[김정호의 4차혁명 오딧세이] 인공지능 반도체에서도 전자파가 나온다

기사입력 : 2019년10월28일 08:00

최종수정 : 2019년11월05일 13:57

[편집자] 4차 산업혁명은 모든 사물과 인간을 연결하여 빅데이터를 모으고, 이를 이용하여 인공지능으로 학습하여, 결국 인공지능이 인간을 대체하는 시대를 말한다. 이러한 4차 산업혁명의 물결이 산업뿐만 아니라 경제, 사회, 정치 등 전 분야에 걸쳐서 막대한 변화를 일으키고 있다.

글로벌뉴스통신사 뉴스핌은 '김정호의 4차혁명 오딧세이' 칼럼을 매주 연재하여 4차 산업혁명의 본질과 영향, 그리고 전망을 독자들에게 쉽게 소개하고자 한다. 4차 산업혁명의 핵심은 바로 인공지능, 빅데이터, 클라우드 컴퓨팅으로 표현할 수 있으며 그 핵심 부품이 반도체이다. 이들 핵심 기술의 개념과 원리, 응용을 설명하여 일반 독자들이 4차 산업혁명에 대해서 공감하고 이해하며 더 나아가 개인과 기업, 국가의 미래를 계획하는 것을 돕고자 한다.

김정호 카이스트(KAIST) 전기 및 전자공학과 교수는 서울대 전기공학과를 졸업하고 미국 미시건대에서 박사 학위를 받았다. AI대학원 겸임교수, IEEE펠로우, 카이스트 ICT석좌교수, 한화 국방 인공지능 융합연구 센터장, 삼성전자 산학협력 센터장 등을 겸하고 있다.

치열한 중국의 추격

지난주 중국 저장성(浙江省)에 있는 저장대 국제 캠퍼스에서 'EMC COMPO 2019' 국제 학회가 열렸다. 학회에서의 주된 발표 내용은 반도체에 발생하는 전자파와 관련된 연구 결과의 학술적, 기술적 내용이다.

이를테면, 반도체에서 발생하는 전자파를 줄이는 방법, 차단하는 방법, 걸러내는 방법, 또는 외부에서 반도체로 공격하는 전자파를 막거나 완화하거나 피하는 방법들이다. 구체적으로는 설계 기술, 재료 기술, 모델링 기술, 측정 기술들이 포함된다.

김정호 교수

이러한 전자파 차단 또는 회피 기술은 전통적으로 자동차, 항공기, 군사 무기시스템, 인공위성 설계와 개발에 핵심적인 기술이다. 특히 전자파에 의한 자동차 급발진 문제와 같은 안전에 치명적인 문제들을 방지하고자 하는 기술이다. 주로 미국, 프랑스, 독일, 일본, 중국과 한국에서 연구한다.

EMC COMPO 학회는 약 20년 전에 프랑스 툴루즈(Toulouse)대학에서 시작했다. 프랑스 남부도시인 툴루즈에는 에어버스와 같은 항공기 회사를 비롯한 첨단 기술 회사뿐만 아니라, 군수 기업, 우주산업 기업들이 있다.

톨루즈 대학교수들은 유럽연합(EU)의 연구비 지원과 독일의 자동차 반도체 회사 인피니온 등의 도움을 받아 오랫동안 이 분야를 연구해 왔다. 이 연구 분야는 여기에 머물지 않고 4차 산업혁명 시대의 핵심 기기인 스마트폰, 컴퓨터, 인공지능 서버 등으로 기술 적용 범위가 계속 확대되고 있다.

3년 전 중국 저장대 국제 캠퍼스를 방문했을 때, 학교는 논과 밭으로 덮여있었고 크레인만 보이고, 흙먼지 날리는 트럭만 보였다. 그 짧은 3년 만에 완전히 바뀌었다. 수만 평의 거대한 국제 캠퍼스를 설립했다. 멋진 강의실, 도서관, 강당과 호수도 조성됐다. 해외 유명 대학의 교수들을 초청하고, 해외 학생들도 유치해 이제 막 국제 캠퍼스의 모습을 갖추기 시작했다.

여기서도 이제 반도체 전자파 연구가 시작됐다. 학생들의 눈빛이 초롱초롱하다. 이런 대학이 중국에는 100개도 넘는다.

2019년 10월 21일 중국 저장대학교에서 열린 EMC COMPO2019 기조연설 장면 사진. [출처=KAIST]

인공지능 반도체에서도 전자파가 발생해

가정에서는 냉장고, 선풍기, 마이크로웨이브 오븐뿐만 아니라 전열기 등에서 전자파가 많이 발생한다. 특히 모터와 전열기에는 큰 전류가 흐르고, 코일이 설치돼 있어 전자파가 많이 나오고 차폐하기도 어렵다.

그런데 스마트폰, 컴퓨터, 자동차, 항공기에 사용되는 가장 중요한 부품인 반도체에서도 위험한 고주파 전자파가 많이 나온다.

특히 고성능 CPU나 GPU에서 고주파 전자파가 많이 발생한다. 가장 큰 이유는 이들이 큰 스위칭(Switching) 전류를 쓰기 때문이다. 논리 연산에서 전압 레벨이 '0'에서 '1'로 변하거나 '1'에서 '0'으로 변하는데, 이때 고주파 전류가 많이 흐른다.

더욱이 빠른 인공지능 계산 속도를 위해서는 프로세서가 데이터를 외부 메모리와 주고받아야 하는데, 그때 커다란 전류 스위칭 동작이 일어난다. 인공지능 컴퓨터에서는 병렬 프로세서가 사용되는데 연결선의 숫자도 많고, 전류도 많이 흐르고, 스위칭 주파수도 높다. 그래서 어느 반도체보다도 인공지능 반도체가 고주파 전자파를 많이 발생시킨다.

이러한 전자파는 주변 회로나 시스템에 영향을 미쳐 시스템의 오동작을 일으킬 수 있다. 예를 들어 인공지능의 학습이나 판단을 위한 데이터가 전자파에 의해서 변경될 수 있다. 그러면 인공지능이 오동작을 할 수 있다.

또한 전자파 간섭에 의해서 센서 신호나, 메모리 속의 데이터가 변경될 수 있다. 인공지능이 센서 입력 기반으로 학습하고 판단한다. 그래서 만일 전자파 때문에 데이터가 변경된다면 인공지능 자율주행 자동차는 치명적인 사고로 이어질 수 있다.

자율주행 자동차뿐만 아니라 스마트폰에는 많은 안테나를 내장해 외부와 통신한다. 자율자동차의 경우, 이 통신 신호에 기반해 위치와 운행을 결정한다. LTE, 5G뿐만 아니라 와이파이(WiFi), 블루투스(Bluetooth) 등 멀티미디어 통신에도 간섭을 일으킨다. 이러한 전자파 중에서 고주파 전자파는 대부분 그 원인이 반도체에 있다.

고성능 계산용 프로세서 반도체에서 발생하는 고주파 전자파 노이즈의 파형. [출처=KAIST]

인공지능 반도체에 필요한 융합 기술

인공지능 반도체에서 발생하는 전자파를 최대한 줄이기 위해서는 차폐를 잘해야 한다. 금속 박막이나 금속선으로 전자파가 새 나가는 것을 막는다. 또는 전송선 구조를 완전한 밀폐 구조로 만든다. 그러려면 더 많은 금속선과 금속박막이 사용된다. 금이나 구리를 더 많이 사용한다. 결국 비용이 증가한다.

또는 회로와 전력 공급망에 고주파 필터를 더 많이 설치해야 한다. 그러면 프로세서 주변에 수백 개의 전원 필터가 달릴 수도 있다. 결국 인공지능 반도체의 비용이 증가할 수밖에 없다. 이와 같은 현상은 클라우드 서버용 인공지능 반도체뿐만 아니라 자율주행 자동차, 스마트폰용 인공지능 반도체에도 모두 해당한다.

인공지능, 반도체, 전자파는 완전히 다른 기술 분야로 생각하기 쉽다. 인공지능은 알고리즘과 소프트웨어로 표현되고, 반도체는 손톱만한 칩으로 보이고, 전자파는 눈에 보이지 않기 때문이다.

대학에서 배우는 전공과목도 다르고, 교과서도 다르고, 지도교수도 다르다. 활동하는 학회도, 학술지도 다르다. 분야마다 사용하는 언어나 방법뿐만 아니라 문화도 다르다. 그런데 인공지능 시스템을 개발하려면, 더 나아가 인공지능용 반도체를 개발하려면 이 모두를 아우르고 고려해서 개발해야 한다. 바야흐로 인공지능 기술은 융합과 복합 기술이다.

MEMRISTOR와 HBM으로 대표되는 인공지능 반도체의 구조. [출처=KAIST]

김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수 joungho@kaist.ac.kr

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[변상문의 화랑담배] 제2회 광복군 변상문의 '화랑담배'는 6·25전쟁 이야기이다. 6·25전쟁 때 희생된 모든 분에게 감사드리고, 그 위대한 희생을 기리기 위해 제목을 '화랑담배'로 정했다. 1940년 9월 17일 중국 중경 가릉호텔에서 성대한 행사가 열렸다. 대한민국 임시정부 광복군 창설식이었다. 미국 한인 동포들이 보내온 돈 4만원으로 조직한 군대였다. 지금 돈으로 환산하면 20억 원 정도 된다. 총사령관 이청천 장군, 참모장 이범석 장군, 제1지대장 이준식, 제2지대장 고운기, 제3지대장 김학규, 제5지대장에 나월환을 임명했다. 지대장은 지금의 사단장에 해당한다. 모두 봉오동 전투, 청산리 전투를 비롯하여 남북 만주에서 전개된 항일무장투쟁에 직접 참여하여 활동한 독립군 출신이었다. 한국광복군 훈련반 제1기 졸업사진. [사진= 독립기념관] 임시정부 주석 김구는 포고문을 통해 "국내외 동포들에게 알립니다. 1940년 9월 17일부로 대한민국 광복군을 창설하였습니다. 광복군은 1907년 8월 1일 일제가 대한제국 군대를 해산한 날이 바로 광복군 창설일임을 선언합니다. 광복군은 구 한국군의 후신으로 33년간에 걸친 의병과 독립군의 항일무장투쟁을 계승한 전통 무장 조직입니다"라고 했다. 대한제국 국군-의병-독립군의 군맥(軍脈)과 군혼(軍魂)을 분명하게 잇고 있음을 천명한 것이다. 부대 편성은 소대, 중대, 대대, 연대, 여단, 사단 6단으로 편성하였다. 총 3개 사단을 조직할 계획이었다. 그러나 인원이 적은 상황에서 우선 지대를 만들고, 각 지대를 구대와 분대로 연계한 전투부대를 구성했다. 임시정부에서 1940년 9월 19일 중국 국민당 정부에 통보한 '한국광복군 총사령부 직원 명단'에 의하면, 부대 규모가 총사령부와 4개 단위부대, 여기에다 조선혁명군 부대까지 포함하여 5000여 명이었다. 임시정부에서는 1941년 12월 연합국의 일원으로 일본에 선전포고했다. 1942년에는 미국 측에 "미국이 제주도를 해방 시켜 주면, 중경에 있는 임시정부를 제주도로 옮긴 후, 광복군이 미군과 함께 한반도 상륙작전을 전개하겠다."라고 제안하였다. 이 제안은 실제로 미국 OSS 부대(지금의 CIA)와 1945년 4월부터 8월까지 강도 높은 국내 진공 작전을 준비했다. 주요 훈련은 3개월 기간에 고공낙하, 암살법(권총에 특수장치를 하여 소리 없이 암살하는 방법), 통신(암호의 작성 및 해독법, 무전기 조작 및 수리), 교란 행동, 정보수집, 폭파 등 이었다. 일과는 07:00∼12:00 오전 훈련, 13:00∼18:00 오후 훈련, 19:00∼22:00 야간 훈련이었다. 주요 임무는 대한민국으로 낙하산과 잠수함으로 침투하여 미 공군 공습에 필요한 지형 등의 정보를 제공하고 일본군 군사시설 탐지 및 파괴 지하 유격대를 조직하여 연합군 상륙작전 시 제2선에서 연결하는 작전이었다. 마침내 1945년 8월 7일 모든 훈련을 마치고 국내진공작전 출정식을 개최했다. 개시일은 8월 10일이었다. 출정식 때 장준하 경기도 공작 반장은 "나는 조국광복을 위해 죽음을 선택했습니다. 내가 나의 죽음을 지불하면, 내 능력껏 그 대가가 조국을 위해서 결제될 것입니다. 나의 각오는 한 장의 정수표입니다. 발생인은 장준하, 결제인은 조국입니다"라는 유서까지 작성했다. / 변상문 국방국악문화진흥회 이사장 2025-09-08 08:00

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'포스트 이시바' 누구?...고이즈미·다카이치 선두 [서울=뉴스핌] 오영상 기자 = 이시바 시게루 일본 총리가 자민당 총재직 사임을 공식화하면서, 일본 정국의 관심은 차기 자민당 총재 선거로 쏠리고 있다. 집권당 총재가 곧 총리직을 맡는 일본 정치 구조상 이번 총재 선거는 사실상 다음 총리를 뽑는 절차다. 자민당은 조만간 새로운 총재 선거 일정을 확정할 예정이다. 이번 선거에서는 지난 2024년 9월 총재 선거에서 이시바 총리와 경합했던 주요 인사들이 다시 출마할 가능성이 높다. 고이즈미 신지로 농림수산상, 다카이치 사나에 전 경제안보담당상, 하야시 요시마사 관방장관, 모테기 도시미쓰 전 간사장, 고바야시 다카유키 전 경제안보담당상 등이 후보군으로 거론된다. 정국 운영이 소수 여당이라는 제약 속에서 이루어지는 만큼, 차기 총재가 야당과 어떻게 연대할지, 어떤 연립 구도를 짤지가 최대 쟁점으로 꼽힌다. '포스트 이시바' 후보로 꼽히고 있는 고이즈미 신지로 일본 농림수산상 [사진=로이터 뉴스핌] ◆ 고이즈미·다카이치 선두권 현재 여론조사에서는 고이즈미 농림수산상과 다카이치 전 경제안보상이 선두권을 형성하고 있다. 니혼게이자이신문 지난달 29~31일 실시한 여론조사에 따르면 차기 총리에 적합한 인물로 다카이치가 23%, 고이즈미가 22%를 기록했다. 나란히 1, 2위다. 자민당 지지층으로 한정하면 고이즈미가 32%로, 다카이치(17%)를 크게 앞서는 것으로 나타났다. 다카이치는 2024년 총재 선거에서 1차 투표에서 1위를 차지했으나 결선에서 이시바에게 역전패했다. 고이즈미 역시 의원 표에서 선두에 올랐지만 당원 표에서 밀리며 결선에 오르지 못했다. 두 사람 모두 당내 기반과 대중적 인지도를 겸비해 차기 선거에서도 가장 주목받는 주자들이다. 고이즈미 농림수산상은 1981년생(44세)으로 고이즈미 준이치로 전 총리의 차남이다. 2009년 중의원 첫 당선 이후 줄곧 '포스트 아베', '차세대 리더'로 주목받았다. 환경상, 농림수산상을 거쳤으며 개혁 성향과 젊은 이미지로 지지층을 넓혔다. 2024년 총선에서 당 선거대책위원장을 맡았으나 참패 책임을 지고 물러났다. 이후 농림수산상으로 복귀해 쌀 유통 개혁 등 농정 개혁에 매진했다. 대중적 인지도와 '고이즈미 브랜드'라는 정치 자산이 최대 강점으로 꼽힌다. 다카이치 전 경제안보상은 1961년생(64세)으로 보수 강경파로 분류되는 여성 정치인이다. 2021년 총재 선거에 첫 도전해 아베 신조 전 총리의 전폭적 지원을 받으며 3위를 기록했다. 2024년 총재 선거 1차 투표에서 최다 득표(의원 72표, 당원 109표)를 얻었으나 결선에서 이시바 총리에게 역전 당했다. 유일한 여성 후보로서 '보수의 아이콘' 이미지를 갖고 있으며, 아베 전 총리와 가까웠던 의원 그룹이 주된 지지 기반이다. 이시바 정권에서 당직 제안을 거절하며 독자 노선을 유지해 왔다. '포스트 이시바' 후보로 꼽히는 다카이치 사나에 전 일본 경제안보담당상 [사진=로이터 뉴스핌] ◆ 하야시·모테기 등 잠룡도 주목 고이즈미와 다카이치 두 선두 주자 외에 잠룡들의 행보도 주목된다. 하야시 요시마사 관방장관은 옛 기시다파 일부의 지지를 받고 있으며, 이시바 정권의 2인자로서 존재감을 키워왔다. 모테기 도시미쓰 전 간사장은 당내 경험과 풍부한 인맥을 강점으로 삼고, 아소 다로 전 부총리와 교류를 통해 지지 기반을 다지고 있다. 고바야시 다카유키 전 경제안보담당상은 5선 의원으로, 동기 의원들과 옛 니카이파의 지원을 받으며 출마 가능성을 열어두고 있다. ◆ 총재 선거 이후에도 정국 '안갯속' 자민당 총재 선거는 국회의원 표와 당원·당우 표를 합산하는 방식이 원칙이지만, 긴급 시에는 국회의원과 지방 지부 대표만 투표하는 '양원 의원 총회' 방식으로 대체될 수 있다. 이 경우 의원 표의 비중이 커져 파벌 역학이 중요해진다. 차기 총재가 선출되더라도 곧바로 정권 안정으로 이어진다는 보장은 없다. 일본 헌법상 총리는 국회에서 지명되는데, 자민·공명 양당은 현재 중의원과 참의원 모두에서 과반을 잃은 상태다. 따라서 야당이 단일 후보를 세워 결집할 경우, 자민당 총재가 총리로 지명되지 못할 가능성도 배제할 수 없다. 자민당 총재가 총리에 오르더라도, 예산안·세제 개혁 법안 등 국정 운영은 야당 협조 없이는 불가능하다. 이런 이유로 차기 총재는 곧바로 '연립 확대'나 '정책 연대'를 추진할 수밖에 없고, 총재 선거 과정에서도 어떤 야당과 손을 잡을지가 핵심 화두가 된다. 결국 이번 자민당 총재 선거는 단순히 차기 지도자를 뽑는 절차를 넘어, 일본 정치가 다당제 속에서 어떤 연립 구도를 구축할지 시험대가 되는 분기점으로 평가된다. goldendog@newspim.com 2025-09-08 09:26