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[김정호의 4차혁명 오딧세이] 세번 만난 아인슈타인

천재 과학자 아인슈타인은 4차 산업혁명에서도 위력적

  • 기사입력 : 2017년09월20일 10:18
  • 최종수정 : 2017년09월20일 10:18
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이스라엘 스타트업, 벤처 기업의 산실 테크니온 대학

얼마전 동료들과 함께 이스라엘을 다녀왔다. 현대자동차, KAIST, 이스라엘 테크니온 대학과 차세대 커넥티드 자동차 기술 개발과 벤처 창업 발굴 협력을 논의하기 위해서다. 이스라엘 테크니온 대학은 이스라엘의 대표적 이공계 연구 중심 대학이다. 설립 목적과 규모가 KAIST와 유사하다. 텔아비브 북쪽 래바논 근처의 항구 도시인 하이파에 있다.

테크니온 대학의 대표적인 성과는 성공적인 스타트업 기업 육성 실적에 있다. 졸업생 중에 60% 이상이 스타트업에 뛰어들 정도로 이스라엘이 '창업국가' 로 발돋움하는데 주도적인 역할을 해왔다. 

테크니온 대학은 1924년 도시공학, 건축학 두 개의 과목에 학생 16명으로 시작됐다. 그런데 개교 과정에서 아인슈타인이 깊게 관여했다고 한다. 이번 방문 기간에 학교 대표적 건물 로비에 걸려 있는 개교 기념 사진의 가장 중간에 아인슈타인의 모습이 보였다. 오늘날의 테크니온 대학의 실적과 이스라엘 창업 국가 건설의 씨앗을 아인슈타인이 뿌려 놓은 것이다. 아인슈타인이 인류 역사상 가장 위대한 과학자일 뿐만 아니라 현재 이스라엘의 산업과 스타트업 모습을 설계한 전략가이기도 한 놀라운 사실을 알게 됐다. 이 만남이 필자와 아인슈타인의 세 번째 만남이다.

노벨상 아인슈타인도 테크니온 대학과 인연

아인슈타인을 처음 만난 것은 대학 2학년 현대 물리 과목에서다. 나는 대학 시절 전공을 가리지 않고 흥미 있는 과목이면 학과를 가리지 않고 수강했다. 특히 현대 물리는 가장 재미있게 공부한 과목 중 하나다.

현대 물리 속의 여러 이론들은 반도체 이론과 설계 원리에 그대로 적용된다. 현재 4차 산업혁명의 동작은 실리콘 반도체가 거의 다 한다고 볼 수 있는데, 이 동작 원리의 기초를 현대 물리 과목에서 이해했다. 전자의 파동성으로 반도체 종류가 결정되고, 밴드갭이 생성되고, 에너지 레벨 등이 결정된다. 그에 따라 전류, 전압이, 특성 곡선이 정해진다. 특히 에너지가 연속적이지 않고 양자화되고, 양자화되는 값들도 계산해 보았다. 불확실성 이론도 알게 되었다.

현대 물리 내용 중에 또 하나 중요한 이론이 '아인슈타인의 상대성 이론'이다. 상대성 이론은 특수 상대성 이론과 일반 상대성 이론으로 나뉜다. 그 중 특수 상대성 이론의 핵심적인 가정 하나가 '빛의 속도는 언제나 일정하다'는 것이다. 다시 말해 내가 어느 공간, 어느 좌표계, 어느 속도에 있더라도 빛의 속도는 일정하다는 것.

더 나아가 특수상대성 이론에는 길이, 질량, 시간, 공간, 에너지 등이 불변이 아니라 물체의 속도가 빛의 속도에 가까워지면 변한다는 내용이 있다. 시계가 늦게 가기도 하고 빨리 가기도 한다. 길이가 길어지기도 하고 짧아지기도 한다. 하지만 일반 상대성 이론은 매우 이해하기 어렵다. 더 이해하고 싶어 수학과의 미분기하학도 수강했다. 한 단계 더 이해하고 싶어 물리학과 양자역학 과목도 수강했는데, 수학 문제만 풀다 마쳤다. 그 과목이 내게게 영감과 통찰력을 주진 못했다. 

아인슈타인같은 천재 과학자를 5차 산업혁명에서 보게 되기를...

4차 산업혁명 시대를 만나 다시 한번 아인슈타인을 만났다. 대학에서 현대 물리를 공부한 지도 35년이 넘었다. 다만 '빛의 속도는 일정하다'는 이론은 놀랍게도 아직까지 살아있다. 연구 개발하는 고성능 반도체 시스템 설계에 아인슈타인의 특수 상대성 이론이 살아 있다. 4차 산업혁명 시대에는 데이터를 빠른 시간 내에 주고 받고, 인공지능으로 처리해야 한다. 그래서 인공지능 서버의 고속 성능, 데이터 센터의 고속 성능, 이들을 연결하는 네트워크의 고속 성능이 중요하게 된다. 느리면 아무도 그 서비스를 찾지 않는다.

아무리 데이터 계산, 저장, 전송 속도가 빨라져도, 빛의 속도를 넘을 수 없다. 아인슈타인의 특수 상대성 이론이 성립되는 한, 빛의 속도가 4차 산업혁명의 성능을 결정한다.

인공지능 반도체, 메모리, 네트워크 모두 빛의 속도로 동작하도록 설계해야 한다. 빛의 속도는 일정한데 시간을 줄이려면 길이를 짧게 해야 한다. 그래서 반도체를 나노(10억분의 1) 미터급으로 소형화하려 한다. 컴퓨터도 소형화해서 크기를 줄여야 한다. 컴퓨터를 연결하는 케이블의 길이도 줄여야 한다. 또 데이터 센터와 나와의 거리를 짧게 해야 한다. 그래서 분산해서 수요자 가까이 데이터 센터를 설치해야 한다. 그게 클라우드 컴퓨팅 시스템이다. 앞으로 스마트폰, 자율주행 자동차에 많은 양의 데이터가 생산되고 수비되는데, 시간을 줄이기 위해 스마트폰, 자율주행자동차가 작은 데이터 센터가 되어야 한다. 

필자는 이렇게 아인슈타인과 세 번 만났다. '우리 만남은 우연이 아니야….'로 시작하는 노사연의 노래가 있다. 앞으로 또 5차 산업혁명 때 또 다시 그를 만나기 기대한다. 어쩌면 5차 산업혁명은 아인슈타인의 특수 상대성 이론이 깨져야 등장할지도 모른다. 그럼에도 중요한 진리는 자꾸 다시 만나게 된다. 그래서 아인슈타인이 위대한 것이다. 머리 식힐 때 대학 때 공부한 현대 물리학 책을 다시 봐야 하겠다. 도서관 아래 아크로폴리스에 가보고 싶다. 그 바닥은 아직도 딱딱할까.

<김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수>

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