전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
산업 생활경제

속보

더보기

[김정호의 4차혁명 오딧세이] 구름과 번개 그리고 인공지능 반도체

기사입력 :

최종수정 :

※ 본문 글자 크기 조정

  • 더 작게
  • 작게
  • 보통
  • 크게
  • 더 크게

※ 번역할 언어 선택

[편집자] 4차 산업혁명은 모든 사물과 인간을 연결하여 빅데이터를 모으고, 이를 이용하여 인공지능으로 학습해, 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 연재하며 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 산학협력센터장 등을 겸하고 있다.

구름과 클라우드 시스템

하늘에는 구름이 떠 있다. 특히 가을 초에는 구름이 하늘하늘 높다. 이제 겨울이 오니 하늘이 어둡고 흐리다. 구름은 수증기 덩어리이고 우리에게 비를 뿌려주고 태양을 가려준다. 가끔 비행기를 타고 이륙 후에 높이 상승하면 우리는 구름 위를 날아가게 된다.

김정호 교수

그때 구름 위에서 아래를 내려다 볼 수 있다. 또는 높은 산에 올라가면 산 아래 걸쳐진 구름도 본다. 항상 우리는 땅을 보고 살아가지만, 머리 위에는 구름이 있다.

우리가 인지하지 못하지만, 우리 머리 위에 하늘에 항상 떠 있는 또 다른 구름이 있다. 그 구름을 클라우드 시스템이라고 부른다.

4차 산업혁명을 설명할 때 인공지능(AI), 빅데이터(Big Data), 클라우드(Cloud)를 세 가지 핵심 요소로, 간단히 ABC라고 부른다.

클라우드 시스템은 데이터센터를 포함하는 핵심 인프라가 된다. 클라우드 시스템은 인터넷을 통해 가상화된 컴퓨터 자원을 제공한다. 그래서 클라우드 시스템에서는 언제 어디서나 우리가 편리하게 인터넷을 사용하고, 데이터를 저장하고, 인공지능 서비스를 받는다.

여기서 컴퓨터 자원으로 메모리 반도체로 대표되는 데이터 저장 장치, 유무선 네트워크, 서버 컴퓨팅 장치, 그리고 소프트웨어를 포함한다.

결국 각 개인이나 기업은 개별 하드웨어‧소프트웨어 투자비용과 운영 인력, 경험을 쌓는 부담 없이 바로 빅데이터와 인공지능 서비스를 받을 수 있다. 덕분에 개인과 기업은 최소한의 투자와 관리, 노력으로 빠르게 서비스를 제공할 수 있다.

대표적인 클라우드 서비스 기업이 아마존(Amazon)과 마이크로소프트(Microsoft)이다. 클라우드 시스템은 4차 산업혁명의 기초 인프라이고 '심장'이다.

하지만 데이터와 소프트웨어, 서비스가 필요할 때 소수의 독점 기업에 의존하고, 결국 그들에게 종속되는 위험도 같이 갖고 있다. 우리가 하늘의 구름을 인식하지 못하고 사는 것처럼, 우리는 점점 클라우드 시스템에 스며들어 간다.

클라우드 시스템의 구성 요소. [출처=KAIST]

번개와 인공지능 반도체 성능의 관계

그런데 하늘의 구름은 전기를 띠고 있다. 구름이 하늘을 떠다니면서 지구와 마찰하게 되고, 그래서 '전자'를 수증기 속에 머금게 된다. 그들을 '전하'라고 부른다. 우리가 책받침으로 머리카락을 문지르면 정전기가 생기는 원리와 같다.

그 전하량이 엄청나게 커지면, 지구와 구름 사이에 전압이 수천 또는 수만 볼트가 걸린다. 그리고 마침내 방전이 일어난다. 그것을 번개라고 부른다. 그 번개 길 속으로 전자가 길을 따라 흐르고 공기와 부딪혀 빛을 내고 소리도 낸다.

이 번개가 나무에 맞으면 나무가 타 버린다. 건물 높은 곳에 피뢰침을 설치해 번개 전자가 쉽게 흘러 땅 밑으로 들어가게 접지한다. 그러면 건물 안의 사람의 안전하다. 가끔 비행기도 번개를 맞는다.

그런데 구름뿐만 아니라 우리 인간의 몸도 전기를 띤다. 옷을 입고 옷과 피부가 마찰해서 전하를 몸에 모아 둘 수 있다. 우리 몸도 수분이 많아 전자를 담아 둘 수 있기 때문이다. 특히 겨울에는 공기 중으로 전자가 빠져나가지 못하고 몸에 잘 저장된다. 이때 물체를 만지면 일종의 번개인 스파크가 일어난다. 손이 따끔하다.

사람뿐만 아니라 전자 제품, 자동차 등 모든 물체도 전자를 담아둘 수 있다. 따라서 번개로부터 컴퓨터와 반도체 등을 보호하려면 피뢰침과 같은 보호회로가 그 안에 필요하다. 그래서 인공지능 반도체를 비롯한 모든 반도체에는 정전기 보호회로가 설치된다. 일종의 피뢰침이다. 회로로 보면 입출력 회로에 바이패스 커패시터(Bypass Capacitor)를 설치한다. 또는 반도체 다이오드(Diode) 회로를 설치해서 고전압 전류를 따로 흐르도록 피해 가는 길을 만든다.

그런데 이러한 정전기 방지 회로는 반도체 사이 혹은 컴퓨터 사이 데이터 입출력 속도를 떨어뜨린다. 디지털 데이터 신호가 지나갈 때 정전기 방지 회로에서 잠시 멈추고 지나가서 속도도 떨어지고, 파형도 열화된다.

인공지능 계산을 위해서는 GPU(Graphic Processor Unit)와 디램(DRAM) 사이에 데이터를 최대한 빠른 속도로 주고받아야 한다. 빅데이터로 인공지능망을 학습(Training)하는 과정에서 특히 그렇다.

그뿐만 아니라 학습 이후에 판단(Inference) 과정에서도 실시간 인공지능 서비스를 제공하려면 빠른 속도의 데이터를 반도체끼리 주고받아야 한다. 구리선 하나당 1초에 100억 비트(10Gbps) 이상을 주고받아야 한다.

그래도 속도가 충분하지 않다. 미래에는 그보다 100배 이상 빠른 속도로 주고받아야 한다. 그런데 바로 그 정전기 회로가 걸림돌이 된다. 세상에 거저는 없는 것 같다. 구름도 그렇다.

인공지능 컴퓨터 등에서 사용되는 디지털 고속 신호 전송 파형. [출처=KAIST]

그런데 컴퓨터도 고속의 데이터를 주고받아야 한다. 한 대의 인공지능 컴퓨터가 혼자 모두 계산하지 못하고 병렬로 서로 협력해서 계산하기 때문이다. 이때 컴퓨터끼리 주고받는 데이터 속도가 100Gbps(1초에 1000억 비트)를 지나 400Gbps까지 요구된다. 이때 데이터 송수신 입출력 반도체 회로가 정전기 방지 회로 때문에 속도가 느려진다.

정전기로부터 인공지능 컴퓨터와 반도체를 보호하려고 하다 생긴 부담이다. 인공지능 컴퓨터나 반도체 사이의 최종 데이터 전송 속도는 전력 소모와 빛의 속도, 정전기 방지 회로로 결정될 것이다. 이 데이터 속도가 인공지능 컴퓨터와 서비스의 성능을 결정한다. 여기서도 구름과 번개가 원인이다.

인공지능도 자연에서 길을 찾는다

4차 산업혁명과 인공지능, 컴퓨터, 반도체 등 첨단기술의 원리도 자연에서 많이 배운다. 빛과 구름 속에서 데이터 속도, 클라우드 컴퓨팅의 개념을 얻는다. 번개를 보면서 반도체 보호 회로를 생각해 낸다. 자연이 스승이 된다.

자연에서는 조화를 찾는다. 남과 여, 음과 양, 땅과 하늘, 양전하와 음전하 등 모두 균형과 조화를 이루면서 살고 있다. 반도체 입출력 회로에서 정전기 방지 회로는 주로 전기장을 담아 두는 커패시터(Capacitor) 성분이다.

자연에서 전기장의 반대는 자기장이다. 그래서 자기장을 이용해 정전기 회로 현상을 상쇄하기도 한다. 이러한 방법을 전문 용어로 인덕티브 피킹(Inductive Peaking) 또는 임피던스 균형 (Impedance Balancing) 작업이라고 한다. 아주 전문적인 용어지만, 결국 균형을 맞춰 문제가 되는 현상을 보완한다는 개념이다. 자연에서부터 배우는 지혜이다.

4차 산업혁명을 잘하려면 어렸을 때부터 자연 관찰을 잘하면 좋겠다. 교실에 가두지 말고 자연에서 뛰어놀면 좋겠다. 도시의 학원과 아파트에서 자란 어린이들이 미래에 노벨상이나 최고의 과학자, 학자가 되기는 어려울 것 같다. 가끔 하늘도 보고 구름도 보고, 번개 소리는 듣자.

고속 입출력 데이터 회로에서 정전기 방지회로의 효과를 보완하는 방법. [출처=KAIST]

 

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

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
금연구역 내 모든 담배 사용 불가 [세종=뉴스핌] 신도경 기자 = 24일부터 '연초의 잎'으로 만든 담배뿐 아니라 연초나 니코틴이 들어간 모든 제품이 담배로 규정돼 금연구역에서 모든 담배제품을 사용할 수 없다. 이날 보건복지부에 따르면, '담배사업법' 개정안 시행으로 '연초'나 '니코틴'뿐 아니라 '연초의 잎'에서 유래하지 않은 제품 역시 연초의 잎 소재 담배와 동일하게 담배에 포함된다. 기사 이해를 돕기 위해 생성형 AI로 제작한 이미지 [일러스트=제미나이] 담배의 정의가 확대됨에 따라 담배 제조업자와 수입판매업자는 담뱃갑 포장지와 담배에 관한 광고에 경고 그림이나 경고문구 내용을 표기해야 한다. 또한 담배에 대한 광고는 잡지 등 정기간행물에 품종군별로 연 10회 이내·1회당 2쪽 이내로 게재해야 한다. 행사 후원, 소매점 내부, 국제항공기·국제여객선 내에만 제한적으로 허용된다. 여성과 청소년을 대상으로 하는 광고나 행사 후원은 금지된다. 광고에는 담배 품명, 종류, 특징을 알리는 것 외의 내용이나 흡연을 권장·유도하거나 여성이나 청소년을 묘사하는 내용 등을 모두 포함할 수 없다. 만일 담배에 가향 물질이 포함되는 경우 이를 표시하는 문구·그림·사진을 제품의 포장이나 광고에 사용할 수 없다. 건강경고 또는 광고에 대한 규제를 위반할 경우는 1년 이하의 징역 또는 1000만원 이하의 벌금이 부과될 수 있다. 가향물질 표시 금지에 대한 규제를 위반할 경우는 500만원 이하의 과태료가 부과된다. 기사 이해를 돕기 위해 생성형 AI로 제작한 이미지 [일러스트=제미나이] 담배 자동판매기는 '담배사업법'에 따라 설치장소나 거리기준 등 요건을 갖춰 소매인 지정을 받은 자만 설치할 수 있다. 담배 자동판매기는 18세 미만 출입금지 장소, 소매점 내부, 19세 미만인 자가 담배 자동판매기를 이용할 수 없는 흡연실에만 설치할 수 있다. 성인인증장치도 부착해야 한다. 담배에 대한 광고물은 소매점 외부에 광고내용이 보이게 전시 또는 부착할 수 없다. 담배 자동판매기 설치 기준을 위반하면 500만원, 성인인증장치 미부착은 300만원의 과태료가 부과된다. 흡연자는 금연구역에서 모든 담배제품을 사용할 수 없다. 금연구역에서 담배제품을 사용할 경우 10만원 이하의 과태료가 부과될 수 있다. 한편, 복지부는 당초 지방자치단체의 담배 규제 사항을 점검·단속하려고 했으나 현장의 혼란을 막기 위해 오는 6월 23일까지 계도기간을 두기로 했다. 담배자판기 설치나 성인인증장치 부착 기준 준수 등을 집중적으로 안내한다. 복지부 관계자는 "재고가 소진될 때까지 다소 시간이 걸려 생산 제품에 새로 표시하는 것이 어려운 점을 고려했다"고 설명했다.  sdk1991@newspim.com 2026-04-24 09:40
사진
SK하이닉스 '과열 vs 추가 랠리' 갈림길 [서울=뉴스핌] 이나영 기자= SK하이닉스가 사상 최대 실적을 발표한 가운데, 시장의 관심이 실적 자체를 넘어 향후 주가 흐름으로 빠르게 이동하고 있다. 이달 들어 약 37%에 육박하는 상승세를 이어온 만큼, 이번 실적이 추가 상승으로 이어질지 여부가 핵심 변수로 떠오른 모습이다. 24일 한국거래소에 따르면 SK하이닉스는 전날 장중 126만7000원까지 오르며 신고가를 경신한 뒤, 0.16% 오른 122만5000원에 거래를 마쳤다. 이달 1일 89만3000원이던 주가는 약 37.1% 상승하며 단기간 가파른 오름세를 나타냈다. 이번 실적은 매출과 수익성 측면에서 모두 시장 기대를 뒷받침하는 수준으로 평가된다. SK하이닉스는 1분기 매출 52조5763억원, 영업이익 37조6103억원, 순이익 40조3459억원을 기록했다. 분기 매출이 50조원을 넘어선 것은 처음이며, 영업이익률은 72%로 창사 이래 최고치를 경신했다. 전년 동기 대비 영업이익은 405% 증가하며 실적 성장세가 뚜렷하게 확인됐다. 다만 이날 주가는 하락 출발한 뒤 장중 등락을 거듭하다가 강보합으로 마감하며, 실적 발표 직후 상승 흐름이 곧바로 이어지지는 않는 모습을 보였다. 이는 시장의 기대가 이미 실적 수치 이상으로 선반영돼 있었던 영향으로 분석된다. 실제로 SK하이닉스 주가는 연초 60만원대 중반에서 출발해 90만원대를 거쳐 120만원대까지 올라서는 등 올해 들어 뚜렷한 상승 추세를 이어왔다.  실적 발표 전 삼성증권은 영업이익 40조2090억원을, KB증권은 40조830억원을 예상하는 등 주요 증권사들은 40조원대 이익을 전망해왔다. 키움증권과 흥국증권 역시 유사한 수준의 추정치를 제시했다. 실제 실적은 시장 예상 범위 내에서 확인됐지만, 주가 측면에서는 이미 반영된 기대를 점검하는 흐름이 나타난 것으로 해석된다. 김지현 다올투자증권 연구원은 "4월 이후 코스피가 약 27% 상승하는 과정에서 협상 기대감과 반도체 실적 모멘텀이 상당 부분 선반영됐다"고 분석했다. 이를 단순 조정으로 보기보다 상승 이후 흐름을 점검하는 과정으로 해석하는 시각도 적지 않다. 김선우 메리츠증권 연구원은 "1분기 실적은 사상 최대 수준으로 시장 기대에 부합했다"며 "본격적인 이익 증가는 2분기부터 나타날 것"이라고 말했다. 중장기 성장 스토리는 여전히 유효하다는 평가다. SK하이닉스는 실적 발표 콘퍼런스콜에서 인공지능(AI) 수요가 대형 모델 학습 중심에서 실시간 추론 중심으로 확대되고 있으며, 이에 따라 디램(DRAM)과 낸드(NAND) 전반에서 수요 기반이 넓어지고 있다고 밝혔다. 특히 향후 3년간 HBM 수요가 자사 생산능력을 상회할 것으로 전망하며 공급 제약 환경이 이어질 가능성을 시사했다. 증권가의 눈높이도 빠르게 높아지고 있다. DS투자증권 130만원, LS증권 150만원, 하나증권 160만원, 메리츠증권 170만원, 삼성증권과 IBK투자증권 180만원, KB증권 190만원, SK증권 200만원 수준까지 목표주가가 제시됐다. 현재 주가 대비 추가 상승 여력을 열어두고 있다는 평가다. 시장에서는 이번 사이클을 구조적인 변화 흐름으로 보고 있다. 김동원 KB증권 리서치본부장은 "서버 DRAM과 기업용 SSD 수요 증가로 메모리 가격 상승이 이어지면서 실적 추정치 상향 가능성이 높다"고 전망했다. 이종욱 삼성증권 연구원은 "메모리 산업이 가격 중심 경기민감 산업에서 품질 중심 인프라 비즈니스로 전환되고 있다"며 "중장기 호황과 주주환원 정책이 맞물리며 추가적인 주가 상승 여력이 존재한다"고 분석했다. 밸류에이션 재평가 기대도 이어지고 있다. 미국 주식예탁증서(ADR) 상장 추진 역시 기업가치 상승 요인으로 거론된다. 회사는 최근 미국 증권거래위원회(SEC)에 ADR 상장을 위한 신청서를 제출했으며, 올해 하반기를 목표로 관련 절차를 진행 중이다. 이를 통해 글로벌 투자자 접근성을 확대하고 투자 재원 확보에 나선다는 전략이다.  SK하이닉스의 이번 실적은 향후 주가 흐름을 가늠할 기준으로 작용할 전망이다. 단기적으로는 상승분을 점검하는 흐름이 이어질 수 있지만, 이익 성장 사이클이 지속될 경우 추가 상승 여력도 여전히 유효하다는 분석이다. nylee54@newspim.com 2026-04-24 07:54
기사 번역
결과물 출력을 준비하고 있어요.
종목 추적기

S&P 500 기업 중 기사 내용이 영향을 줄 종목 추적

결과물 출력을 준비하고 있어요.

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.
안다쇼핑
Top으로 이동