 일식이 진행되는 것을 지켜보아야 하므로 일식이 시작하는 시각을 정확히 모르면 큰 낭패이다. 실록에 보면 태종 때에는 일식이 일어나는 시각을 제대로 맞히지 못한 서운관 관리를 동래로 귀양을 보낸 적도 있었다. 따라서 일식과 월식을 정확하게 알기 위한 연구에 많은 투자를 했을 것이다.
조선왕조실록 세종 23년(1441년) 4월 29일(음력) 기사에 ‘세자가 가뭄을 근심하여 비가 올 때마다 정확하게 비의 양을 재기 위해 구리를 부어 그릇을 만들고 궁중에 두어 빗물이 그릇에 괸 깊이를 실험하였다’라고 하여 측우기를 제작하여 사용하고 있음을 알 수 있다. 측우기는 세계 최초의 발명품이라고 하지만 가뭄을 해결하지는 못했다. 세종 시대에 연구·개발된 훌륭한 과학기술 중 우리에게 많이 안 알려진 것이 화약 무기이다. 화약 무기는 고려말 최무선 장군이 중국으로부터 화약과 총포제조기술을 배워 국내에서 만들어 사용하였다. 그러나 성능이 좋지 않아서 세종 때 집중적으로 연구·개발하여 세계적인 수준의 성능을 갖춘 총포를 보유하게 되었다. 세종은 27년(1444년) 3월, 화포의 성능개량에 성공한 뒤 얼마나 좋았던지 직접 성과를 발표하였다. ‘내가 군기감에 명하여 대장간을 행궁 옆에다 설치하고 화포를 만들어서 멀리 쏘는 기술을 연구하게 하였더니 전의 천자화포는 400, 500보를 넘지 못했는데 이번에 만든 것은 화약은 극히 적게 들고도 화살은 1300여보를 가고 한 번에 화살 4개를 쏘매 다 1000보까지 가며…, 내 이제 왕위에 있은 지 28년 동안 화포에 관심을 두고 자주자주 강론하고 연구하여 제도를 많이 고쳤다’ 하여 그동안 화포연구에 얼마나 많은 관심을 두고 지원하였는지를 보여주었다. 자주 들러서 연구결과를 직접 확인하고 격려하기 위해 화포 만드는 대장간을 행궁 옆에 짓게 한 것만으로도 세종의 화약 무기에 관한 의지를 잘 알 수 있다. 이러한 결과 격목(激木)으로 화약의 폭발력을 극대화할 수 있는 뛰어난 성능의 화포를 개발하게 된다. 명종 때인 1555년 새로운 천자총통을 개발하면서 세종 때 1300보를 날아갔던 천자화포는 2번째 큰 화포인 지자총통으로 이름이 바뀐다. 임진왜란 때 조선 수군의 판옥선과 거북선에 천자총통과 지자총통 등 각종 총통을 수십 개씩 장착하여 적선을 물리칠 수 있었기 때문에 조선 수군이 승리하는 데 세종의 화포는 큰 역할을 하였다. 이렇듯 세종 때 개발된 총통완구를 비롯한 각종 화약 무기는 조선말인 1895년 수군이 해체되기까지 450년 동안 사용되며 조선을 지킨 것이다.
영화로 제작되어 유명해진 로켓 추진 화기 ‘신기전’은 방화용 화기인데 역시 세종 때 개발된 것이다. 문종 때 개발된 화차에 100발씩 장착되어 사용된 소, 신기전도 있었지만, 소형 나무 폭탄인 ‘소질려포통’을 탄두로 사용해서 적군을 살상할 수 있었던 대신기전은 조선의 국경선을 압록강과 두만강까지 늘려준 첨단 미사일이었다. 세종 때 이런 고성능 화약 무기들이 개발되지 않았다면 조선의 운명은 임진왜란 때 끝났을지도 모른다는 생각이 든다. 결국 과학기술은 국가를 유지하고 발전시키는 데 중요한 역할을 하며 최고 지도자의 적극성에 따라 과학기술의 발전 속도를 크게 올릴 수 있다는 것을 과학의 달에 세종대왕을 통해 새삼 느끼게 된다.
채연석 전 한국항공우주연구원장
2024.04.17 23:17:17
![[사이언스프리즘] EUV와 반도체 기업의 미래 투자](http://img.segye.com/content/image/2024/01/31/300/20240131519285.jpg
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[사이언스프리즘] EUV와 반도체 기업의 미래 투자
2019년, ASML이라는 회사의 주가가 폭등하기 시작한다. 100조원 수준이었던 ASML의 시가총액은 5년간 5배나 올라 2024년 2월 기준 삼성전자보다 높아지게 되었다. 이 회사는 EUV라고 부르는 노광장비를 TSMC, 삼성, 인텔 등에 독점 공급한다고 한다. 노광은 무엇이고, EUV는 무엇이길래 이렇게 이슈가 되는 것일까?
반도체 산업의 미덕은 소자를 작게, 많이 만들어내는 것이다. 반도체 안의 소자 밀도가 높아지면 같은 면적을 가진 반도체에 더 많은 기능을 부여할 수 있다. 덕분에 작년의 반도체보다 올해의 반도체가 더 좋아지게 되며, 작년에 불가능했던 일이 올해는 가능해지는 것이다. 반도체 회사들은 이를 웨이퍼라고 부르는 원판에 회로 패턴을 새긴 뒤 깎거나 물질을 채움으로써 해낸다. 흔히들 8대 공정이라 부르는 과정이다.
이 과정에서 가장 핵심적인 것이 노광이다. 노광은 빛을 이용해 소자의 모양을 웨이퍼 위에 새기는 과정이다. 노광기는 붓과도 같다. 붓이 가늘수록 더 가느다란 글씨를 쓸 수 있듯, 노광기의 빛이 더 정밀할수록 많은 소자를 웨이퍼 표면에 새길 수 있다. 이용하는 방법도 직관적이다. 렌즈를 이용해 빛을 모으고 거울을 이용해 빛의 방향을 바꾼 뒤, 회로 패턴이 그려진 마스크를 통과시켜 웨이퍼 표면에 쬐어주면 웨이퍼 표면에 회로가 그려지게 된다. 장비회사들은 KrF, ArF(DUV) 등의 더욱 가느다란 붓을 제공했고, 반도체 회사들은 이를 이용해 더욱 미세한 소자를 만들었다. 노광기의 역사는 곧 반도체 미세화의 역사였다고 해도 과언이 아니다.
하지만 노광도 고난을 맞이하게 된다. 2000년 초반 불화아르곤(ArF) 193nm 레이저 이후 반도체 제조에 사용할 더욱 가느다란 붓을 찾지 못했다. 광원의 종류는 무궁무진했지만 더욱 정밀하면서도 전력 효율이 좋고 출력이 뛰어난 광원을 찾지 못한 것이다. 회사들은 액침(Immersion), 멀티 패터닝 기술 등을 이용해 좀 더 미세화를 진행시켰지만, 새로운 광원을 찾아내지 못하면 결국 미세화는 멈출 상황이었다. 이때 등장한 것이 바로 EUV이다.
과학자들은 주석(Sn)이라는 금속을 작은 방울로 만들어 공중에 띄운 뒤, 금속방울에 레이저를 쏘면 13.5nm의 빛이 고효율로 생겨남을 알았다. 이것만 해도 꽤 어렵지만, 이것으로 끝이 아니었다. 이 빛은 기존에 사용하던 렌즈와 거울로는 모으거나 방향을 바꿀 수 없었다. 빛을 만들어도 원하는 곳에 모을 수 없으면 소용이 없다. 다행히도 과학자들은 이 문제의 해답도 찾아내게 된다. 바로 실리콘(Si)과 몰디브덴(Mo)을 아주 얇은 두께(7nm)로 번갈아 포개어 만든 거울을 사용하면 13.5nm의 파장을 반사시킬 수 있음을 알아내게 된다. 13.5nm의 빛은 공기에 흡수되는 성질이 있었기 때문에, 노광기의 내부를 완전 진공으로 만들어야 했다. 누군가 일부러 꽁꽁 숨겨 놓은 것 같은 기술이지만, 어쨌거나 EUV 덕분에 반도체 회사들은 미세화를 더 진행할 수 있게 되었다. ASML이 주목받는 이유는 명확하다. EUV노광기를 제조하는 세계 유일의 회사이기 때문이다.
반도체 제조 강국인 대한민국에게 EUV는 과연 어떤 의미일까? 앞서 보았듯, EUV는 매우 비싸고 어려운 기술이다. 제조 비용 부담이 크다는 것은, 옛날만큼 새로운 소자를 많이 얻을 수 없다는 의미이다. 이로 인해 반도체 회사들은 구 공정과 신 공정의 반도체를 결합하여 쓰는, 패키징 기술에 투자한다. 구글, 마이크로소프트 등의 소프트웨어 회사들은 기존 반도체의 성능 향상이 만족스럽지 않으니, 스스로 반도체를 설계해 반도체 소자를 자신들의 목적에 맞춰 쓰려고 한다.
독자분들 역시 최근 반도체 관련 용어와 반도체 관련 기업 수가 폭증하기 시작했다는 것은 느끼고 있을 것이다. 이 현상의 원인 중 하나가 바로 노광의 어려움인 것이다. 어쩌면 우리는 새로운 반도체 회사를 생각해 보아야 할지도 모른다. 미세화가 없거나 느리더라도, 고객들에게 새로운 가치를 줄 수 있는 반도체 회사란 무엇일지 고민해 보아야 하지 않을까.
정인성 작가
2024.04.11 02:42:32

