무어의 법칙 이후 이끄는 새로운 컴퓨팅 기술들의 탄생

무어의 법칙은 기술의 빠른 혁신을 상징하는 용어로 지금도 계속 의미있게 쓰이고 있지만, 2년마다 반도체 칩 성능이 두배 성증가한다는 원칙에는 금이 많이 갔다는 평가가 많다. 한계에 이른 무어의 법칙으로 미래 컴퓨의 미래를 설명하기는 어렵게 됐다는 얘기들이 적지 않다.

최근 읽은 책 '메가테크2050'에서도 무어의 법칙은 이제 기운이 빠졌다는 평가를 받는다.

"칩의 부품을 축속하는 것은 매번 더 어려워지고 이미 현대 트랜지스터는 크기가 겨우 원자 12개 정도로 측정되어 엔지니어들은 공간이 부족하다고 아우성이다. 1971년 4004의 출시부터 2016년 중반까지를 통해 무어의 법칙은 대강 22번 반복됐다. 이 법칙이 2050년까지 유효하려면 17번이 더 반복돼야 하는데, 이 경우 엔지니어들은 현존하는 가장 작은 원소인 수소의 원자보다 더 작은 부품으로 컴퓨터를 만들어야 한다. 그것은 실제로 불가능하다.

무어의 법칙은 약발이 예전같지 않아졌을 뿐만 아니라 결국 사라질 수 밖에 없다는 것이 책의 전망이다.

하지만 무어의 법칙은 물리학에 앞서 비즈니스 때문에 사라질 것이다. 왜냐면 트랜지스터를 작게 만드는 것의 이점이 예전과 다르기 때문이다. 무어의 법칙은 데너드 스케일링으로 불리는 현상에 의해 탄탄해졌다. 이 법칙은 IBM 엔지니어인 로버트 데너드의 이름을 딴 것인데, 그는 1974년 처음으로 이 아이디어를 공식화했다. 이 법칙에 따르면 칩의 부품을 줄이면 칩이 더 빨라지고, 컴퓨팅 파워에 덜 굶주리게 되고, 생산 단가도 저렴해진다. 다른 말로 하면 더 작은 부품을 가진 칩이 더 나은 칩이라는 것인데, 이 때문에 컴퓨터 산업은 소비자들을 설득해 몇년마다 최신 모델에 지갑을 열게 할 수 있었다.

하지만 구시대의 마술은 점점 그 힘을 잃고 있다. 칩의 크기를 줄이는 것은 과거에 그랬던 것처럼 더 빠르고 더 효율적으로 만들지 못한다. 동시에 칩을 만들기 위해 필요한 초정밀 장비들의 가격 폭등이 재무적 손익을 악화시키고 있다. 좀더 마음 편한 무어의 두번째 법칙은 주조공장이라고 불리는 공장의 비용이 4년마다 두배가 된다고 말한다. 최근 것은 거의 100억달러에 육박하는데, 이것은 인텔에게조차 아주 큰 돈이다.

그 결과 실리콘밸리 전문가들 사이에서는 무어의 법칙이 종말에 가까워졌다는 합의가 이루어졌다. 이렇게 지난 50년간 가장 강력한 기술적 힘 중 하나가 곧 일생을 마칠 것이다. 사람들은 컴퓨터가 계속해서 맹렬한 속도로 더 좋아지고 더 값싸질 것이라고 생각한다. 이러한 믿음은 자율주행차부터 더 나은 인공지능과 좀처럼 눈을 뗄 수 없는 가정용 기기까지 이책 곳곳에 나와 있는 많은 기술을 예측하는데 있어서도 중요한 기저를 이룬다. 하지만 부품을 작게 하는 것 이외에도 컴퓨터를 더 좋게 만들 수 있는 다른 길이 있다. 즉 무어의 법칙이 컴퓨터 혁명의 종말로 이어지지는 않을 것이다. 그보다 그것이 진짜 의미하는 것은 다가오는 수십년이 이전과는 아주 달라 보일 것이라는 사실이다. 왜나면 그 어떤 대안도 과거 반세기 동안 겪은 칩의 엄청난 축소만큼 믿을만하고 반복적인 것은 없을 것이기 떄문이다.계속 컴퓨터를 더 빠르게 만들기 원한다면 아마 다른 트릭을 사용해야만 하는 것이다."

한계에 이른 무어의 법칙을 확실하게 대체하는 패러다임은 없다. 메가테크2050을 보면 여러개의 대안들이 거론되는데, 이중 하나가 무어의 법칙의 뒤를 잇는다기 보다는 상호 보완적인 역할을 하면서 포스트 무어의 법칙 시대를 열어갈 것이란게 무게가 실렸다.

무어의 법칙을 대체할 패러다임 중 하나는 하드웨어가 아닌 소프트웨어다. 크게 행상된 프로그래밍 기술이다. 소프트웨어로 시스템 성능을 올리는 것이, 앞으로 더욱 중요해질 것이라는 설명이다.

"과거 무어의 법칙의 정신없이 빠른 속도는 소프트웨어 회사들에게 그들의 제품을 합리화할 시간을 허락하지 않았다. 고객들이 더 빠른 컴퓨터를 수년마다 살 것이라는 확신은 그동기를 더 약화시켰다. 느린 코드의 속도를 높이는 가장 쉬운 방법은 그저 하드웨어가 따라잡기를 한두해 기다리는 것이다. 무어의 법칙이 서서히 멈추면서, 컴퓨팅 산업의 그 유명했던 짧은 생산 사이클은 길어지기 시작할 것이고, 프로그래머들에게는 그들의 작업을 손질할 시간을 더 줄 것이다."

보다 전문화된 하드웨어도 대안으로 꼽힌다. 직접 언급되지는 않았지만, 특정 목적에 최적화된 용도로 쓸 수 있는 FPGA(field-programmable gate array) 칩을 의미하는 것 같다.

현대 칩들은 영화 압축을 풀거나 암호화에 요구되는 복잡한 계산을 수행하거나 비디오 게임에서 사용되는 복잡한 3D 그래픽을 그리는 것과 같은 일반적 과제의 속도를 높이기 위해 특별히 설계된 회로를 특징으로 삼기 시작했다.  컴퓨터가 모든 종류의 다른 제품안으로 퍼지면 그런 전문화된 실리콘의 유용성은 더욱 커질 것이다. 예를 들면 자율주행차는 점점더 머신비전을 활용할텐데, 여기서는 컴퓨터가 실세계로부터의 이미지를 배우고 물체를 분류하고 정보를 추출하는 작업을 하느라, 계산의 부담이 커진다. 이때 특화된 회로는 큰힘을 제공할 것이다."

프로그래밍과 전문화된 하드웨어보다는 상당히 파괴적인 기술들도 있다. 책에 따르면 컴퓨팅이 누구나 익숙해진 그 속도에 맞추어 계속 향상되기 위해서는 뭔가 더 급진적인 것이 필요하다.

한가지 아이디어는 그것을 3차원으로 옮김으로써 무어의 법칙이 계속되게 하는 것이다. 지금의 칩들은 기본적으로 납작하다. 연구가들은 부품들을 옆이 아니라 위로 쌓은 칩을 만지작 거리고 있다. 만약 칩의 횡적 공간이 줄어들기 시작하더라도 부품을 위로 쌓는다면, 디자이너들이 계속해서 더 많은 부품을 밀어넣을 수 있을 것이다. 마치 고층 건물이 같은 지역의 저층 집들보다 더 많은 사람들을 살게 할 수 있게 하는 것과 같다.

그런 장비가 처음으로 시장에 나오고 있다. 거대 반도체 회사인 한국의 삼성은 메모리 칩이 몇개의 층으로 쌓인 하드드라이브를 팔고 있다. 이 기술은 엄청난 가능성을 가지고 있다. 최근 컴퓨터들은 그들의 프로세서보다 몇 센티미터 떨어져 끼운다. 실리콘 속도로 볼떄 1센티미터는 아주 먼 길인데, 새로운 데이터를 가져올 때마다 심각한 지연이 발생함을 의미한다. 3D 칩은 프로세싱 로직층을 메모리 층 사이에 샌드위치처럼 포갬으로써 그러한 병목을 제거할 수 있다. IBM은 디자이너들이 3D 칩을 활용하면 현재 빌딩을 가득 채우고 있는 슈퍼컴퓨터를 구두상자 크기 정도로 줄일 수 있을 것이라고 생각하고 있다.

하지만 그것이 가능하게 하려면 일부 근본적인 디자인의 변화가 요구된다. 현대 칩들은 이미 뜨겁게 가동되고 있어 그것을 식히기 위해 우람한 크기의 방열판과 펜이 요구된다. 3D 칩은 그보다 더 심할 것이다. 열을 제거하기에 가용한 표면적이 열을 발생시키는 양보다 훨씬 더 느리게 늘어날 것이기 때문이다. 마찬가지 이유로 지속적으로 파워를 유지하고 처리할 데이터를 공급하기 위해 충분한 전기와 데이터를 그런 칩안으로 가져오는데에도 문제가 있다."

양자 컴퓨팅도 차세대 컴퓨팅 키워드다. 하지만 양자 컴퓨팅이 지금의 컴퓨팅 기술이 제공하는 모든 것은 대체하기는 현실적으로 무리가 있다. 관리가 만만치 않은 것이 가장 큰 걸림돌로 꼽힌다.

양자 컴퓨팅은 기존의 어떠한 컴퓨터보다도 특정 유형의 수학적 문제를 훨씬 더 빨리 풀수 있는 기계를 만들 수 있다. 하지만 양자 기계는 다른 많은 문제에 대해서는 어떠한 이점도 제공하지 못할 것이다. 십년전의 양자 컴퓨팅은 추측에 근거한 연구에 국한되었다. 이 시기에는 몇몇 큰 회사들이 기술에 자금을 쏟아붓고 있었다. 마이크로소프트, IBM, 구글도 여기에 포함되었는데, 모두가 양자 칩이 향후 10년이나 20년안에 가용될 것이라고 예측했다. 사실 관심 있는 사람이라면 누구나 지금이라도 IBM의 양자 칩을 원격으로 가지고 놀 수 있으며, 인터넷을 통해 프로그래밍할 수 있다. 디웨이브라 불리는 캐나다 회사는 제한된 양자 컴퓨터를 파는데, 이것은 한가지 수학적 기능만을 수행할 수 있다. 하지만 아직 그 특정 기계가 다른 비양자 모델보다 정말 빠른지는 분명하지 않다.

3D 칩처럼 양자 컴퓨터도 특별한 관리와 수유가 필요하다. 양자 컴퓨터가 등장하기 위해서는 그 내부가 바깥 세상으로부터 밀폐되어 있어야 한다. 양자 컴퓨터는 아슬아슬하게 절대 영도 이내의 액체 헬륨으로 냉각시켜야만 한다. 그리고 정교하게 차폐 시켜 보호해야 하는데, 왜냐면 아주 작은 열의 진동이나 빗나간 전자기파가 그런 기계가 의존하는 섬세한 양자 상태를 망칠 수 있기 때문이다.

하지만 향후 개선 방안은 제한적이다. 얻을 수 있는 효과가 한번에 그치거나 특정 종류의 계산에만 적용된다. 무어의 법칙의 위대한 강점은 그것이 2년마다 메트로놈 같은 규칙성을 가지고 모든 것을 개선했다는 점이다. 하지만 미래의 진전은 혹독하고 더 예측하기 어렵고, 더 불규칙할 것이다. 그리고 전성기 때와 달리 소비재로 자연스럽게 이동할 것인지도 불투명하다. 어째튼 극저온으로냉각된 양자 PC 또는 스마트폰을 원하는 사람의 거의 없을 것이다. 액체 냉각 역시 마찬가지인데, 무겁고 지저분하고 복잡하다. 주어진 과제에 대해 특화된 로직을 만드는 것조차 그것을 정기적으로 사용될 때에만 가치가 있다.

하지만 세 기술 모두 데이터센터에는 잘 맞을 것이다. 거기에는 향후 수십년에 걸친 또 다른 큰 추세에 동력 공급을 도울 것이다. 클라우드 컴퓨팅으로 알려진 기술은 산업계가 무어의 법칙의 종말에 따른 영향을 약화시키는 가장 중요한 방법 중 하나가 될것이다.

책을 보면서 무어의 법칙의 계승자는 결국 클라우드 컴퓨팅이라는 생각을 하게 됐다. 필요한 컴퓨팅 용량을 그렇게 부담스런 비용을 내지 않고 클라우드안에서 가져다 쓸 수 있게 되면, 2년마다 성능이 두배가 되지 않아도 별로 아쉽지 않을 수 있다. 차세대 컴퓨팅은 칩의 성능 아니라 네트워크의 성능이 핵심이 되는 것 같다.

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