칼럼 2019.11.11

빛에서 데이터가 비처럼 내려오다! 라이파이(Li-Fi) 기술의 모든 것

빛처럼 빠르게 데이터를 전송한다는 말을 많이 쓴다. 빛보다 빠른 속도는 우주에 없기 때문이다. 그럼 아예 빛으로 데이터를 전송하면 안 될까? 된다. 실은 이미 쓰고 있다. 데이터 센터끼리의 통신이나 기가급 이상 초고속 인터넷망에 쓰이는 통신망이 바로 ‘광 네트워크’다. 전기 신호를 빛으로 바꿔, 광섬유를 이용해 초고속으로 전달한다. 전 세계를 연결하는 인터넷 해저 케이블도 이 기술을 이용한다, 다만 ‘광‘ 케이블이지 무선으로 전달할 수 있는 것은 아니다.   가시광 통신(VLC)부터 시작되다 빛으로 무선 데이터 전송을 할 수는 없을까? 이런 아이디어에서 시작된 기술이 가시광 통신(Visible light communication, VLC)이다. 가시광 통신에선 빛의 깜빡임을 2진수(0, 1) 디지털 신호로 인식한다. 꺼지면 0, 켜지면 1로 인식하는 식이다. 컴퓨터에 사용되는 데이터는 모두 2진수(0, 1)로 구성되어 있기에, 깜빡임만으로도 상대가 무엇을 전달하고 싶은지 알 수 있다. 군사 작전이나 등대에서 조명으로 신호를 주고받는 것과 비슷하다. ▲ 2011년 해럴드 교수의 라이파이 강연 (출처: TED) 아이디어는 좋지만, 사람이 직접 하기엔 너무 힘들다. ‘I Love You’를 이진수로 바꾸면 ‘0100100100100000010011000110111101110110011001010010000001011001011011110111 0101’이 된다. 80번을 껐다가 켜야 이 한 문장을 전달할 수 있다. 사람에게는 상당히 귀찮고 복잡한 일이지만 반대로 기계는 무척 쉽게 한다. 적외선 리모컨은 초당 3만 8천 번 깜빡이며 TV에 데이터를 보낸다. LED는 초당 수백만 번도 깜빡일 수 있다. 맞다. VLC라는 개념은 LED 기술이 발전하면서 태어났다. 1998년 일본 게이오 대학의 나카무라 교수가 처음 제안했고, 2011년 영국 에든버러 대학의 해럴드 하스 교수가 프로토타입을 시연하면서 널리 알려졌다. 이때 해럴드 교수가 내세운 이름이 바로 오늘 이야기할…
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스토리 2019.11.08

쉽게 알아보는 공학이야기 15 – 최적화

과학에는 하나의 정답이 존재하지만, 공학에는 다수의 해결 방안이 가능합니다. 여러 가지 해결 방안 중 가장 적합한 것을 찾아가는 과정을 최적화(optimization)라 합니다. 최적화 이론은 최대나 최소가 되는 조건을 찾기 위해 시작되었으며, 전통적인 공학을 비롯한 경영, 행정 등 여러 산업 분야에서 널리 활용되고 있습니다. 최근에는 인공지능 분야에서 많은 양의 데이터를 빠른 속도로 처리하기 위한 최적화 알고리즘이 핵심적인 기술로 떠오르고 있습니다.   실생활에서도 자연스럽게 사용하는 최적화 물건을 구입할 때 우리는 가성비를 따집니다. 또 공학 문제에서는 너무 크지도 않으면서 그렇다고 너무 작지도 않은 가장 적당한 조건을 찾습니다. 예를 들어, 단열재를 두껍게 하면 열 손실은 줄지만, 설치비용이 늘어납니다. 따라서 총비용을 최소화하기 위한 적당한 단열재 두께를 찾아야 합니다. 최적화 문제에서 대상이 되는 함수를 목적함수(objective function)라 하고, 이때 주어지는 특정 조건이나 변수의 범위를 제한조건(constraint)이라고 합니다. 목적함수가 성능이나 이윤인 경우는 최댓값 문제가 되고, 목적함수가 소요 시간이나 비용인 경우는 최솟값 문제가 됩니다. 최소화나 최대화는 수학적으로 동일한 최적화 과정입니다.   효율적인 배분을 위한, 선형계획법 목적함수나 제한조건이 모두 단순한 선형 관계로 주어지는 경우는 선형계획법(linear programming)이 활용됩니다. 선형계획법은 한정된 자원을 효율적으로 배분하는 방법을 찾기 위해 개발되었습니다. 예를 들어, 주어진 재료를 가지고 초코빵과 밀빵을 만들 때 이익을 극대화하려면 각각 몇 개씩 만들어야 하는가를 고민해야합니다. 밀빵은 이윤은 적지만 밀가루만 있으면 되고, 초코빵은 초콜릿이 필요하지만, 이윤이 높습니다. 가지고 있는 밀가루와 초콜릿 양은 제한조건으로 주어져 있으며, 이윤은 판매 개수에 비례해서…
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스토리 2019.11.05

알아두면 쓸모있는 양자역학 이야기 – 코펜하겐 해석과 EPR 역설

원자와 전자를 표현하는 대표적인 개념도는 닐스 보어가 주장했던 원자모델이다. 원자핵 주변을 전자가 공전하는 모양이다. 시간이 지나 보어의 제자인 러더퍼드에 의해 궤도는 타원형으로 수정됐고, 더 나아가 하이젠베르크는 불확정성 원리를 바탕으로 전자의 위치는 궤도가 아니라 확률론에 기반한 전자 구름 형태라고 표현한다.   보어와 하이젠베르크의 코펜하겐 해석 보어, 하이젠베르크, 보른은 관측자의 행위가 양자의 존재 상태에 영향을 미친다는 코펜하겐 해석(Copenhagen interpretation)을 발표한다. 코펜하겐 해석은 우주를 거시 세계와 미시세계로 나누어 생각하는데, 우리의 일상생활이 포함되는 거시 세계는 뉴턴으로 대표되는 고전 역학이 지배하는 세계이고, 미시 세계는 양자 역학이 지배하는 세계다. 코펜하겐 해석의 세계관에서 미시 세계의 규칙은 거시 세계와는 확연히 다르다. 거시 세계에서 물질의 상태는 우리 눈으로 보지 않아도 이미 결정되어 있는 상태고, 우리가 눈으로 본다고 해서 그때 갑자기 결정되는 것이 아니다. 하지만 미시 세계에서는 그렇지 않다. 예를 들면, 빛이 입자냐 파동이냐에 대한 결정은 빛이라는 그 대상을 관측했을 때 정해진다는 주장으로, 관측 전에는 상태를 알 수 없다는 뜻이다. 코펜하겐 해석에서는 이와 같이 여러 가능성을 동시에 갖는 상태를 중첩 상태라 부른다. ▲ 관측행위를 통한 파동함수의 붕괴 코펜하겐 해석에 따르면, 전자는 파동함수로 상태를 서술할 수 있는데, 측정되기 전에는 여러 가지 상태가 확률적으로 겹쳐있는 것으로 표현되고, 관측을 진행하면 그와 동시에 파동함수가…
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1세대 이동통신부터 5G까지, 휴대폰은 어떻게 변해왔을까?
칼럼 2019.10.30

세대별 이동통신 네트워크에 따른 ‘휴대폰’의 진화

이동통신은 언제 어디에서 시작됐을까? 뿌리를 찾아 거슬러 올라가면 라디오가 나온다. 라디오는 20세기 초, 목소리를 전파에 실어 보내던 기술을 상용화한 최초의 기기였다. 양방향 라디오를 작게 만든 제품이 무전기였고, 무전기 기술을 발전시키니 차량용 전화가 태어나고, 휴대폰이 개발됐다. 재미있게도 라디오는 초기 아마추어 무선 통신(HAM) 기술에 기반했고, 아마추어 무선은 ‘무선 전화’를 연구하는 도중에 나왔으니, 결국 돌고 돌아 제자리에 온 셈이다. 제자리로 돌아온 휴대폰이 그 후, 세상을 바꿀 줄은 아무도 몰랐겠지만.   통화 전용 1세대 이동통신 ▲ 모토로라 다이나텍 8000X (출처: 모토로라) 첫 번째 휴대전화 서비스는 1983년, 첫 번째 상용 휴대전화 모토로라 다이나텍 8000x와 함께 시작했다. 나중에 1세대로 불리게 되는 초기 아날로그 셀룰러 방식 이동통신은 할당된 주파수를 여러 개의 채널로 잘게 쪼개 썼다. 채널을 분리했기에 여러 명이 같은 주파수를 써도 전화처럼 1대1로 이야기할 수 있었다. 문자메시지 같은 부가 기능은 없었고, 넣을 생각도 안 했다. 기존에 쓰던 유선 전화는 당연히 ‘음성 통화’만 하는 기기였기에, 이용자도 휴대전화를 ‘들고 다니는 집 전화’ 정도로 여기고 있던 탓이다. 음성 통화도 그리 품질이 좋지는 못했다. ▲ 삼성전자 SH-100 (출처: 삼성전자) 국내 1세대 휴대전화 서비스는 1988년 서울올림픽과 함께 시작했다. 첫 국산 휴대폰은 89년 5월에 출시된 삼성전자 SH-100이다. 휴대전화라고 부르긴 하지만 요즘 스마트폰 기준으로 보면 벽돌처럼 투박하게 느껴진다. 크기는 20cm(세로) x 7cm(가로) x 4.6cm(두께)고, 무게 800g이었다. 당시 별명은 ‘냉장고폰’. 악전고투 끝에 개발에 성공해 세계적으로 1천만 대 이상 팔렸고, 이 기술력을 바탕으로 이후 1994년 히트 상품인 ‘애니콜’ 브랜드 첫 모델 SH-770을 내기에 이른다.   진짜 휴대폰 시대를 연 2세대 이동통신 점점 휴대전화 사용자가 늘어나자 새로운 문제가 생겼다. 기존 방식으로 쓸 수 있는…
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트렌드 2019.10.11

4차산업혁명 시대를 이끌어 나가는 전자ㆍIT 전시회, 제50회 2019 한국전자전(KES)

올해로 50주년을 맞이한 ‘2019 한국전자전(KES)’! 대한민국을 대표하는 전자‧IT 전시회로, IT 산업의 현재와 미래를 보여줌과 동시에 차세대 산업이 나아갈 방향과 글로벌 트렌드를 제시해 왔습니다. 특히 올해는 인공지능(AI)과 사물인터넷(IoT), 가상·증강현실(VR·AR), 스마트가전, 모빌리티 등 첨단기술과 혁신제품, 최신 트렌드 등 최신 이슈를 한데 모아 관람객들의 눈길을 끌었습니다. 국내 최대 IT전시회인 ‘2019 KES 한국전자전’에는 어떤 첨단 디스플레이 기술들이 IT 제품들과 함께 전시됐을까요? 그 현장을 삼성디스플레이 뉴스룸이 전해드립니다.   ‘갤럭시 폴드’ 직접 만져보며 첨단 폴더블 디스플레이 체험 올해 한국전자전에서 가장 큰 관심을 받은 제품은 삼성전자의 ‘갤럭시 폴드’였습니다. 완전히 새로운 모바일 카테고리를 여는 폴더블 스마트폰 ‘갤럭시 폴드’를 직접 만져보기 위해 수많은 인파가 줄을 서는 진풍경이 연출됐는데요. 관람객들은 제품을 펼치고 다시 접을 수 있다는 것 자체부터 호기심을 보였고, 이에 맞춰 3분할 멀티 태스킹 등 새로운 UI를 체험할 수 있었습니다. 또 갤럭시 폴드를 직접 접었다 펴며 화면 전환속도와 카메라 구동, 힌지 부분을 세밀하게 확인하는 것은 물론, 배터리에 대한 궁금증을 해소하는 등 갤럭시 폴드에 대한 관심을 표현했습니다. 삼성디스플레이의 폴더블 OLED 기술로 탄생할 수 있었던 갤럭시 폴드는 스마트폰의 간편성ㆍ휴대성과 태블릿의 대화면의 장점을 모두 합친 제품입니다. 기존의 일반 OLED 보다 50%나 얇아진 두께. 폴딩에 적합한 재료와 구조를 통해 20만번의 폴딩 테스트까지 통과해…
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알아두면 쓸모 있는 양자역학 이야기-디랙의 양자역학 정리
스토리 2019.10.07

알아두면 쓸모있는 양자역학 이야기-디랙의 양자역학 정리

전자는 음전하를 가지고 있으며, 원자핵 주변을 돌면서 중성 상태의 원자 분위기를 유지하도록 만든다. 전자가 음의 전하를 지니고 있는 것은 모두가 알고 있지만, 양전하를 지닌 전자도 있다는 사실은 잘 모를 것이다. * 전하: 물체가 띠고 있는 정전기의 양   양의 전하를 지닌 전자, 양전자 양전자는 포지트론(positron)이라고 부르며, 방사성 감소 중의 한 가지인 베타 붕괴(beta decay) 과정에서 방출되는 베타 입자(전자, 양전자)에 해당한다. 베타 붕괴 시 양전자 방출이 일어나며, 양성자는 중성자로 변환된다. ▲ 베타 붕괴를 통한 양전자 방출 (출처: 위키미디어) 아무 물질이나 양전자를 방출하는 것은 아니며, 특정한 방사성 동위원소에 강한 에너지를 공급하면, 양성자가 중성자로 바뀌면서 양전자를 방출하게 된다. 그런데 왜 갑자기 양전자를 얘기하나 싶을 것이다. 이 양전자의 존재를 예견하게 되는 과정에서 하이젠베르크의 행렬역학과 슈뢰딩거의 파동역학이 같은 의미와 가치 즉, 등가를 이룬다는 사실이 발견되었기 때문이다.   두 물리학자의 화해의 장을 마련한 디랙 ▲ 폴 디랙의 모습 (출처: 위키미디어) 폴 디랙(Paul Dirac)은 영국의 물리학자이며, 남의 이목을 끄는 것을 싫어했던 은둔형 고수에 해당한다. 낯을 가리는 그의 성격으로 인한 일화가 아직까지 알려져 있다. 슈뢰딩거와 함께 공동으로 노벨물리학상 수상자로 선정되었을 때도 노벨상 수상을 거부했으나, 거부 사실이 더 이슈가 될까 두려워 마지못해 노벨상을 수상했다는 것이다. 그만큼 디랙은 과묵하고 조용한 인물로 알려져 있다. 그동안 하이젠베르크와 슈뢰딩거는 행렬역학과 파동역학을 앞장세워 빛과 전자에 관한 양자적 해석의 우위를 가리지 못하고 있었다. 슈뢰딩거는 하이젠베르크의 역학에서는 어떠한 시각적 논리가 보이지 않는다고 무시했었고, 하이젠베르크는…
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스토리 2019.10.01

쉽게 알아보는 공학이야기 14 – 퍼텐셜과 플럭스

자연의 움직임은 어떠한 차이로 인해 불균형이 생길 때 발생합니다. 기압 차이로 인해 바람이 불고, 온도 차이로 인해 열이 전달되며, 전압 차이로 전류가 흐릅니다. 여기서 바람의 흐름(기류), 열의 흐름(열류), 전기의 흐름(전류) 등을 총칭하여 플럭스(flux)라 합니다. 쉽게 말하면 무엇이든 흘러가는 것을 말합니다. 또 이런 흐름을 만들어내는 전압, 압력, 온도와 같은 구동력을 퍼텐셜(potential)이라 합니다. 퍼텐셜과 플럭스는 이런 자연 흐름뿐 아니라 사회 문화 현상에도 적용이 가능합니다. 백범 김구 선생이 꿈꾸었던 ‘진보된 문화’라는 것도 일종의 퍼텐셜이고, 문화 차이에 의해 발생하는 한류와 같은 흐름을 플럭스가 발생했다고 할 수 있습니다. 오늘은 이런 퍼텐셜과 플럭스에 대해 알아보겠습니다.   퍼텐셜(potential)은 뭘까? 초등학교 때 플라스틱 책받침 위에 쇳가루를 올려놓고 아래에 자석을 갖다 대는 실험을 한 적이 있을 것입니다. 자석 주위로 자기장이 형성되고 N극에서 나와 S극으로 향하는 자력선이 만들어집니다. 자기장과 같이 공간내 위치에 따라 함수값이 변화하는 공간을 장(場)이라 합니다. 우리가 잘 알고 있는 장으로는 자기장을 비롯해서 중력장, 전기장, 압력장, 온도장 등 많이 있습니다. 장을 이루고 있는 중력, 압력, 온도, 전압 등과 같은 퍼텐셜(F)은 흐름을 만드는 구동 에너지로서 공간상에서 위치에 따라 다른 값을 가집니다. 즉 퍼텐셜은 물리학에서는 장을 기술하는 중요한 개념이며, 수학적으로는 공간좌표에 대한 함수로서 F=F(x,y)와 같이 나타낼 수 있습니다. 중력장의 경우…
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더 빠르고, 더 다양해졌다! 화려한 스펙의 5G 스마트폰들, 어떤 것들이 있을까?
모바일 2019.09.16

더 빠르고, 더 다양해졌다! 화려한 스펙의 5G 스마트폰들, 어떤 것들이 있을까?

얼마전 폐막한 유럽 최대 가전 전시회 ‘IFA 2019’에서 가장 주목받은 키워드는 바로 ‘5G’ 였습니다. 스마트폰뿐 아니라 TV 등 다양한 분야에 5G 통신 기술이 융합된 제품들이 곳곳에 전시되며, IT 기술 분야에 부는 가장 큰 변화의 바람이 5G라는 것을 다시 한번 실감할 수 있었습니다. ‘화무십일홍(花無十日紅)’, 아무리 꽃이 아름답게 피어도, 오래가지 못한다는 말입니다. 세상을 바꿔 놓았다는 평가를 받는 스마트폰이지만 최근 시장 성장세가 주춤하고 있습니다. 반전은 없을까요? 스마트폰 시장을 더욱 활기차게 이끌 것으로 기대되는 5G 통신 기술! 2019년 5G 스마트폰은 어떤 제품들이 있는지 알아보겠습니다.   삼성 첫 5G 스마트폰, 갤럭시 S10 5G ▲ 삼성 갤럭시 S10 5G 갤럭시 S10 5G는 삼성전자의 첫 5G 스마트폰입니다. 기존 LTE대비 최대 20배 빠른 전송 속도를 비롯해 초연결성, 초지연성 등이 특징인 5G 이동통신을 지원하며, 새로운 모바일 경험을 제공하는 첫 스마트폰입니다. 갤럭시 S10 5G는 별도의 5G 모뎀을 탑재한 제품으로, 2019년 갤럭시 S10과 함께 출시되었습니다. 이름 때문에 착각하기 쉽지만, 6.4형의 갤럭시 S10+ 보다 더 큰 6.7형 OLED가 탑재되었습니다. 특히 전면에 홀을 뚫어 전면카메라를 배치한 디스플레이는 HDR10+를 지원해, 풍부한 색감은 물론 한층 밝고 선명한 색을 표현합니다. 8GB 램을 기본 장착하고 있고 엑시노스 9시리즈 또는 스냅드래곤 955 프로세서, 4500mAh 대용량 배터리 등 최고 사양…
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스토리 2019.09.11

알아두면 쓸모 있는 양자역학 이야기 – 슈뢰딩거의 고양이와 양자중첩

‘양자역학 이야기’ 시리즈를 연재하며 우리가 분명하게 알게 된 사실이 있다. 빛과 물질은 ‘입자면서 동시에 파동’이라는 것. 이것은 마치 사람이 ‘남자면서 여자이다’라는 이해하기 힘든 표현과 비슷하다. 이 개념은 우리의 직관으로는 쉽게 납득할 수 없지만 이중 슬릿 통과 실험을 통해 입증된, 많은 학자들이 인정하는 양자 역학의 기본적 사실이다. 이러한 양자의 이중성을 조금 더 정확하게 표현하자면 ‘양자중첩(quantum superposition)’이라고 하며, 여러 가능성을 동시에 갖는 상태를 말한다. 우리가 물체를 관찰할 때 이미지는 망막에 전달되어 연속적인 것으로 보이게 되며, 초당 24프레임으로 구성된 애니메이션도 연속적인 영상으로 느끼게 한다. 1/24초로 나눠서 본다면 분명 불연속적인 정지 그림임에도 우리에겐 연속적으로 보인다. 멈춰진 상태1과 상태2가 중첩되어 우리에겐 연속된 상태로 보이는 것이다. 이것이 중첩이며, 거시세계가 아닌 미시 양자세계로 가면 양자중첩이라는 현상이 발생한다. 원자의 모습은 흔히 태양계와 같이 전자가 원자핵의 궤도를 도는 형태로 표현되지만, 앞서 다룬 전자의 확률분포 모델이 양자중첩을 표현하기에는 조금 더 적합하다. 즉, 전자가 원자의 영역 안에서 정확히 어디에 있는지는 알 수 없으므로, 발견 될 위치의 확률을 따져서 이를 그래픽으로 표현한 전자 구름 형태가 양자세계의 중첩을 표현하기에 알맞다. 특이한 것은 입자와 파동의 상호 별개의 상태의 것이 겹치고 겹쳐서 새로운 상태를 만들고 있다는 점이다. 즉, 0 아니면 1인 별개의 상태가 중첩되어 0~1사이의 어중간한…
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스토리 2019.09.02

쉽게 알아보는 공학이야기 13 – Fool-Proof 설계

제품을 설계할 때 잘못될 가능성을 사전에 방지하는 설계를 풀프루프(fool-proof) 또는 이디엇 프루프(idiot-proof) 설계라 합니다. proof는 단어 뒤에 붙어서 방지한다는 의미를 가지므로, 직역하면 바보 방지 설계라는 재밌는 표현이 됩니다. 풀프루프는 원래 제품 생산이나 사용 중 사람의 실수를 방지하기 위한 장치로 시작했습니다. 디지털 시대를 맞으면서 일반 소프트웨어뿐 아니라 인공지능 알고리즘으로 그 적용 대상이 넓어지고 있습니다.   머피의 법칙 ▲ 버터 바른 빵이 식탁에서 떨어지는 과정 흔히 세상일이 안 좋은 방향으로 일어나는 것을 머피의 법칙(Murphy’s law)이라 합니다. 식빵이 탁자에서 떨어질 때 하필이면 버터를 바른쪽이 카펫 바닥으로 떨어진다거나, 줄을 설 때 운이 없게도 내가 선 줄이 가장 늦게 줄어드는 현상 등을 말합니다. (출처: 공대생도 잘모르는 재미있는 공학이야기) 에드워드 머피는 미국 항공국 직원으로 조종사들을 대상으로 여러 가지 실험을 수행하였습니다. 실험하면서 그는 사소한 실수가 치명적인 결과를 가져올 수 있다는 사실을 종종 경험했습니다. 실험 장치에 전원을 연결할 때 양극과 음극을 제대로 연결하면 다행이지만, 무심코 거꾸로 연결하면 실험 장치가 완전히 타버리곤 하니까요. 작은 실수가 커다란 재앙을 만들 수 있기 때문에 머피는 항상 불안해 했습니다. “무슨 일을 하려고 하는데 두 가지 이상의 방법이 있고 그중 하나가 매우 재앙적인 결과를 가져온다면, 그 일은 반드시 일어나고 만다”며 푸념했지요.   작업장에서의 과실…
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