전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
산업 생활경제

속보

더보기

[김정호의 4차혁명 오딧세이] 구름과 번개 그리고 인공지능 반도체

기사입력 :

최종수정 :

※ 본문 글자 크기 조정

  • 더 작게
  • 작게
  • 보통
  • 크게
  • 더 크게

※ 번역할 언어 선택

[편집자] 4차 산업혁명은 모든 사물과 인간을 연결하여 빅데이터를 모으고, 이를 이용하여 인공지능으로 학습해, 결국 인공지능이 인간을 대체하는 시대를 말한다. 이러한 4차 산업혁명의 물결이 산업뿐만 아니라 경제, 사회, 정치 등 전 분야에 걸쳐서 막대한 변화를 일으키고 있다.

글로벌뉴스통신사 뉴스핌은 '김정호의 4차혁명 오딧세이' 칼럼을 매주 연재하며 4차 산업혁명의 본질과 영향, 그리고 전망을 독자들에게 쉽게 소개하고자 한다. 4차 산업혁명의 핵심은 바로 인공지능, 빅데이터, 클라우드 컴퓨팅으로 표현할 수 있으며 그 핵심 부품이 반도체이다. 이들 핵심 기술의 개념과 원리, 응용을 설명하여 일반 독자들이 4차 산업혁명에 대해서 공감하고 이해하며 더 나아가 개인과 기업, 국가의 미래를 계획하는 것을 돕고자 한다.

김정호 카이스트(KAIST) 전기 및 전자공학과 교수는 서울대 전기공학과를 졸업하고 미국 미시건대에서 박사 학위를 받았다. AI대학원 겸임교수, IEEE펠로우, 카이스트 ICT석좌교수, 한화 국방 인공지능 융합연구 센터장, 삼성전자 산학협력센터장 등을 겸하고 있다.

구름과 클라우드 시스템

하늘에는 구름이 떠 있다. 특히 가을 초에는 구름이 하늘하늘 높다. 이제 겨울이 오니 하늘이 어둡고 흐리다. 구름은 수증기 덩어리이고 우리에게 비를 뿌려주고 태양을 가려준다. 가끔 비행기를 타고 이륙 후에 높이 상승하면 우리는 구름 위를 날아가게 된다.

김정호 교수

그때 구름 위에서 아래를 내려다 볼 수 있다. 또는 높은 산에 올라가면 산 아래 걸쳐진 구름도 본다. 항상 우리는 땅을 보고 살아가지만, 머리 위에는 구름이 있다.

우리가 인지하지 못하지만, 우리 머리 위에 하늘에 항상 떠 있는 또 다른 구름이 있다. 그 구름을 클라우드 시스템이라고 부른다.

4차 산업혁명을 설명할 때 인공지능(AI), 빅데이터(Big Data), 클라우드(Cloud)를 세 가지 핵심 요소로, 간단히 ABC라고 부른다.

클라우드 시스템은 데이터센터를 포함하는 핵심 인프라가 된다. 클라우드 시스템은 인터넷을 통해 가상화된 컴퓨터 자원을 제공한다. 그래서 클라우드 시스템에서는 언제 어디서나 우리가 편리하게 인터넷을 사용하고, 데이터를 저장하고, 인공지능 서비스를 받는다.

여기서 컴퓨터 자원으로 메모리 반도체로 대표되는 데이터 저장 장치, 유무선 네트워크, 서버 컴퓨팅 장치, 그리고 소프트웨어를 포함한다.

결국 각 개인이나 기업은 개별 하드웨어‧소프트웨어 투자비용과 운영 인력, 경험을 쌓는 부담 없이 바로 빅데이터와 인공지능 서비스를 받을 수 있다. 덕분에 개인과 기업은 최소한의 투자와 관리, 노력으로 빠르게 서비스를 제공할 수 있다.

대표적인 클라우드 서비스 기업이 아마존(Amazon)과 마이크로소프트(Microsoft)이다. 클라우드 시스템은 4차 산업혁명의 기초 인프라이고 '심장'이다.

하지만 데이터와 소프트웨어, 서비스가 필요할 때 소수의 독점 기업에 의존하고, 결국 그들에게 종속되는 위험도 같이 갖고 있다. 우리가 하늘의 구름을 인식하지 못하고 사는 것처럼, 우리는 점점 클라우드 시스템에 스며들어 간다.

클라우드 시스템의 구성 요소. [출처=KAIST]

번개와 인공지능 반도체 성능의 관계

그런데 하늘의 구름은 전기를 띠고 있다. 구름이 하늘을 떠다니면서 지구와 마찰하게 되고, 그래서 '전자'를 수증기 속에 머금게 된다. 그들을 '전하'라고 부른다. 우리가 책받침으로 머리카락을 문지르면 정전기가 생기는 원리와 같다.

그 전하량이 엄청나게 커지면, 지구와 구름 사이에 전압이 수천 또는 수만 볼트가 걸린다. 그리고 마침내 방전이 일어난다. 그것을 번개라고 부른다. 그 번개 길 속으로 전자가 길을 따라 흐르고 공기와 부딪혀 빛을 내고 소리도 낸다.

이 번개가 나무에 맞으면 나무가 타 버린다. 건물 높은 곳에 피뢰침을 설치해 번개 전자가 쉽게 흘러 땅 밑으로 들어가게 접지한다. 그러면 건물 안의 사람의 안전하다. 가끔 비행기도 번개를 맞는다.

그런데 구름뿐만 아니라 우리 인간의 몸도 전기를 띤다. 옷을 입고 옷과 피부가 마찰해서 전하를 몸에 모아 둘 수 있다. 우리 몸도 수분이 많아 전자를 담아 둘 수 있기 때문이다. 특히 겨울에는 공기 중으로 전자가 빠져나가지 못하고 몸에 잘 저장된다. 이때 물체를 만지면 일종의 번개인 스파크가 일어난다. 손이 따끔하다.

사람뿐만 아니라 전자 제품, 자동차 등 모든 물체도 전자를 담아둘 수 있다. 따라서 번개로부터 컴퓨터와 반도체 등을 보호하려면 피뢰침과 같은 보호회로가 그 안에 필요하다. 그래서 인공지능 반도체를 비롯한 모든 반도체에는 정전기 보호회로가 설치된다. 일종의 피뢰침이다. 회로로 보면 입출력 회로에 바이패스 커패시터(Bypass Capacitor)를 설치한다. 또는 반도체 다이오드(Diode) 회로를 설치해서 고전압 전류를 따로 흐르도록 피해 가는 길을 만든다.

그런데 이러한 정전기 방지 회로는 반도체 사이 혹은 컴퓨터 사이 데이터 입출력 속도를 떨어뜨린다. 디지털 데이터 신호가 지나갈 때 정전기 방지 회로에서 잠시 멈추고 지나가서 속도도 떨어지고, 파형도 열화된다.

인공지능 계산을 위해서는 GPU(Graphic Processor Unit)와 디램(DRAM) 사이에 데이터를 최대한 빠른 속도로 주고받아야 한다. 빅데이터로 인공지능망을 학습(Training)하는 과정에서 특히 그렇다.

그뿐만 아니라 학습 이후에 판단(Inference) 과정에서도 실시간 인공지능 서비스를 제공하려면 빠른 속도의 데이터를 반도체끼리 주고받아야 한다. 구리선 하나당 1초에 100억 비트(10Gbps) 이상을 주고받아야 한다.

그래도 속도가 충분하지 않다. 미래에는 그보다 100배 이상 빠른 속도로 주고받아야 한다. 그런데 바로 그 정전기 회로가 걸림돌이 된다. 세상에 거저는 없는 것 같다. 구름도 그렇다.

인공지능 컴퓨터 등에서 사용되는 디지털 고속 신호 전송 파형. [출처=KAIST]

그런데 컴퓨터도 고속의 데이터를 주고받아야 한다. 한 대의 인공지능 컴퓨터가 혼자 모두 계산하지 못하고 병렬로 서로 협력해서 계산하기 때문이다. 이때 컴퓨터끼리 주고받는 데이터 속도가 100Gbps(1초에 1000억 비트)를 지나 400Gbps까지 요구된다. 이때 데이터 송수신 입출력 반도체 회로가 정전기 방지 회로 때문에 속도가 느려진다.

정전기로부터 인공지능 컴퓨터와 반도체를 보호하려고 하다 생긴 부담이다. 인공지능 컴퓨터나 반도체 사이의 최종 데이터 전송 속도는 전력 소모와 빛의 속도, 정전기 방지 회로로 결정될 것이다. 이 데이터 속도가 인공지능 컴퓨터와 서비스의 성능을 결정한다. 여기서도 구름과 번개가 원인이다.

인공지능도 자연에서 길을 찾는다

4차 산업혁명과 인공지능, 컴퓨터, 반도체 등 첨단기술의 원리도 자연에서 많이 배운다. 빛과 구름 속에서 데이터 속도, 클라우드 컴퓨팅의 개념을 얻는다. 번개를 보면서 반도체 보호 회로를 생각해 낸다. 자연이 스승이 된다.

자연에서는 조화를 찾는다. 남과 여, 음과 양, 땅과 하늘, 양전하와 음전하 등 모두 균형과 조화를 이루면서 살고 있다. 반도체 입출력 회로에서 정전기 방지 회로는 주로 전기장을 담아 두는 커패시터(Capacitor) 성분이다.

자연에서 전기장의 반대는 자기장이다. 그래서 자기장을 이용해 정전기 회로 현상을 상쇄하기도 한다. 이러한 방법을 전문 용어로 인덕티브 피킹(Inductive Peaking) 또는 임피던스 균형 (Impedance Balancing) 작업이라고 한다. 아주 전문적인 용어지만, 결국 균형을 맞춰 문제가 되는 현상을 보완한다는 개념이다. 자연에서부터 배우는 지혜이다.

4차 산업혁명을 잘하려면 어렸을 때부터 자연 관찰을 잘하면 좋겠다. 교실에 가두지 말고 자연에서 뛰어놀면 좋겠다. 도시의 학원과 아파트에서 자란 어린이들이 미래에 노벨상이나 최고의 과학자, 학자가 되기는 어려울 것 같다. 가끔 하늘도 보고 구름도 보고, 번개 소리는 듣자.

고속 입출력 데이터 회로에서 정전기 방지회로의 효과를 보완하는 방법. [출처=KAIST]

 

김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수 joungho@kaist.ac.kr

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
달러값 떨어지자 '사자' 몰렸다 [서울=뉴스핌] 박가연 기자 = 달러/원 환율이 큰 폭으로 하락하면서 달러화 선취매가 늘어난 영향으로 지난달 거주자외화예금이 역대 최대를 기록했다. 달러화예금도 처음으로 1000억달러를 넘어섰다. 한국은행이 28일 발표한 '2026년 7월중 거주자외화예금 동향'에 따르면 7월 말 기준 외국환은행의 거주자외화예금 잔액은 1283억4000만달러로 전월 말보다 150억1000만달러 증가했다. 잔액 기준 역대 최대치로 지난해 12월 기록한 종전 최고치인 1194억3000만달러를 7개월 만에 넘어섰다. 월간 증가폭도 지난해 12월 158억8000만달러에 이어 역대 두 번째로 컸다. [자료=한국은행] 거주자외화예금은 내국인과 국내 기업, 국내에 6개월 이상 거주한 외국인, 국내에 진출한 외국기업 등이 국내 은행에 예치한 외화예금을 말한다. 가장 큰 비중을 차지하는 달러화예금은 1089억2000만달러로 전월보다 111억2000만달러 증가해 역대 최대를 기록했다. 달러화예금 잔액이 1000억달러를 넘어선 것은 관련 통계 작성 이후 처음이다. 전체 거주자외화예금의 84.9%를 차지했다. 달러/원 환율이 지난 6월 말 1549.4원에서 7월 말 1424.0원으로 한 달 새 125.4원 떨어지면서 달러화 선취매가 늘어난 영향이다. 대기업의 경상대금 수취와 증권사의 외화채권 발행자금, 고객예탁금 유입도 달러화예금 증가에 영향을 미쳤다. 유로화와 엔화예금도 증가했다. 유로화예금은 일부 기업의 경상대금 수취 등으로 전월보다 22억2000만달러 늘어난 80억6000만달러를 기록했다. 엔화예금은 일부 기업의 배당금 지급 목적 예치와 증권사의 외화채권 발행자금 유입 등으로 15억달러 증가한 86억1000만달러로 집계됐다. 위안화예금은 전월보다 2000만달러 증가한 12억9000만달러를 기록했다. 영국 파운드화와 호주 달러화 등이 포함된 기타통화 예금은 14억6000만달러로 전월보다 1억6000만달러 증가했다. 예금 주체별로는 기업예금과 개인예금이 모두 늘었다. 기업예금 잔액은 전월보다 135억7000만달러 증가한 1125억6000만달러로 전체 외화예금의 87.7%를 차지했다. 이 가운데 기업의 달러화예금은 전월보다 101억1000만달러 늘어난 956억9000만달러로 집계됐다. 개인예금은 157억7000만달러로 한 달 새 14억4000만달러 증가했다. 개인이 보유한 달러화예금도 10억1000만달러 늘어난 132억3000만달러를 기록했다. 은행별로는 국내은행의 외화예금 잔액이 1023억9000만달러로 전월보다 96억1000만달러 증가했다. 외국은행 국내지점은 259억5000만달러로 54억달러 증가한 것으로 집계됐다. eoyn2@newspim.com 2026-08-28 12:00
사진
'헌법재판관 미임명' 한덕수 5년 구형 [서울=뉴스핌] 백승은 기자 = 내란특검이 윤석열 전 대통령의 탄핵을 저지할 목적으로 헌법재판관을 임명하지 않았다는 혐의를 받는 한덕수 전 국무총리에게 징역 5년을 구형했다. 서울중앙지법 형사합의33부(재판장 이진관)는 28일 직무유기 등 혐의를 받는 한 전 총리와 정진석 전 대통령 비서실장·김주현 전 대통령실 민정수석·이원모 전 공직기강비서관의 결심 공판을 열었다. 한덕수 전 국무총리 [사진=뉴스핌 DB] 한 전 총리는 윤 전 대통령의 직무가 정지됐던 지난 2024년 12월 대통령 권한대행을 역임하며 국회가 추천한 헌법재판관 후보자 3인(마은혁·정계선·조한창)을 의도적으로 임명하지 않았다는 혐의로 재판에 넘겨졌다. 당시 마은혁 재판관이 헌법재판관 후보자로 채택되자 그가 진보 성향 판사 모임인 우리법연구회 회원인 점, 판사 임관 전 운동권 조직과 진보 정당에서 활동했던 점 등이 대두되며 보수 진영의 비판이 이어졌다. 특검은 한 전 총리가 이런 상황을 참작해 윤 전 대통령의 탄핵 인용 결정을 저지하려는 목적으로 마 재판관의 임명을 104일간 미루고, 마용주 대법관 임명도 3개월 넘게 미뤘다고 본다. 또 지난해 4월 적법한 인사 검증을 거치지 않고 윤 전 대통령의 측근으로 알려진 함상훈·이완규 후보자를 헌법재판관 후보로 지명했다는 직권남용 권리행사 방해 혐의도 있다.  특검 측은 최종 구형을 통해 "피고인들은 국회가 선출한 헌법재판관을 임명하지 않아 헌법재판소의 정상적인 구성을 방해하고 국회 동의까지 모두 마친 대법관마저 임명하지 않아 사법부의 정상적인 구성까지 지연시켰다"며 "그 결과는 국정과 헌법기관의 마비였다"고 밝혔다. 이어 "공무원이 행사하는 권한은 본래 공무원 자신의 것이 아니라 국민의 것이다. 그런데 이 사건 피고인들은 권한을 위임한 국민을 배신했다"고 비판했다. 아울러 "(이들의 행위로) 국민이 국가기관의 공식적인 절차를 믿을 수 있다는 신뢰, 그리고 최고위 공직자가 국민 앞에서 하는 말을 믿을 수 있다는 최소한의 신뢰까지 훼손됐다"고 짚었다. 특검 측은 "불의한 권력 앞에서 자신의 자리를 지키는 것보다 헌법과 양심을 지키는 것이 공직자의 의무라는 것을, 국민이 맡긴 권한을 자신의 이익을 위하여 사용했을 때는 반드시 그에 상응하는 책임이 따른다는 것을, 이 판결을 통해 분명하게 남겨 주시기 바란다"고 재판부에 요청했다. 이날 특검은 함께 재판에 넘겨진 정 전 비서실장과 김 전 민정수석은 모두 징역 4년을, 이 전 비서관에게는 징역 3년을 구형했다. 100wins@newspim.com 2026-08-28 13:52
기사 번역
결과물 출력을 준비하고 있어요.
종목 추적기

S&P 500 기업 중 기사 내용이 영향을 줄 종목 추적

결과물 출력을 준비하고 있어요.

긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
안다쇼핑
Top으로 이동