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미래의 컴퓨터 (3회 대출)

자료유형
단행본
개인저자
Schuhl, Alain 박수현, 역
서명 / 저자사항
미래의 컴퓨터 / 알랭 슐 지음 ; 박수현 옮김
발행사항
서울 :   알마,   2013  
형태사항
70 p. : 삽화 ; 20 cm
총서사항
과학과 사회 = Science & society ; 18
원표제
(Les) ordinateurs de demain
ISBN
9788994963969 9788992525459 (세트)
일반주기
원서총서표제: Le college de la cite  
서지주기
참고문헌: p. 68-70
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소장정보

No. 소장처 청구기호 등록번호 도서상태 반납예정일 예약 서비스
No. 1 소장처 중앙도서관/제2자료실(3층)/ 청구기호 004 2013z2 등록번호 111704293 도서상태 대출가능 반납예정일 예약 서비스 B M

컨텐츠정보

책소개

‘꿈의 컴퓨터’는 과연 현실이 될 수 있을까? 완전히 새로운 개념의 미래 컴퓨터를 설계하려는 도전은 성공할 것인가? 독자의 눈높이에 맞추어 과학기술 개념을 설명하는 글을 써온 그는 이 책에서 컴퓨터 발전의 현재와 미래의 최첨단 원리를 쉽게 설명하면서, 연구자들이 뛰어넘어야 할 과제를 객관적이고 차분하게 지적한다.

그는 “꿈의 컴퓨터”라는 호명에 깃든 환상을 걷어내고 미래를 향한 현재의 발걸음을 가감없이 보여준다. 현 단계에 연구자들이 컴퓨터의 미래를 ‘왜 그리고 어떻게’ 구상하고 또 실현하고 있는지, 간명하고 알기 쉬우면서도 설득력 있게 설명해냈다. 미래의 컴퓨터가 어떤 모습으로 어떤 일을 수행할 수 있을지는 아직 누구도 확신할 수 없지만, 독자는 이 책에서 미래 기술 발전의 여러 길을 객관적으로 평가하고 예상해볼 수 있을 것이다.

컴퓨터의 진화는 계속된다. 더 작게, 더 많이, 더 효율적으로, 더 빠르게!
컴퓨터의 역사는 “더 작게, 더 많이, 더 효율적으로, 더 빠르게” 진화해온 역사였다. “반도체 집적회로의 성능은 18개월마다 2배로 증가한다”라는 ‘무어의 법칙’은 인텔의 공동설립자인 고든 무어가 말한 지 40년이 지난 지금까지도 유효하다. 일반인의 입장에서는 컴퓨터의 처리 속도는 빨라지고, 처리 용량은 늘어나고, 크기는 작아지면서도 값은 싸진 셈이다. 앞으로도 진화는 계속되어 미래의 컴퓨터는 더욱 작아지고 더욱 똑똑해질 것이다. 손목시계(갤럭시기어)나 안경(구글글래스)처럼 사용자가 간단히 착용하고 복잡한 기능을 이용할 수 있는 컴퓨터가 이미 만들어지고 있다.
그런데 이런 미래를 가능케 할 집적회로의 소형화는 머지않아 한계에 도달할 것이다. 소형화가 분자 단위에 이르러 ‘더는 작아질 수 없을 정도로 작아지는’ 때가 바로 그 한계 시점이다. 기술개발이 현재 속도로 진행된다면 2020년경에는 더이상의 소형화가 불가능할 것이다. 그러나 컴퓨터의 성능을 향상시키려는 연구자들의 도전은 멈추지 않는다. 이미 연구자들은 소형화 이후의 소형화, 컴퓨터의 새로운 진화를 설계하고 있다.
이 책 《미래의 컴퓨터》의 저자 알랭 슐은 프랑스 낭시의 앙리-푸앵카레대학교 물리학부 나노과학과 교수로 재직 중이며, 스핀일렉트로닉스 관련 연구팀을 이끌고 있다. 독자의 눈높이에 맞추어 과학기술 개념을 설명하는 글을 써온 그는 이 책에서 컴퓨터 발전의 현재와 미래의 최첨단 원리를 쉽게 설명하면서, 연구자들이 뛰어넘어야 할 과제를 객관적이고 차분하게 지적한다.

미래의 컴퓨터는 어떤 모습일까?
더 작게! 차세대 트랜지스터

현재의 실리콘 트랜지스터가 한계에 도달했을 때 소형화를 진전시킬 수 있는 유력한 대안으로 연구자들은 분자전자공학과 스핀트로닉스를 꼽는다. 분자전자공학은 전자소자를 전기적 기능을 가진 하나의 분자, 또는 현실적으로 몇 개의 분자를 통해 구현하는 것을 목표로 한다. 분자 트랜지스터, 분자 다이오드, 분자 메모리 소자를 이용하면 현재의 컴퓨터와 비교할 수 없을 정도로 작아진 분자컴퓨터를 만들 수 있을 것이다. 한편, 전자소자의 설계에 전자의 자기모멘트를 이용하는 스핀트로닉스(스핀전자공학) 연구도 활발하다. 스핀트로닉스는 데이터 저장 분야에서 획기적인 발전을 이끌어 비휘발성 저전력 메모리 소자인 ‘M램’의 개발을 가능케 했다. 이 기술은 특히 휴대전화나 위성 제작 분야에서 위력을 발휘할 것이다.

더 빠르게! 트랜지스터를 버리고 컴퓨터의 역사를 다시 시작하다

실리콘 트랜지스터이든, 분자 트랜지스터이든, 트랜지스터의 구조나 소재와 상관없이 소형화가 더는 불가능한 시점도 반드시 올 것이다. 연구자들은 이에 대한 대안으로 트랜지스터로 만든 논리게이트 대신 완전히 새로운 개념에서 출발하는 컴퓨터를 구상하고 있다. ‘바이오컴퓨터’는 단순히 인간의 뇌를 모방하는 컴퓨터가 아니라, DNA 분자의 복제 메커니즘을 연산에 응용하는 컴퓨터다. DNA 분자의 독특한 선택적 결합(상보결합)을 이용해 가능한 모든 결과를 동시에 탐색하는 병렬연산을 수행하는 것이다. 바이오컴퓨터는 아직 상용화가 요원한 아이디어에 머무르고 있지만, 미국의 천재 물리학자 리처드 파인만이 1982년 처음 아이디어를 제시한 ‘양자컴퓨터’는 이미 상용화 단계에 들어서 있다. 바이오컴퓨터와 마찬가지로 양자컴퓨터도 동시에 여러 개의 연산을 병렬처리하는 것이 핵심이다. ‘가능한 여러 상태가 중첩되어 존재한다’는 양자역학의 원리를 이용한 것이다.

‘꿈의 컴퓨터’를 향한, 진행 중인 도전!

차세대 전자공학을 선도할 대안들이 실현되려면 과학적, 기술적으로 중대하고도 다양한 난점들을 해결해야 한다. 예컨대 ‘꿈의 컴퓨터’로 불리며 전 세계적으로 관심을 받고 있는 양자컴퓨터는 양자역학의 ‘결어긋남’ 현상을 피할 방법을 찾아야만 하며, 절대영도에 가까운 온도를 유지할 특수하고 거대한 냉각장치를 필요로 한다. 또 실제적으로 양자컴퓨터에 맞는 연산방법 자체가 아직 제대로 개발되지 않았다는 한계도 있다.
이 책의 저자 알랭 슐은 “꿈의 컴퓨터”라는 호명에 깃든 환상을 걷어내고 미래를 향한 현재의 발걸음을 가감없이 보여준다. 현 단계에 연구자들이 컴퓨터의 미래를 ‘왜 그리고 어떻게’ 구상하고 또 실현하고 있는지, 간명하고 알기 쉬우면서도 설득력 있게 설명해냈다. 미래의 컴퓨터가 어떤 모습으로 어떤 일을 수행할 수 있을지는 아직 누구도 확신할 수 없지만, 독자는 이 책에서 미래 기술 발전의 여러 길을 객관적으로 평가하고 예상해볼 수 있을 것이다.


[책 속으로]
여는 글
마이크로스코프(microscope, 현미경)로 무한소를, 텔레스코프(telescope, 망원경)로 무한대를 정복한 인간에게 컴퓨터는 세 번째 무한 개념, 즉 복잡성을 정복하게 해주는 ‘매크로스코프macroscope’가 되었다. 컴퓨터는 시간과 공간을 단축하거나 축소하고, 인간의 뇌가 따라가기에 너무 느리거나 너무 빠른 변화를 지각할 수 있는 변화로 바꿔준다. … 컴퓨터 덕분에 자연을 과학의 전통적인 방식이 아닌 새로운 방식으로 이해하는 것이 처음으로 가능해졌다. 지금까지 과학자들은 물질을 이루는 최소 단위를 찾아내기 위해 줄기차게 노력했다. 그 결과 분자, 원자, 소립자 등이 발견되었고, 우리는 자연을 최소 구성성분으로 분해하는 방식으로 이해했다. 그런데 컴퓨터의 등장으로 조직 및 작동의 복잡성을 유발하는 단순한 법칙들과 요인들에 기초해 자연을 재구성하는 방식으로 자연을 이해할 수 있게 된 것이다. _6쪽

그렇다면 미래의 컴퓨터는 어떤 모습으로 나타날 것인가? 확실한 것은 미래의 컴퓨터가 새로운 전자소자와 마이크로칩을 이용할 것이라는 점이다. 이 새로운 소자와 마이크로칩은 더이상 고체물리학만을 기반으로 한 전자공학이 아니라 화학에 기초한 전자공학 발전의 산물일 것이다. 다시 말해 미래의 컴퓨터는 분자전자소자로 구성될 것이다. _6~7쪽

들어가며
사실 차세대 전자공학을 선도할 이 대안들이 실현되려면 각각의 대안이 내포하고 있는 다양하고 중대한 난점을 해결해야 한다. 연구를 계속하다 보면 자주 막다른 길에 봉착하기도 하지만 기술이 우리 예상보다 훨씬 더 빠르게 발전하는 경우도 있다. _18쪽

1장 트랜지스터의 현재
오늘날 지름 30센티미터 크기의 실리콘 웨이퍼 제조 공정에 적용되는 평면 기술은 수백억 개의 트랜지스터를 동시에 제조할 수 있도록 해준다. 이 기술을 이용해 하나의 실리콘 웨이퍼에 수많은 전자소자를 결합시키는 것이 가능해졌다. ‘집적회로’는 이렇게 탄생했다. 이제 남은 일은 더 작은 트랜지스터를 만드는 것이다. “더 작게, 더 많이, 더 효율적으로, 더 빠르게”라는 유일교리가 지배하는 광적인 소형화 경쟁이 시작된 것이다. _23쪽

명령 가능한 게이트
트랜지스터를 일종의 논리게이트로 간주하면 정보과학에 응용할 수 있다. 즉 게이트가 열릴 때 전류가 흐르며, 이때 논리값logic value 0이나 1을 임의로 출력신호에 부여한다. 만약 1을 출력 신호에 부여한다면 0은 게이트의 폐쇄 상태에 대응할 것이다. 게이트의 명령은 그 자체로 논리신호를 통해 실행된다. _24쪽

더 빠르게, 더 작게: 무어의 법칙
단일 칩 상의 트랜지스터 수가 점점 더 증가하고 작동 속도가 점점 더 빨라질 수 있는 이유는 트랜지스터의 크기가 점점 더 작아지기 때문이다. 트랜지스터는 3개의 전극, 즉 전류가 들어가고 나오는 전극 2개와 제어 게이트에 해당하는 전극 1개로 이루어진 복잡한 물체다. 트랜지스터 제조 기술의 진보는 결국 트랜지스터를 이루는 모든 부분을 동일 비율로 축소하는 것으로 귀결된다. 따라서 주로 제어 게이트의 크기가 기술 진보의 기준이 되었다. _27쪽

회의론자들은 조만간 무어의 법칙이 종말을 맞이할 것이라고 예상한다. … 더구나 트랜지스터 자체도 한계에 부딪칠 것이다. 2015년쯤이면 트랜지스터 내부의 전류에 포함된 전자의 수는 극히 적어질 것이다. 그렇게 되면 그 정도로 미약한 전류를 조작할 수 있을 것인가? 게다가 경제적인 한계도 만만치가 않다. 전자회로가 점점 더 복잡해지면서 투자 비용도 지속적으로 증가하고 있다. _28~29쪽

2장 실리콘 트랜지스터의 후발주자는?
만약 실리콘 트랜지스터가 한계에 도달한다면 어떻게 소형화를 지속적으로 진전시킬 수 있을 것인가? 오늘날 여러 가지 대안이 모색되고 있는데, 그중 하나가 분자전자공학이다. 분자전자공학의 목적은 트랜지스터 역할을 수행할 새로운 분자를 합성하는 것이다. _33쪽

분자전자공학
두 트랜지스터를 연결하는 접속선의 길이가 일렬로 늘어선 원자의 길이에 불과할 정도로 소형화가 진행된다면 전통적인 설명은 더이상 유효하지 않을 것이다. 따라서 전자가 어떻게 한 원자에서 다른 원자로 이동하는지 이해할 필요가 있다. 전자공학은 사실상 화학의 세계로 들어서게 될 것이다. _34~35쪽

이로써 분자전자공학은 제대로 진가를 발휘했다. 오늘날 집적회로의 구성 요소 전체를 분자공학 기술로 제조할 수 있다. 그렇지만 분자컴퓨터가 구현되려면 여전히 많은 문제점을 해결해야 한다. 예를 들면 모든 전자소자가 조화롭게 공존하고 교류하고 작동할 수 있도록 분자의 성장에 적응할 수 있는 아키텍처(architecture, 하드웨어와 소프트웨어를 포함한 컴퓨터 시스템 전체의 설계 방식을 말한다―옮긴이)를 개발하는 것이 매우 중요하다. _39쪽

스핀트로닉스
오늘날 모든 컴퓨터 하드디스크의 재생 헤드는 거대자기저항 효과를 응용해 제작된다. 이는 비트의 크기를 줄이고 하드디스크에 저장되는 정보의 밀도를 100배나 증가시키는 결과를 가져왔다.
이 첫 번째 성공 덕분에 스핀트로닉스는 오늘날 비약적으로 발전하고 있으며 다수의 새로운 분야를 개척하고 있다. _42~43쪽

터널자기저항 효과를 적용한 결과 스핀 방향이 전류 이동을 결정한다는 특징을 작은 자성 블록의 메모리 기능에 결합할 수 있게 되었고, 이는 데이터 저장 분야에서 획기적인 발전을 가져왔다. 특히 M램MRAM, Magnetic Random Access Memory이라고 불리는 자성 메모리 소자의 발명은 터널자기저항 효과를 응용한 좋은 예다. 장차 M램은 기존의 컴퓨터 메모리 소자인 램을 대체할 것이다. _43~44쪽

3장 트랜지스터 없는 컴퓨터!
이제 곧 트랜지스터는 몇 개의 원자만 포함하게 될 것이다. 트랜지스터의 구조와 상관없이, 트랜지스터의 소재가 무엇이든, 즉 실리콘 트랜지스터든 분자 트랜지스터든 또는 자성 트랜지스터든, 더이상 트랜지스터의 크기를 줄일 수 없게 되는 시점이 분명히 올 것이다. 그러므로 컴퓨터의 성능을 계속해서 제고하려면 연산 과정 자체의 성질을 근본적으로 변화시켜야만 할 것이다. _47쪽

DNA 이중나선
어떤 용액에 20개의 단위체로 구성된 DNA 분자 하나를 떨어뜨린다면 그 분자는 수천억 개가 넘는 가닥들 중에서도 자신과 상보적인 가닥을 찾아낼 것이다. 오늘날 유전자 조작 기술의 발전으로 DNA 가닥 절편의 염기서열을 조작자 임의대로 분리, 재조합해 특정 유전정보를 코드화할 수 있게 되었다. 이것이 DNA 복제 양식에 기반을 둔 생체정보과학이라는 아이디어가 탄생할 수 있었던 배경이다. _49~50쪽

생체연산은 아직 상용화 단계에 이르지 않았다. 심지어 요원하다. 누구도 DNA 사슬로 만들어진 컴퓨터가 어떤 형태일지 상상조차 할 수 없다. 넘어야 할 난관은 거대하다. 성공 확률은 극히 낮아 보이지만 어쨌든 0은 아니다. 비록 바이오컴퓨터가 결코 빛을 보지 못한다 해도 생체연산 연구 덕분에 우리가 생명체에서 DNA가 수행하는 복잡한 작업을 더 잘 이해할 수 있으리라는 것은 확실하다. _54쪽

양자컴퓨터
오늘날 어떤 이들은 단지 컴퓨터의 전자소자만이 아니라 연산 과정 자체에 물질의 양자적 속성을 적용하자고 주장한다. 앞에서 보통의 컴퓨터를 묘사할 때에는 복잡한 양자이론을 피해갈 수 있었다. 트랜지스터를 열려 있거나 닫혀 있는, 즉 두 상태가 가능한 게이트로 대체하는 것으로 충분했다. 그리고 그것으로 나머지 모두를 설명할 수 있었다. 그러나 양자컴퓨팅이라는 새로운 연산 양식이 초래할 혁명의 범위를 파악하려고 한다면 우리는 만반의 준비를 갖추고 곧바로 양자의 세계에 뛰어들어야 한다. _55쪽

전자가 원자의 어떤 지점에라도 있을 수 있듯이, 양자 정보도 서로 구별되는 여러 상태를 동시에 가질 수 있다. 양자연산의 모든 장점은 바로 이 ‘중첩’이라는 양자계의 특징에서 유래한다. 이것은 미래의 컴퓨터 개발에 혁명적인 결과를 불러올 것이다. _59쪽

양자컴퓨터의 올바른 작동을 방해하지 않으려면 연산 결과를 측정하기 전에 연산이 완전히 끝나기를 기다려야 한다. 여러 상태의 중첩이라는 양자연산의 특징은 우리가 측정을 목적으로 하지 않고 그저 연산의 진전을 알고 싶다는 단순한 이유로라도 양자컴퓨터와 상호작용하는 순간 사라지고 만다. 그러므로 양자컴퓨터는 외부 세계와 완전히 격리되어야 한다. _62쪽


정보제공 : Aladin

저자소개

알랭 슐(지은이)

낭시의 앙리-푸앵카레대학교 물리학부 나노과학과 교수로 재직 중이며, 스핀일렉트로닉스 관련 연구팀을 이끌고 있다. 지은 책으로는 《요리사의 실험실Le Labo du Cuistot》 《컴퓨터의 내부A L’interieur de L’ordinateur》 《소리와 빛 실험실Le Labo des Sons et des Lumi?res》 《음악은 과학인가?La Musique est-elle une science?》 (공저) 들이 있다.

박수현(옮긴이)

고려대학교 경제학과를 졸업하고 프랑스 파리 제10대학에서 경제학으로 석사학위를 받았으며 한국외국어대학교 통역번역대학원을 졸업했다. 현재 국제회의 통역사 겸 번역가로 활동 중이다. 옮긴 책으로 《세계화의 문제점 100가지》 《성장, 그 새빨간 거짓말》 《제국은 무너졌다》 《우리는 왜 친구의 애인에게 끌리는가》 들이 있다.

정보제공 : Aladin

목차


여는 글 = 5
들어가며 = 15
1장 트랜지스터의 현재 = 19
 명령 가능한 게이트 = 24
 더 빠르게, 더 작게 : 무어의 법칙 = 26
2장 실리콘 트랜지스터의 후발주자는? = 31
 분자전자공학 = 34
 스핀트로닉스 = 39
3장 트랜지스터 없는 컴퓨터! = 45
 DNA 이중나선구조 = 48
 양자컴퓨터 = 54
나가며 = 65
참고문헌 = 68

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