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[김정호의 4차혁명 오딧세이] 빛의 속도를 넘어서라

기사입력 : 2017년10월19일 14:53

최종수정 : 2017년10월19일 14:53

빛의 속도를 넘는 '컴퓨터 시계'가 필요한 시점

소리(음파)도 도달하기까지 시간이 걸린다

고등학교 때 교련 수업이 있었다. 고교생에게 군사교육을 시키는 수업이었는데 총검술, 제식훈련, 총기 분해조립 등 기초 군사 훈련을 받는다. 전교생이 교련복을 입고 사열 행진도 한다. 전교생이 학년과 반에 따라 운동장에 줄 지어 서 있고, 학생 밴드부의 행진곡에 맞추어 교단 앞으로 줄 맞춰 지나가는 행사다. 나는 발걸음을 북소리와 줄과 열을 맞춰 열심히 움직였다.

그런데 운동장 끝 다른 반 학생들의 행진 발걸음을 보면 나의 발걸음이 약 3분의 1 정도 차이가 났다. 그 때 그 이유를 곰곰히 생각해 보니, 북소리가 나에게 들리는 시점과 운동장 건너편 학생들에게 들리는 시점의 차이가 원인이었다.

그 이유는 바로 음파의 전달 속도가 1초에 340m로 제한돼 있기 때문이다. 운동장 크기가 100m라고 한다면 운동장 양 끝에서 들리는 학생 밴드부의 북소리는 약 3분의 1초 만큼 차이가 날 수밖에 없다. 운동장이 더 넓으면 학생들 발걸음을 동기화하기 더 어려워진다.

운동장에서 학생들의 행진시 그 행진의 총 진행 양은 행진의 줄 수, 학생들의 발걸음 속도에 비례하게 되는데, 이 행진 발걸음 속도가 바로 이 북소리의 속도에 비례한다. 또한 운동장 전체 학생의 행진이 북소리에 동기화 되어야 한다. 여기서 북소리의 속도와 동기화 정도를 한계 짓는 것이 바로 북소리의 속도와 음파의 속도이다. 북을 빨리 쳐야 한다.

4차 산업혁명의 성패 결정하는 '음파의 동기화' 

고교 시절의 경험을 소개한 이유는 음파의 동기화가 4차 산업혁명의 성패를 결정짓는 변수기 때문이다.

컴퓨터 내부, 컴퓨터에 필요한 반도체 혹은 컴퓨터간 서로 데이터를 주고 받기 위해선 시간 약속이 필요하다. 데이터의 출발 시간과 도착 시간을 서로 알아야 한다.

그렇다면 컴퓨터 내부, 컴퓨터에 필요한 반도체 혹은 컴퓨터간 시계가 동기화 될 수 있는가 하는 의문이 생긴다. 교련시간의 행진에서 아무리 각자가 열심히 북소리에 맞추어 행진해도 운동장 끝과는 시간차이가 날 수밖에 없다. 

두 가지 회로를 예로 들면 컴퓨터 내부에 GPU와 메모리가 같은 시계로 동기화 될 수 없다. 아무리 빛이 빨리 전파해도 1초에 30만㎞밖에 달리지 못한다. 요즘 최고 성능의 반도체나 컴퓨터는 ps (피코초, 1조 분의 1 초) 단위로 동작한다. 앞으로는 1fs(펨토초, 1000 분의 1 ps) 단위로 동작할 것이다. 1ps 에 빛은 약 300 um(마이크로 미터) 밖에 전파하지 못한다. 반도체 회로 안으로 들어가면 물질의 유전상수로 인해서 1ps 에 빛은 100um 밖에 전파하지 못한다. 시간 지연이 있을 수밖에 없다. 그러니 컴퓨터 내부의 데이터를 주고 받는데, 시계에 맞춰 데이터를 정해진 시간에 주고 받는다. 그런데 시계가 같지 않다.

빛의 속도보다 빠른 '컴퓨터 시계' 필요한 시점

아인슈타인이 상대성 이론을 발견하던 그 시기, 세상은 식민지와 본국간의 시계를 맞추는 일이 중요했다. 19세기 말은 제국주의의 시대였고 본국과 점령지들 사이의 시계를 동기화시키는 것(시간을 지배한다는 것)은 정치적으로도 의미가 있었다. 또한 파리의 열차시간과 쮜리히의 역의 기차 시간을 동기화 할 수 있는 것인가가 의문이었다. 또, 이런 시대적 배경이 있었기에 시계들을 동기화하는 것에 당시 사람들의 관심은 컸다. 그 시기 아인슈타인은 특허국에서 일하면서 수많은 관련되는 특허를 보고 영감을 얻었을 것이다.

4차 산업혁명기에는 인공지능 컴퓨터의 시계를 반도체 내, 컴퓨터 내, 컴퓨터 간의 맞추는 것이 핵심적인 의문점이 되고 있다. 4차 산업혁명을 선도하기 위해서는 컴퓨터 반도체 내의 시계와 동기화가 핵심이 된다.

정보를 전달하고 시계를 동기화하는 최대 속도는 빛의 속도로 한정된다. 4차 산업혁명을 위해선 빛의 속도보다 빠른 속도로 전파하는 컴퓨터 시계가 필요하다.

 

[김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수] 

김정호 카이스트 교수

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[단독] 日 여행객 'K-쌀' 사간다 [세종=뉴스핌] 이정아 기자 = 일본 여행객이 한국을 방문, 한국 쌀을 직접 구매해 들고 나가는 사례가 급증하고 있다. 일본 내 쌀값이 고공행진을 이어가는 가운데 '밥맛 좋은 한국 쌀'이 대체제로 급부상하면서 벌어지는 현상이다. 3일 <뉴스핌>이 입수한 자료에 따르면, 올해 1월부터 6월까지 상반기 동안 일본 여행객이 한국에서 직접 구매해 일본으로 들고 간 국산 쌀은 3만3694kg로 집계됐다. 일본은 지난 2018년부터 휴대식물 반출 시 수출국 검역증을 의무화한 나라로, 병해충과 기생식물 등 식물위생 문제에 매우 엄격하다. 특히 쌀처럼 가공되지 않은 곡류는 검역 과정이 매우 까다롭다. 그럼에도 불구하고 일본 여행객들의 한국산 쌀 열풍은 지속됐다. 지난해 한 해 동안 일본 여행객이 반출한 국산 쌀은 1310kg에 불과했지만, 올해는 상반기에만 무려 25배 이상 급증했다. 같은 기간(2024년 1~6월)으로 비교하면 작년 106kg에서 올해 3만3694kg로 약 318배 증가한 셈이다. 농식품부 관계자는 "일본 여행객들의 '쌀 쇼핑'이 열풍을 불면서 관련 문의가 급증했다"며 "한국쌀이 일본쌀에 비해 맛과 품질이 뒤떨어지지 않는다는 인식이 생기면서 반출되는 양도 많아지고 있다"고 설명했다. 쌀을 화물로 탁송하는 사례도 동반 상승했다. 올해 상반기 기준 화물검역을 통해 일본으로 수출된 국산 쌀은 43만1020kg에 달한다. 지난해 화물 검역 실적이 1.2kg에 그쳤던 것과 비교하면 폭증 상태다. 업계에서는 이번 흐름이 국산 쌀에 대한 일시적 특수로 끝나지 않고 국내에서 정체된 쌀 소비의 새로운 돌파구가 될 수 있을 것으로 내다보고 있다. 임정빈 서울대 농경제학과 교수는 "일본에서 쌀 가격이 두 배 이상 올랐으니 한국에 와서라도 쌀을 구매하는 여행객이 늘어난 것"이라고 짚었다. 이어 "다만 일본의 쌀 관세율이 매우 높기 때문에 한국 쌀의 가격만 보지는 않았을 것"이라며 "국산 쌀의 품질이 높기 때문에 이 부분에서도 합격점이 있을 것"이라고 평가했다. [영종도=뉴스핌] 윤창빈 기자 = 11일 오전 인천국제공항 제1터미널에 중국발 여행객들이 입국하고 있다. 2023.03.11 pangbin@newspim.com 정부 역시 이같은 수요에 대응해 일본 관광객을 대상으로 검역제도 안내·홍보에 나서기로 했다. 현재는 농림축산검역본부를 통한 사전신청, 수출검역, 식물검역증 발급, 일본 통관까지 최소 3단계 이상이 요구된다. 다만 한국 쌀을 일본으로 반출할 때 한국에서 식물검역증을 발급받아야 한다는 사실을 모르는 일본 관광객이 일본에 돌아가 쌀을 폐기하는 일이 생기면서 홍보의 필요성이 대두됐다. 농식품부 고위 관계자는 "지난달 오사카 엑스포 현장 방문을 계기로 일본 농림수산성과 예방할 기회가 주어졌는데 그 자리에서 쌀 검역 문제가 논의됐다"며 "한국 정부는 일본 여행객이 애써 한국 쌀을 구매한 뒤 일본으로 돌아가 폐기하는 일이 없도록 제도 홍보에 만전을 기하겠다"고 전했다. plum@newspim.com 2025-07-03 11:10
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