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[김정호의 4차혁명 오딧세이] 올해 노벨물리학상 제라르 무루 교수와의 추억

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나의 지도 교수, 그리고 올해 노밸물리학상 수상자 제라르 무루 교수

올해 노벨 물리학상 수상자로 아서 애슈킨 미국 벨연구소 박사, 제라르 무루 프랑스 에콜폴리테크니크 교수, 도나 스트리클런드 캐나다 워털루대 교수가 선정됐다. 이 소식을 접하고 나는 깜짝 놀랐다.

공동 수상자 가운데 한 사람인 제라르 무루(Gerard Mourou) 교수가 바로 필자의 박사학위 지도 교수이기 때문이다. 약 10년 전부터 후보라는 소식은 들었으나 막상 발표되고 나니 한편 놀라기도 하고, 또한 반갑고 영광스럽기도 하다. 약 30년 전의 추억이 떠올랐다. 

      김정호 KAIST 교수

제라르 무루 교수 팀은 극초단 펄스 레이저를 처음 개발하고 그 용용 분야를 개척했다. 그 팀이 개발한 레이저는 매우 짧은 시간을 갖는 펼스(Pulse) 레이저인데, 그 펄스의 크기가 팸토초 정도의 시간 단위의 크기이다. 그 레이저 펄스의 주기는 약 100MHz 정도 인데 그 이유는 레이저 공진기 거울간의 거리를 빛이 왕복하는 시간이 결정하기 때문이다. 레이저 펄스의 크기가 팸토초 크기라면, 그 시간은 놀랍게도 1000 조 분이 1초이다. 그 짧은 시간은 자연계에 존재하는 한계 시간이고 거의 ‘0’ 의 시간이라도 할 수 있다. 대부분의 자연계 현상이 정지한 시간이다.

그 펨토초 시간은 빛이 광속으로 전파하더라도 1 마이크로미터(백만 분의 1 미터) 밖에 전진하지 못하는 순간 정지의 시간이다. 이 시간은 광속의 빛도 정지한 시간이다. 이처럼 펨토초 레이저를 이용해서 빛도 정지한 이 시간대에 일어나는 다양한 물리, 화학 현상을 탐구할 수 있었다. 정지된 시간과 빛의 세계를 탐험할 기회를 제공한 셈이다. 전자, 원자, 분자도 정지시킬 수 있다. 이처럼 제라르 무루 교수는 자연과학과 공학의 신세계를 최초로 열었다고 본다. 그가 펨토초 레이저 연구를 제일 처음 시작했고, 30년 이상 지속적으로 꾸준히 진행했다. 그래서 노벨상을 받았다.

1980년대 제라리 무루 교수와 그 제자가 펨토초 레이저를 이용해 실험을 하고 있다. [출처: 로체스터 대학]

빛의 속도와 경쟁하는 피코초 반도체

한편 필자는 박사 학위 연구에서 이러한 펨토초 레이저를 이용해서 고속 반도체 소자의 특성을 측정하는 방법을 개발했다. 자연계에 머문 극한의 시간 기술을 공학과 접목해 기존의 전자 계측기로 측정할 수 없었던 펨토초 영역의 고속 반도체 현상을 측정할 수 있었다. 특히 반도체 위에서 전자파가 빛의 속도로 전파하는 영상을 영화 같이 찍을 수 있었다.

예를 들어, 우리가 영화를 만드는데 1초에 24장 정도의 사진을 찍고, 그것을 연속으로 보여주면 동영상이 된다. 그 때 영화 필름 속의 사진은 24분의 1초마다 1장씩 찍게 된다. 마찬가지로 펨토초 단위로 반도체 위에 전자파를 발생시키고, 그 전자파의 각종 현상을 영화처럼 측정한다.

발생 시간과 측정 시간을 팸초토 차이를 주면서 영상을 계속 얻는다. 그 시간 차이는 거울을 이용해 빛이 전파하는 시간으로 조절해서 달리한다. 거울을 1마이크로미터(1 백만 분의 1 미터)를 이동하면 빛의 시간을 펨토초 정도 지연 가능하다. 이렇게 반도체 공간에 분포한 전자파 사진을 찍고 매 펨토초 마다 시간 차를 두면서 계속 사진을 얻는다.

그리고 그 사진들을 나중에 쭉 이으면 전자파가 반도체 위에서 영화를 얻을 수 있다. 이렇게 보면 시간 공간에서 정지한 빛과 전자파의 세계를 영화로 구현해 보았다.

펨토초 레이저를 이용해서 반도체 위에서 전자파가 빛의 속도로 전파하는 모습을 측정한 영상의 한 장면. [출처: KAIST]

빛의 속도와 경쟁하는 고성능 반도체 시대 대비해야

시간이 한참 지난 지난 지금 필자는 고속 반도체와 패키지 설계 분야를 연구하고 있다. 인공지능과 빅데이터 시대에 필요한 고속, 고성능, 저전력 반도체 분야의 연구이다. 한편 박사학위를 받은 연구 분야를 벗어나 기간 산업과 가까운 분야를 하는 자부심을 갖고 있으면서 다른 한편으로 기초 연구에 대한 아쉬움이 교차한다.

지금 고속 반도체 GPU나 D램은 디지털 시계에 맞추어 빅데이터를 계산하고 저장하고, 주고 받는다. 이를 설계할 때 둘 사이의 신호 전파 지연시간(Latency)과 신호간의 시간 차이(Skew)를 피코초 단위로 줄여야 한다. 피코초(1조 분의 1초)는 펨토초의 1000 분의 1 초 시간이다. 펨토초 영역에서 연구하고 익숙하다 보니, 피코초는 당연히 조정 가능하고, 설계 가능하고 구현가능한 시간대라고 생각하게 되었다.

그리고 앞으로 펨토초 영역의 고성능 반도체도 설계할 수 있다는 상상이 된다. 모두 오래 전에 펨토초 과학과 공학을 경험해 보았기 때문이다. 이러한 경험이 상상력의 원천이 되고, 이로부터 다가오는 4차 산업혁명 시대를 위한 영감을 얻는다. 

엄청난 빅데이터 속도(Big data/s)에 대한 두려움이 없다.

빅데이터(Big data)도 중요하지만 빅데이터를 얼마나 빨리 주고 받을 수가 (Big data/s) 있는가에 대한 중요성을 보여주는 개념도. [출처: KAIST]

 

joungho@kaist.ac.kr     

      

[김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수]  

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극심한 가뭄 경남 '국가소방동원령' [서울=뉴스핌] 오상용 기자 = 가뭄과 폭염으로 심각한 물 부족을 겪고있는 경남 지역을 위해 국가소방동원령이 내려졌다. 소방청은 11일 오후 8시를 기해 국가소방동원령을 발령하고 전국 소방본부 소속 물탱크차 200대와 소방대원 400명을 경남에 긴급 투입, 농업용수와 생활용수를 공급하기로 했다. 이번 조치는 폭염과 가뭄으로 인한 국민 피해를 최소화하기 위해 행정력을 총동원하라는 이재명 대통령의 지시에 따른 것이다. 국가소방동원령은 재난 발생 우려가 크거나 재난이 발생해 해당 지역 소방력만으로 대응이 어려울 때 전국의 소방력을 동원하는 조치다. 최용철 소방청장 직무대행은 "폭염과 가뭄이 장기화하면서 국민의 일상과 생업에 직접적인 피해가 발생하고 있는 만큼 지역 차원의 대응을 넘어 국가적 지원이 필요한 상황"이라고 밝혔다. 그는 "전국의 가용 소방력을 신속하게 투입해 급수가 필요한 지역에 적기에 용수가 공급될 수 있도록 해 국민 불편과 피해를 최소화할 것"이라고 말했다. 농업가뭄관리시스템(ADMS)에 따르면 경남의 평균 저수율은 33.5%로 전국에서 가장 낮은 것은 물론, 평년 저수율 72%에 크게 못미치고 있다. 현재 경남 18개 시·군 가운데 함양군을 제외한 17개 지역에 농업용수 가뭄 단계가 내려졌다. 특히 밀양과 거제, 함안 3개 지역은 심각 단계다. 소방청은 이번 동원령에 따라 서울과 부산 대구 인천 광주 대전 울산 세종 경기 등 16개 시·도 소방본부에서 물탱크차 200대와 소방인력 400명이 경남으로 이동한다고 설명했다. 동원된 소방력은 12일 오전 9시까지 집결지에 모여 13일까지 이틀간 급수 지원 활동을 벌인다. 한편 경남소방본부는 자체 소방력만으로 원활한 급수 지원에 한계가 있다고 판단해 국가소방동원령을 요청했고, 소방청도 전국 단위 지원이 필요하다고 판단해 동원령을 내렸다. 경남 창원시가 지난 1일 의창국 북면의 한 농경지에 의창소방서의 소방 차량을 활용해 소방 용수를 공급하고 있다.[사진=창원시] 2026.08.02 osy75@newspim.com 2026-08-11 23:03
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[단독] KF-21 보라매, 공군에 9월 인도 [서울=뉴스핌] 오동룡 군사방산전문기자 = 한국항공우주산업(KAI)이 국산 초음속 전투기 KF-21 '보라매' 양산 1호기를 9월 17일 공군에 처음 인도한다. KAI는 이날 복좌형 한 대를 시작으로 연말까지 모두 8대를 인도할 계획인 것으로 10일 확인됐다. 공군 창설 77주년(10월 1일)을 앞두고 국산 전투기를 처음 인수한다는 점에서 상징성이 크다. 지난 5월 13일 경남 사천시 공군3훈련비행단에서 국산 초음속 전투기 KF-21 시제기가 힘차게 이륙하고 있다. [사진 = 뉴스핌DB] 방산업계 한 관계자는 "9월 17일 인도는 계약상 반드시 지켜야 하는 일정"이라며 "10월로 넘기면 지체상금 문제가 발생할 수 있어 변경이 어려울 것"이라고 말했다. 방위사업청도 KF-21 양산 1호기를 9월 공군에 인도하고, 2028년까지 공대공 임무 중심의 블록Ⅰ 40대를 전력화하는 계획을 수립한 것으로 알려졌다. KF-21 체계개발은 2015년 12월 시작해 지난달 29일 경남 사천 KAI 본사에서 열린 종결 기념식으로 공식 마무리됐다. 착수 10년 7개월 만이다. 시제기 6대로 약 1600회 비행시험을 사고 없이 마쳤고, 지난 3월 양산 1호기가 출고된 데 이어 5월 '전투용 적합' 판정을 받았다. 방사청은 이를 통해 설계·제작·비행제어·체계통합·시험평가 등 핵심 역량을 국내에 축적했다고 평가했다. 한국은 이번 개발로 4.5세대급 초음속 전투기를 독자 개발·양산한 8번째 국가가 됐다. 다만, 엔진 등 일부 구성품에는 해외 기술이 포함돼 있어 '완전 국산화'를 의미하지는 않는다. 기체 설계와 체계통합, 비행제어 소프트웨어, 에이사(AESA) 레이더, 생산·정비 기반을 자체 확보한 점이 핵심 성과로 꼽힌다. 첫 전력화 기지는 경북 예천의 공군 제16전투비행단이 유력하다. 156전투비행대대를 중심으로 복좌형을 우선 배치해 '조종사 전환훈련'과 '운용성능 확인'에 활용할 방침이다. 이후 단좌형이 추가되면, 예천에 블록Ⅰ 약 20대 안팎이 배치될 가능성이 높다. KF-21은 퇴역한 F-4E와 단계적 퇴역이 예정된 F-5E/F의 공백을 메운다. 정부 계획대로면, 2032년까지 총 120대가 배치된다. 지난 7월 29일 경남 사천 한국항공우주산업(KAI)에서 개최된 'KF-21/IF-X 체계개발 종결 기념식'에서 이용철 방위사업청장이 개회사를 하고 있다. [사진=방위사업청 제공] 2026.08.11 gomsi@newspim.com 공군의 KF-21 인수 사흘 전인 9월 14일, 주력 공대공 무장인 유럽산 '미티어(Meteor)' 미사일 14발이 국내에 도착하는 것으로 확인됐다. 방사청이 2024년 10월 유럽 방산업체 MBDA와 체결한 1차 도입계약 100발 가운데 일부물량으로, 기체만 먼저 인도되고 무장이 뒤따르는 상황을 피하기 위한 조치로 풀이된다. 올해 인도되는 KF-21은 '공중우세 임무' 중심의 블록Ⅰ이다. 주력 무장은 미티어 장거리 공대공 미사일과 독일 딜(Diehl)사의 IRIS-T 단거리 공대공 미사일이다. 동체 하부에 미티어 4발, 날개 장착대에 IRIS-T를 탑재해 원거리 교전과 근접 공중전을 함께 수행한다. 20㎜ M61A2 기관포도 장착된다. KF-21은 2024년 5월 두 미사일을 각각 처음 실사격해 표적을 명중시키며 데이터 연동·분리·유도·사격 능력을 검증했다. 미티어는 램제트 추진기관을 적용한 능동 레이더 유도 미사일로, 발사 후에도 추진력을 오래 유지해 회피기동하는 적기를 장거리에서 추격할 수 있다. 공군은 국산 장거리 공대공 유도탄이 2032년쯤 전력화될 때까지 미티어를 KF-21의 주력 중·장거리 무장으로 운용할 방침이다. KF-21 1대는 장·단거리 공대공 미사일을 합쳐 최대 6발을 탑재할 수 있다. 2023년 5월 9일 오후 경남 사천 한국항공우주산업(KAI) 본사 격납고에서 KAI 직원들이 한국형 전투기 KF-21 시제기에 미티어 중거리 공대공 미사일을 장착하고 있다. 2023.05.10 photo@newspim.com KF-21 블록Ⅱ 80대는 JDAM, KGGB, 천룡 장거리 공대지 미사일 등 10여 종의 무장을 순차 통합해 다목적 전투기로 전환하는 단계다. 블록Ⅲ는 내부무장창과 저피탐 성능, 전자전·센서 성능을 강화하는 중장기 개량 구상으로, 이번 첫 인도와는 직접 관련이 없다. 문제는 예산이다. 블록Ⅱ 80대 사업비는 당초 14조2440억원에서 18조4422억원으로 약 4조1982억원(29.5%) 늘어난 것으로 추산됐다. 환율과 공급망 불안, 무장 통합 비용이 복합적으로 반영된 결과다. 지난 5월 22일 방위사업추진위원회는 블록Ⅱ 양산 착수를 위한 첫 예산 625억원 편성을 의결했지만, 최종 사업비와 연차별 예산은 기획재정부 협의와 국회 심의를 거쳐야 할 것으로 보인다. 한편, 일본 군사전문지 '군사연구(軍事研究)'(2022년 10월호)는 'KF-21 전투기 보라매-블록Ⅲ에서 스텔스 전투기로 진화'란 기사에서 "한국의 KF-16 면허생산과 T-50 공동개발 경험이 이번 국산전투기 개발 성공으로 이어졌다"고 평가한 바 있다. 공군은 9월 첫 인도를 차질 없이 소화하고 2028년까지 블록Ⅰ 40대를 예정대로 받는 동시에, 블록Ⅱ 재원을 안정적으로 확보해야 하는 과제를 안게 됐다. gomsi@newspim.com 2026-08-11 17:42
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긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
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