ARE WE SPIRITUAL MACHINES? | Chapter 1 - #2. The Growth of Computing

미래를 보기 위해서는, 과거에 대한 통찰이 필요하다. 현대적인 트렌드와 과거와의 상관관계에 대해 이해할 필요가 있다. 다수의 미래에 대한 전망에서는, 다음과 같은 세가지 공통적인 오류가 존재한다. 첫번째로는, 사람들은 기술에 있어서 한두단계의 발전만 있을 뿐 이후에는 발전하지 않을거라는 가정을 하는 것이다.

두번째로는, 다양한 분야에서의 개발에서 얻어지는 상호작용과 시너지에 대한 고려가 없이 단지 한 분야의 기술만에 초점을 두는 것이다. 이에 대한 예로서, 컴퓨터 회로 기판과 설계기법, 그리고 소프트웨어와 인공지능, 통신, 나노기술, 뇌스캔(brain scanning)과 역공학등.. 이들간의 상관관계에 대해 생각해볼 수 있다.

이보다 더 중요한 사항으로, 기술발전에 가속이 붙는 경우에 대해 생각하지 않는다는 것이다. 많은 예측들은 방법론상에서 이러한 점을 전혀 고려하지 않는다. 만년 전까지, 하다못해 천년 전까지만 해도 눈에띄는 기술의 발전은 없었다. 하지만 천년 전부터, 발전의 속도는 빨라지게 되고 패러다임(사고/인식의 틀)의 변화는 1~2세기만에 이루어졌다. 19세기에는 그전의 9세기동안의 기술발전에 비해 더욱 두드러지는 발전을 보여주었다. 그리고 20세기에 와서는 19세기에 이루어진 총 발전보다 더 많은 발전이 이루어진것을 볼 수 있다. 이제는, 패러다임과 사업모델이 단지 몇년만에 변화하는 시대에 이르렀다(근래에는 이보다 더 짧은 주기를 갖는것으로 보인다) 불과 10년전에는 인터넷은 막 생겨나고 있었으며 WWW는 출현하지도 않았다.

레이저와 같은 발명들이 성공적으로 실용화 되기 위해 몇십년이 걸렸다는 사실이, 미래에 비슷한 변화에 있어 이와 동일한 기간을 필요로 할 것이라는것을 의미하지 않는다. 지난 세월에서 30년이 걸렸던 변화는, 가까운 미래에서는 5년조차 걸리지 않을 것이다. 그리고 이러한 변화는 점차 가속될 것이다. 이러한 현상을 보며 우리는 변화에 걸리는 시간은 선형적(linear)이 아니라 지수적(exponential)이라는 것을 알아야 한다.

수확 가속의 법칙(The Law of Accelerating Returns)으로 이를 명명하고 싶은데, 이는 진화 과정에서 진실으로 받아들여진다. 가장 첫 단계(원시세포, primitive cell)로 다다르기 위해 몇십억년이 소요되고, 이후에 점차 속도가 가속되는 생명체의 진화를 생각해보자. 캄브리아 폭발(Cambrian Explosion)시기동안, 패러다임의 변화에 있어 수천만년의 시간만이 소요되었다. 이후에, 유인원은 단지 몇백만년동안 새에 발전하였으며, 호모 사피엔스는 수십만년 새에 발전하였다.

기술을 창출해내는 종(인간)의 출현과 함께, DNA에 의해 단백질을 합성하는 과정으로서의 진화는 지수적 속도에 미치지 못하게 되었으며, 이 지수적 모델은 인간이 만들어내는 기술들을 설명하는쪽으로 자연스럽게 넘어갔다. 가장 처음에 나타난 기술로서 날카로운 모서리와 불, 바퀴가 1만년에 걸쳐 개발되었으며, 이후로 계속 가속화되어 진행되어간다. 

기술은 다른 의미로서의 발전이기도 하다. DNA에 기반한 진화보다 훨씬 빠른속도로 발전하는 최첨단 기술이 오늘날에 개발되고 있다. 하지만, 생체적인 진화와는 다르게, 기술은 '맹인 시계공(blind watchmaker)'이 아니다. (사실, '생각없는 시계공(mindless watchmaker)'라고 부르는것을 더 좋아라 하는데, 이것이 의미를 더욱 더 잘 표현할 뿐만 아니라 시각, 장애를 가진 사람들에게 덜 자극적이기 때문이다.) 인간이 기술을 개발하는 과정은 그렇게 따지면 '생각있는 시계공(mindful watchmaker)'이라 할 수 있을 것이다. 이것의 의미는 우리는 발전적인 방향으로 진화의 과정을 유도할 수 있는 능력(뿐만 아니라 책임 또한)이 있다는 것이다.

기술은 도구를 만드는 작업과는 다르다. 이것은 이전에 발명된 것들을 활용하여 더욱 강력한 기술을 만들어 내는 과정이다. 이러한 방식으로, 인간의 기술은 다른 종에서 이루어지는, 단순한 도구 만들기의 작업과는 구분된다. 기술의 각 단계는 기록되고, 기존의 기술과 유사한 형태로 새로운 기술이 개발된다. 따라서 기술은 진화 과정의 연장이며, 이것이 바로 기술을 창출해내는 종(인간)이 다른 종보다 우월한 이유이다.

이러한 점은, 다음의 세가지 이슈를 고려하는, 체계적 방법론을 사용하여 미래를 예측하는데에 있어 매우 중요하다. 1) 기술 발전의 반복은 어느순간 갑자기 멈추지는 않는다. 2) 다양한 분야의 발전은 서로 작용한다. 3) 가장 중요한 점으로, 기술 발전은 가속적으로 이루어진다는 것이다. 세번째 사항은, 아래에서 다루겠지만, 정량화될 수 있다. 비록 이들이 완전한 모델은 아니지만, 미래 발전을 예측하는데 필요한 프레임워크를 제공해준다. 나는 이 방법론을 지난 20년동안 사용해왔으며, 이 방법으로 유도된 1980년대의 예측은 아직까지 잘 맞아떨어지고 있다.

가장 중요한 경향은 '무어의 법칙(Moore's Law)'으로 설명될 수 있다. 집적회로의 창시자이자 인텔의 회장인 Gordon Moore는 1970년대 중반에, '매 24개월마다, 집적회로에 기존보다 2배만큼의 트랜지스터를 박아넣을 수 있을 것이다'라고 말했다.그 결과, 집적회로로 만들어지는 컴퓨터는 매 2년마다 성능이 두배가 될 수 있었으며 최근에는 이보다 더 빠른 성장을 보여주기도 한다.

60년동안 꾸준하게 이어져온 무어의 법칙은 2019년을 기점으로 더이상 적용되지 않을것이다. 그때쯤이면 트랜지스터는 단지 원자 몇개의 크기만큼의 너비를 가질것이고 더 좋은 *석판술(photolithography)의 전략이 자연스럽게 전개될 것이다. 그렇다면 이것은 더이상 컴퓨터가 지수적으로 성장하지 못한다는것을 의미하는 것일까? 그렇지 않다(Don't bet on it)

만약 20세기에 출시된 유명한 49개의 계산기와 컴퓨터를 뽑아 천달러당 속도(speed per $1000)를 그래프로 그려보자면, 재미있는 발견을 할 수 있다.

집적회로에서의 무어의 법칙이 이러한 현상을 설명하는 첫번째 이론은 아니며, 대신 가속화되는 '가격대성능비'를 설명하는 다섯번째 패러다임이라는것을 아는것이 중요하다. 계산기기는 1890년 미 통계청에서 사용되었던 기계적 계산장치에서부터 나찌정권의 이니그마 코드를 해독해낸 Turing의 Robinson, Eisenhower의 당선을 예고한 CBS의 진공관 컴퓨터, 첫 우주여행에 사용된 트랜지스터로 만들어진 기기, 이어서 지금 이 글을 자동으로 받아적어주는, 집적회로로 이루어진 개인용 컴퓨터에 이르기까지 지속적으로 성능이 배가되고있다.

하지만 이보다 더 놀라운 사실 또한 알게되었다. 49개의 기기들을 대수그래프(logarithmic graph, 여기서의 직선은 지수적 성장을 의미함)로 나타냈을 때, 일직선의 형태가 아닌, 지수적 형태를 확인할 수 있었다. 즉 이것은, 기술은 지수적으로 성장하며 성장폭 또한, 지수적으로 증가한다는 것이다. 컴퓨터의 성능은 1910년부터 1950년까지는 매 3년마다 두배로 뛰었으며, 1950년과 1966년사이에는 매 2년마다 두배로, 그리고 요즘은 매년 두배로 성장하고 있었다. (위 그림 참고)

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참고자료 - '포토리소그래피의 기본원리, 물리학과 첨단기술 January/February 2011'

반도체 산업은 지난 30년간 ‘반도체 소자의 집적도는 18개월마다 두 배씩 증가한다’는 무어의 법칙(Moore’s Law)에 따라 진보를 계속해 왔다. 여기서 일컫는 진보는 소자의 고집적화 즉, 동일 면적당 메모리 용량의 증가를 의미하는데, 이러한 고집적화의 가장 핵심적인 역할을 한 것은 바로 노광기술(lithography)이라고 말할 수 있다.

포토리소그래피(Photolithography)는 원하는 회로설계를 유리판 위에 금속패턴으로 만들어 놓은 마스크(mask)라는 원판에 빛을 쬐어 생기는 그림자를 웨이퍼 상에 전사시켜 복사하는 기술이며, 반도체의 제조 공정에서 설계된 패턴을 웨이퍼 상에 형성하는 가장 중요한 공정이다. Lithography는 라틴어의 lithos(돌)+graphy(그림, 글자)의 합성어인 석판화 기술로서 인쇄기술로 쓰이다가 현재는 반도체 노광공정 기술을 통칭하는 이름으로 쓰이고 있으며 반도체 미세화의 선도 기술이다.