간단한 소프트웨어 하나 돌릴 수 있는 수준의 AT컴퓨터(프로세서명 286)가 1980년대 말 200만원이란 ‘초저가’로 세상에 나왔을 때 사람들은 슈퍼컴퓨터가 가정으로 들어오게 됐다며 찬탄을 아끼지 않았다. 이후 386,486,586(펜티엄)으로 발전되면서 지금의 컴퓨터 능력은 과거의 몇백배 이상으로 향상됐다.

하지만 반도체 기술에 기초한 현재의 컴퓨터 기술은 멀지 않아 다른 기술에 추월당해 주인자리를 내주게 될 것 같다. 반도체 집적기술이 한계에 다다른 데다 양자,DNA, 빛 등 다양한 형태의 미래형 컴퓨터 기술이 속속 개발되고 있기 때문이다. 과학자들은 지금 우리가 쓰는 컴퓨터의 생명을 길어야 20년 정도로 잡는다.

●반도체 집적기술 한계점 보인다

현재 쓰고 있는 컴퓨터의 원형은 1950년 미국의 폰 노이만이 개발한 ‘에드박’(EDVAC)이다.46년 1만 8000개의 진공관을 이용한 최초의 컴퓨터 ‘에니악’(ENIAC)을 개량한 것으로 지금까지 컴퓨터 작동의 원리는 에드박에 기반을 두고 있다. 결국 컴퓨터 기술의 발전은 진공관-트랜지스터-반도체로 이어지는 부품소재의 성능향상이 이끌어온 것이다.

특히 컴퓨터의 보급확산을 가능케 했던 것은 ‘무어의 법칙’(반도체의 처리속도와 메모리 용량이 1년6개월마다 2배로 증가)으로 대표되는 대용량 집적기술의 발전이었다.

그러나 실리콘(규소)을 이용하는 반도체 기술의 발전은 종착역을 앞두고 있다. 기존 실리콘 소재를 갖고는 집적도를 한없이 높이는 게 불가능하기 때문이다. 과학자들은 하드웨어(컴퓨터)가 소프트웨어(인터넷, 프로그램)의 발전속도를 따라가지 못하는 상황이 오는 그 시점이 되면 지금과 같은 ‘폰 노이만’식 컴퓨터는 사양길로 접어들 것으로 전망한다. 특히 반도체 집적도가 높아지면서 실리콘 전자들이 정해진 대로 움직이지 않고 불규칙하게 이동하는 ‘양자효과’가 나타날 경우, 기술한계 도달시점은 더 빨라질 것으로 본다.

●단점을 장점으로 만든 양자컴퓨터

그 대안으로 양자컴퓨터,DNA컴퓨터, 분자컴퓨터, 광(光)컴퓨터 등의 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이 가운데 어떤 컴퓨터가 최후의 승자가 될지는 아직 알 수 없다. 하지만 현재로서는 양자컴퓨터가 상용화에 가장 근접해 있는 것으로 평가받는다.

물리학의 양자역학과 나노기술을 활용한 양자컴퓨터는 정보처리의 최소단위를 기존 ‘비트’(bit)에서 ‘큐비트’(Qbit)로 확대한 것이다. 즉 2진법으로 연산하는 지금의 컴퓨터는 전류가 흐를 때 ‘0 또는(or) 1’로 판단해 정보를 해석하지만 양자컴퓨터는 ‘0 그리고(and) 1’로 파악하기 때문에 비트방식의 2배인 4가지 상태(00,01,10,11)로 표현이 가능하다. 또 비트는 정보를 축적할 수 없지만 큐비트는 처음 내보낸 정보를 계속 기억하기 때문에 연산속도를 더욱 높일 수 있다. 이에 따라 기존 컴퓨터로는 129자리의 암호를 푸는데 전 세계 1600여대의 슈퍼컴퓨터를 인터넷으로 연결해도 8개월이 걸리지만, 양자컴퓨터는 단 몇 분만에 해결할 수 있다.

●네 가지 신호로 구성된 DNA컴퓨터도 주목

DNA컴퓨터도 주목받고 있다. 현재 컴퓨터의 주기억장치(CPU)와 메모리에 해당하는 부분을 네가지 신호(A,T,C,G)를 갖는 DNA로 만들기 때문에 기존 컴퓨터에 비해 소형화에 유리하다. 실행속도 역시 훨씬 빠를 수 있다. 그러나 DNA컴퓨터는 의료용에 초점이 더 맞춰져 있어서 일반 가정용 컴퓨터로 만들어지기는 어려울 것으로 보인다. 액체 안에서만 작동되는 데다 입력장치(키보드 등)나 출력장치(모니터, 프린터 등) 등을 만들기가 매우 어렵기 때문이다.

광컴퓨터는 데이터를 주고받는 데 전류 대신 빛을 사용한다. 빛은 전기보다 전달속도가 10배 이상 빠르고 전할 수 있는 정보의 양도 많으며 전달 효율도 훨씬 뛰어나다. 그러나 광연산소자는 나노 기술을 이용한 첨단 광결정소재를 이용하기 때문에 가격이 비싸 실용화를 앞당기는 데 제약요인이 되고 있다.

차세대 컴퓨터들은 지식축적이 가능해 개발이 현실화될 경우 학습도 가능해진다. 사람처럼 말하고 생각하고 행동하는 ‘인공지능’ 컴퓨터의 개발기반이 놓이는 셈이다. 이럴 경우, 기계들이 인류를 지배하는 내용의 영화 ‘터미네이터’와 같은 상황이 전혀 상상 속에만 머물지 않게 될 수도 있다.

장세훈기자 shjang@seoul.co.kr