쉴(Alain Schuhl), 미래의 컴퓨터(Les ordinateurs de demain, 2004)

[마실가]

책S18슐2006컴퓨터

미래의 컴퓨터(Les ordinateurs de demain, 2004)

알랭 슐, 박수현, 알마, 2013, P. 70

- 쉴(Alain Schuhl, s.d.), 1986년 박사(Docteur ès sciences physiques (Paris 11, 1986). 물리학연구소 원장(Directeur de l'Institut de physique du CNRS), 󰡔컴퓨터 내부(À l'intérieur de l'ordinateur, 2005)󰡕, 󰡔소리들과 빛들의 실험실(Le labo des sons et des lumières, 2010)󰡕, 󰡔취사병의 실험실(Le labo du cuistot 2012)󰡕

- 박수현, 고려대 경제학과 졸, 프랑스 파리 제10대학에서 경제학 석사, 현재 국제회의 통역사 겸 번역가로 활동 중이다.

*나로서는 어려운 책이다. 그럼에도 세상의 시대적 변화과정과 21세기 전반에 정보기술의 위치를 볼 수 있는 책이다. 서문을 쓴 로스네(Joël de Rosnay, 1937-)의 글을 두 세번 읽으면서, 나름으로 생각한 것이 하나있다. 30년 후 즉 21세기의 전반이 끝날 때, 아마도 그 세상은 내가 상상할 수 있는 세상을 넘어설 것 같다. 즉 내가 살아가는 세상이 아니지만, 그 세상을 생각으로는 접근할 수 없다는 것이다. 왜냐하면 이 책과 같은 정보과학의 사실들을 읽을 때 더욱 그러하기 때문이다.

**“과학과 기술의 역사는 의외성으로 점철되어 있다.”(67) 미래에는 무한대와 무한소와 다른 새로운 무한 개념, 즉 복잡계의 무한 개념을 생각해보면 의외성이라기보다 예측불가능성이 있다. 그 예측불가능성이, 인간 연관에서 또는 사회연관에서 무작위라는 의미라기 보다 노력과 긴장의 의미에서 그 방식대로 되는 것은 아니지만 그래도 삶의 노력과 의도(휴마니테르와 리베르테르)가 중요하다. (49NMH)

# 󰡔미래의 컴퓨터(Les ordinateurs de demain, 2004)󰡕, 쉴(Alain Schuhl, s.d.)

* 여는 글 5-11 - 로스네(Joël de Rosnay, 1937- (Préface)

복잡성 제어 문제는 오늘날 조직행위론 연구자들만이 아니라 과학자들에게도 중대한 과제 중 하나다. 어떻게 복잡성을 더 잘 이해해서 좀더 효율적으로 제어할 것인가? 결국 이런 의문을 통해 무한대와 무한소에 이은 셋째 무한 개념이 등장하게 되니, 바로 ‘무한 복잡성’이다. (5)

마이크로스코프(microscope, 현미경)로 무한소를, 텔레스코프(telesscope, 망원경)로 무한대를 정복한 인간에게 컴퓨터는 셋째 무한 개념, 즉 복잡성을 정복하게 해주는 ‘매크로스코프(macroscope)가 되었다. (6)

첫째 단계는 진공관의 등장으로 대표되는 시기이며(1940-1960년), 둘째 단계는 트랜지스트의 발명이 정보과학을 선도한 시기다(1960-2000). 이제 분자전자공학은 정보과학 발전의 셋째 단계를 대표할 것이다. 그런데 셋째 단계에 도달하려면 생체분자(biomolecule) 크기의 초소형 트랜지스터를 제조할 수 있어야 한다. (7)

따라서 미래의 컴퓨터는 화학에 더해 생물학과 생체고분자학을 응용하여 개발될 것이다. (8)

그리고 컴퓨터는 점점 더 인간의 두뇌 회로를 복제해 갈 것이다. ‘뉴로컴푸터(neuro computer)는 대단히 놀라운 병렬처리 능력을 자랑한다. 그러나 과연 전세계 차원의 거대한 뉴로 네트워크(신경망) 서비스가 존재할 수 있을 것인가? 대답은 “가능하다”이다. (9)

그러나 또한 미래의 컴퓨터는 더 빠르고 효율적인 정보처리를 위해 새로운 원리와 특징을 지니게 될 것이다. 실제로 전자공학은 정보처리 속도와 소자의 크기 분야에서 엄청난 변화를 겪고 있는 중이다. 전자 소자의 고속화, 소형화 관련 최신 첨단 분야는 ‘스핀트로닉그(spintronics) 또는 스핀전자공학(spin electronics)이라 불리는 분야이다. (10)

* 차례 13

* 들어가며 15

우주비행사 닐 암스트롱(Neil Armstrong, 1930-2012), 버즈 알드린(Buzz Aldrin, 1930-), 마이클 콜린스(Michael Collins, 1930-)가 탑승했던 아폴로 우주선에 정착된 연산장치의 용량은 오늘날 가장 단순산 버전의 자동 내장 계산기의 용량보다도 작았다.(15)

이것이 이 전자소자를 ‘퓌스’(puce, 마이크로칩, 불어의 ‘puce’는 벼룩이란 뜻과 마이크로칩이라는 뜻을 모두 가진다)라고 명명한 이유다. 마이크로칩의 용량은 지속적으로 증가한다. 좀 더 구체적으로 말하면 “18개월마다 2배씩 증가한다”. 이 법칙은 1965년 고든 무어(Gordon Earle Moore, 1929-)가 처음으로 주장한 이래 오늘날에도 여전히 유효하다. (16)

제1장 트랜지스터의 현재 19

역사적으로 최초의 트랜지스터는 1947년 12월 23일 미국 벨 연구소(Bell Lab's)의 윌리엄 쇼클리(William Shockley, 1910–1989), 월터 하우저 브래튼(Walter Houser Brattain, 1902-1987), 존 바딘(John Bardeen 1908-1991)이 공동 발명했다. 연구침은 저마늄 단결정을 이용하면 0.05밀리미터 간격으로 놓인 금 전극 2개 사이의 전자 신호를 증폭시킬 수 있다는 것을 발견한다. (21)

줄리어 에드거 릴리언펠드(Julius Edgar Lilienfeld, 1882-1963)가 벨연구소 연구팀보다 20년이나 앞서 트랜지스터를 고안해냈던 것이다. (22)

전계 효과 트랜지스터(field effect transistor, FET, 장효과 트랜지스터) (22) [금속-산화물-반도체 FET: (MOSFET: Metal-Oxide-Semiconductor FET). / Un transistor à effet de champ à grille isolée plus couramment nommé MOSFET (acronyme anglais de Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor - qui se traduit par transistor à effet de champ à structure métal-oxyde-semiconducteur)

󰋮명령 가능한 게이트 24

트랜지스터를 일종의 논리게이트로 간주하면 정보과학에 응용할 수 있다. 즉 게이트가 열릴 때 전류가 흐르며, 이때 논리값(logic value) 0이나 1을 임의로 출력신호에 부여한다. 만약 1을 출력 신호에 부여한다면 0은 게이트의 폐쇄 상태에 대응 할 것이다. 게이트의 명령은 그 자체로 논리 신호를 통해 실행된다. (24)

발신단자인 에미터(émetteur, 발신자)와 입력단자인 집전극(collecteur)을 연결하는 채널 안에 전류를 흐르게 만드는 것이다. (25)

󰋮더 빠르게, 더 작게 : 무어(Gordon Earle Moore, 1929-)의 법칙 26

그리고 실제로 1997년 이후에도 “18개월 마다 트랜지스터 수 2배 증가”라는 무어의 법칙은 중단없이 지속되었다. (27)

제2장 실리콘 트랜지스터의 후발주자는? 33

보통 컴퓨터에서 트랜지스터를 작동시키는 전기에너지는 광컴퓨터에서는 레이저 광선으로 대체된다. 빛의 파동이 지니는 고유한 특성을 이용해 광섬유를 사용한 초고석 통신망을 구축할 수 있었다. (34)

󰋮분자전자공학 34

전기적 기능을 지닌 분자에 대한 이론적 개념은 1947년 미국 IBM의 연구원 아리 아비람(Ari Aviram, s.d.)과 노스웨스턴 대학교 교수 마크 래트너(Mark Ratner, 1942-)에 의해 처음으로 제시되었다. (35) [Arieh (later Ari) Aviram]

그런데 아비람과 래트너의 발표로부터 16년이 지난 뒤에야, 존 로이 샘블스(John Roy Sambles, 1945-)와 로버트 M. 메츠거(Robert M. Metzger, s.d.)에 의해 실제로 정류 다이오드의 특성을 갖는 분자가 합성되었다. ‘헥사데실퀴노리니움 트리시아노퀴노디메타니드’(Hexadecylqunolinium tricyanoquinodimethanide)라는 긴 분자명만 봐도 이 분자가 얼마나 복잡한 분자인지, 두 연구자가 얼마나 많은 화학공학실험을 반복했는지 짐작할 수 있다. (36)

이 분자 메모리 소자의 구현에 성공한 이들이 미국 캘리포니아 대학교 로스엔젤레스 캠퍼스(UCLA)의 제임스 히스(James Heath, 1962-)와 프레이저 스토다트(Fraser Stoddart, 1942-)다. 히스와 스토다트는 ‘로탁산'(rotaxane)이라는 복잡한 분자를 사용했다. (38)

󰋮스핀트로닉스(spintronics) 39

전자소자의 원리는 언제나 전자의 전하 조작에 기초한다. 금속과 반도체에서 전류가 흐르는 이유는 전하가 이동하기 때문이다. (39)

전자의 자기모멘트는 100여 년전에 그 존재가 알려졌다. 그러나 기술 진보의 결과로 전자소자 설계에 이 새로운 자유도를 적용할 수 있게 된 것은 매우 최근의 일이다. ‘스핀전자공학’ 또는 ‘스핀트로닉스’라고 불리는 새로운 분야가 탄생한 것이다. (40)

즉 스핀 방향과 자성층의 자화 방향이 서로 평행할 경우, 전자는 해당 자성층을 통과할 수 있다. 반대로 스핀 방향이 자화 방향과 역방향으로 평행할 경우, 전자의 이동은 불가능하다. 이 현상은 1968년 프랑스 오르세 대학의 알베르 페르(Albert Fert, 1938-)가 발견했다. 알베르 페르는 이후 후속연구를 통해 오늘날 전자의 스핀 조작을 활용한 논리게이트 구축에 크게 기여했다. (41)

A층을 통화할 수 있는 전자라도 B층을 통과하지 목할 것이기 때문이다. 이것은 일종의 논리게이트나 다름없다. B층의 자화 방향을 역전시키는 자기장을 외부에서 걸어주기만 하면 게이트의 개폐를 제어할 수 있다. 이를 토대로 1987년 프랑스의 알베르 페르와 독일 페테르 그륀베르크(Peter Grünberg 1939-)는 이른바 ‘거대자기저항’(giant magnetoresistance)현상을 발견할 수 있었다. (41-42)

예를 들어 2개의 자성층 사이에 절연층을 끼워 넣으면 전자의 이동은 ‘터널 효과’라고 불리는 순전히 양자역학적인 현상이 된다. (43)

‘터널자기저항 효과’는 1975년 프랑스 렌느 대학교 미셸 쥘리에르(Michel Jullière, s.d.)가 처음 발견했으며, 1995년 미국 매사추세츠 공과대학(MIT)의 연구팀에 의재 재조명되었다. (43)

금속과 절연체에서 시작된 스핀트로닉스는 이제 반도체를 활용해 새로운 지평을 열고 있다. 반도체 스핀트로닉스 스핀 조작을 용이하게 해주는 자성 금속의 장점과 전류 이동 제어에 활용되는 반도체의 장점을 동시에 이용한다. (44)

제3장 트랜지스터 없는 컴퓨터! 45

어떤 연구자들은 ‘바이오컴퓨터’(biological computer)를 제안한다. .. 또다른 연구자들의 대안은 나노 스케일에서 물리현상을 설명하는 양자역학의 이름을 딴 ‘양자컴퓨터’(quantum computer)다. (47-48)

󰋮DNA 이중나선구조 48

DNA, 즉 데옥시리보핵산(Deoxyribonucleic acid)은 유전 정보 저장과 전달의 물적 토대다. DNA는 2개의 사슬이 이중나선 형태로 서로 꼬여 있는 모양의 복잡한 분자다. (48)

이것이 DNA 복제양식에 기반을 둔 생체정보과학이라는 아이디어가 탄생할 수 있었던 배경이다. 1994년 캘리포니아대학교의 레너드 M. 아델만(Leonard Max Adleman, 1945-)은 오늘날 유명해진 한 논문에서 이른바 ‘외판원 문제’와 유사한 고전적인 경로 찾기 문제를 해결하는데 어떻게 DNA 복제 과정을 이용했는지 설명했다. (50)

이런 선별 작업은 지난한 과정이다. 실제로 아델만의 실험에서 선별 작업에 걸린 시간은 1주일이었다. 포켓 PC가 순식간에 해결할 수 있는 연산을 끝내는 데 1주일이나 걸린 것이다. 그러나 선별과정이 훨씬 가속될 수 있다. 세계 곳곳의 많은 연구소들의 자동 선별 과정을 구축하려 노력하고 있으며, 오늘날 병렬 선별을 위한 ‘나노실험실’(nanolaboratory) 개념도 등장했다. 둘째 한계는 생체 연산의 원리 자체에 기인한다. 생체연산은 무수한 해들을 병렬 제조한다. (53)

󰋮양자컴퓨터 54.

세상은 양자의 세계다. (54)

그러나 우리는 빛 역시 ‘양자화’되었다는 것을 깨달았다. 사실 모든 빛의 복사는 우리가 광자(photon)라고 부르는 일련의 빛의 입자들이다(빛이 입자가 아니라면 빛의 복사에너지 값이 특정 상수의 정수배로 변한다는 복사법칙은 설명되지 않는다. ‘양자’라는 단어 자체도 수량을 뜻하는 라틴어 ‘quantus'에서 유래한 말로 연속적인 흐름에 반대되는 개념으로 이해하면 된다 - 옮긴이). 이 광자의 ’색‘이 빛 입자들이 운반하는 에너지양을 직접적으로 보여주는 것이다(예를 들어 스펙트럼상에서 푸른색은 단파장으로 에너지준위가 높고, 붉은색은 장파장으로 에너지 준위가 낮다 - 옮긴이). (57)

그런데 불행하게도 현재로서는 양자컴퓨터에 적합한 연산 알고리즘은 몇 개만 개발되어 있을 뿐이다. (60)

양자컴퓨터는 언젠가 상용화되겠지만 가까운 미래에는 아닐 것이다(2011년 디 웨이브 시스템즈에서 발효한 상용 양자 컴퓨터 가격이 1000만 달러에 달하며 거대한 특수냉각장치가 필요하다. 상용이라 해도 아직 가정용과는 거리가 멀다 - 옮긴이). (62-63)

* 나가며 65

스핀트로닉스는 이미 다른 대안들에 비해 상당한 성과를 보여주고 있으며, 점점 더 중요한 역할을 담당하게 될 것이다. 좀더 장기적으로 보자면 이 모든 분야에 대한 연구들이 워낙 다양해서 이러저러한 예상을 하는 것이 사실상 무의미하다. .. 어쩌면 분자전자소자와 나노 크기의 실리콘 기반 트랜지스터가 공존할 수도 있을 것이다. (66)

과학과 기술의 역사는 의외성으로 점철되어 있다. 1950년대 초에 트랜지스터로 최초의 작업이 수행되었을 때, 트랜지스터가 정보 과학 분야에서 사용될 수 있으리라고는 누구도 상상하지 못했다. (67)

* 참고문헌 68-70

# 인명록

알드윈(Buzz Aldrin, né Edwin Eugene Aldrin junior, 1930-) 미국 우주 비행사, 미공군 출신. 1969년 7월 21일 아폴로 11호(Apollo 11)를 탑승자이다.

아델만(Leonard Max Adleman, 1945-) 미국 컴퓨터 과학자. 엔크립톤(RSA encryption) 발명하였다. 󰡔Molecular Computation of Solutions To Combinatorial Problems, 1994󰡕 Fred Cohen, in his 1984 paper, Experiments with Computer Viruses has credited Adleman with coining the term "virus".[10]

암스트롱(Neil Alden Armstrong, 1930-2012) 미국 우주 비행사. 아폴로 11호(Apollo 11)를 타고 1969년 7월 21일 탈착륙자.

아비람(Ari Aviram, s.d.) 󰡔Molecular Electronics: Science and Technology, 1999)󰡕(With, Mark Ratner), 󰡔Molecular Electronics II, 2003)󰡕(With, Mark Ratner)

브래튼(Walter Houser Brattain, 1902-1987) 미국 물리학자. 바딘(John Bardeen 1908-1991), 쇼클리(William Shockley, 1910–1989)와 더불어 1956년 노벨 물리학상이다.

est un physicien américain. et lui sont colauréats du prix Nobel de physique de 1956

콜린스(Michael Collins, 1930-) 미국 우주 비행사. 1969년 7월 21일 아폴로 11호(Apollo 11)를 탑승자이다.

페르(Albert Fert, 1938-) 프랑스 물리학자, un physicien français, spécialiste de physique de la matière condensée.

그륀베르크(Peter Andreas Grünberg 1939-) 독일 물리학자. GMR-Effekt. 2007년 노벨 물리학상

제임스 히스(James R. Heath, 1962-) 미국 화학자. He is an American chemist and the Elizabeth W. Gilloon Professor of Chemistry at the California Institute of Technology.

릴리언펠트(Julius Edgar Lilienfeld, 1882-1963), 독일 물리학자, 발명가. 1927년 미국 이민자이며, Il a inventé entre autres le transistor et le condensateur électrolytique dans les années 1920.

메츠거(Robert A. Metzger, 1956-) 전자기술자, 공상 과학 작가. Robert M. Metzger과 다른 사람인가 오타인가?

무어(Gordon Earle Moore, 1929-) 화학 물리학 박사. 미국 기업가. 노이시(Robert Noyce)와 그로브(Andrew Grove)와 더불어 1968년에 인텔회사(Intel, 1968년 창설) 창업. (영국 잡지)󰡔Electronics󰡕에 1965년 4월 19일 경험적 법칙을 발표했다.

래트너(Mark A. Ratner, 1942-) 미국 기술자. 󰡔Molecular Electronics II, 2003)󰡕(With, Mark Ratner). 노스웨스턴 대학교 교수.

로스네(Joël de Rosnay, 1937-) 프랑스 과학론자, 미래전망자. scientifique, prospectiviste, conférencier, écrivain français et surfeur. 󰡔Le Macroscope: vers une vision globale, 1975)󰡕, 󰡔(Le Cerveau planétaire, 1986)󰡕, 󰡔상징적 인간(L’Homme symbiotique: Regards sur le troisième millénaire, 1995)󰡕, 󰡔생명을 파도타기: 어떻게 유동사회에서 살아남는가(Surfer la vie: comment sur-vivre dans la société fluide, 2012)󰡕

샘블스(John Roy Sambles, 1945-) 영국 실험 물리학자. 물리학회 회장(President of the Institute of Physics). 󰡔The Optics of Thermotropic Liquid Crystals, 1998)󰡕(edited with Steve Elston)

쉴(Alain Schuhl, 1954?), ENS 출신, 1986년 박사(Docteur ès sciences physiques (Paris 11, 1986). 물리학연구소 원장(Directeur de l'Institut de physique du CNRS), 󰡔컴퓨터 내부(À l'intérieur de l'ordinateur, 2005)󰡕, 󰡔소리들과 빛들의 실험실(Le labo des sons et des lumières, 2010)󰡕, 󰡔취사병의 실험실(Le labo du cuistot 2012)󰡕 / Université Paris Sud (Paris XI) Docteur es science, Magnetisme d'interface de l'helium 3He polarisé 1982–1986: Université Pierre et Marie Curie (Paris VI) Université Pierre et Marie Curie (Paris VI) These 3ieme cycle, Perovskytes de Terre rare 1979–1980: lycee blaise pascal Baccalauréat 1969–1975: Maternelle Bures sur Yvette 1960–1963.

스토다트(James Fraser Stoddart, 1942-) 스코틀랜드 화학자. He is a Scottish chemist currently (as of 22 March 2014) at the Department of Chemistry at Northwestern University in the United States. He works in the area of supramolecular chemistry and nanotechnology.

박수현, 고려대 경제학과 졸, 프랑스 파리 제10대학에서 경제학 석사, 현재 국제회의 통역사 겸 번역가로 활동 중이다.

(6:13, 49NMH)

책S18슐2006컴퓨터.hwp

[마실가]

쉴(Alain Schuhl, 1957-), ENS 출신, 1986년 국가박사

[천야]

"서문을 쓴 로스네(Joël de Rosnay, 1937-)의 글을 두 세번 읽으면서, 나름으로 생각한 것이 하나있다. 30년 후 즉 21세기의 전반이 끝날 때, 아마도 그 세상은 내가 상상할 수 있는 세상을 넘어설 것 같다." (49NMH)
내가 느끼기로 코로나 19 이래로 DNA쪽 뿐만이 아니라, 누리소통의 세계는 다른 세상을 만들었다. 문명론이 아니라 문화론이라는 관점이 맞을 것 같다.
2016에 쉴을 읽은 감상보다 훨씬 빠르게 AI의 시대가 열린 것 같다. 현재 2025년인데도, 전지구적 소통은 각각의 입말과 문자를 사용하지만, 기호와 상징의 전지구적 소통은 우선은 표면을 넓히지만, 두께의 강도와 심층의 깊이가 함께 흐르는 소통의 시대는 다는 세상일 것 같다. 각 터전의 공동체를 경험하는 것은 신체를 지닌 인간일 것이며, 사는 것이 먼저이고 생각하는 것은 다음이며, 놀이의 누리소통은 그 다음일 것 같다. (58NLE)