새해 들어 세계적인 IT·테크 미디어 MIT(매사추세츠 공과대학교) 테크놀로지 리뷰가 2024년 가장 주목할 10대 미래 기술(Breakthrough Technologies)을 발표했다. 이는 MIT가 출판하는 잡지다. 1899년 ‘더 테크놀로지 리뷰(The Technology Review)’라는 이름으로 설립됐으며 ‘The’를 제외한 이름으로는 출판자 R. 브루스 저니(R. Bruce Journey)에 의해 1998년 4월 23일에 시작됐다. 잡지는 한 해 동안 회자될 인공지능(AI), 바이오, 소셜미디어, 컴퓨팅 등 핵심 이슈에 대한 전문가의 깊이 있는 통찰을 제시한다. 올해 다뤄진 이슈를 최신 상황에 맞게 예를 들며 차례로 살펴보고자 한다.
① 모든 것을 위한 인공지능(AI for everything)
주요 정보통신기술(ICT) 기업은 AI에 미래를 걸고 뛰어든 상태다. 전자제품업체뿐 아니라 통신업체, 게임업체 등이 모두 AI 기술의 상업화와 시장 확대에 총력을 기울이고 있다. 삼성전자는 지난 ‘CES 24’에서 포럼 이름을 ‘AI for All’로 했다. ‘모두를 위한 AI’를 내세운 삼성전자는 자체 개발한 생성형 AI 모델 '삼성 가우스'를 공개했다. 삼성 가우스는 언어, 이미지, 코드 등 3가지 모델을 제공하며 삼성전자의 주요 제품과 서비스에 생성형 AI 기능을 구현한다.
갤럭시 S24 시리즈에 탑재된 AI 기능을 체험해 보면 향후 AI가 지배할 세상을 이해하게 된다. 카메라 기능, 서로 다른 외국어로 대화를 가능케 해주는 실시간 통역(Live Translate), 상황과 상대에 따른 메시지 톤 변경을 제안해주는 챗 어시스트(Chat Assist), 긴 글을 요약 정리해 주는 노트 어시스트(Note Assist) 등에 눈길이 간다.
생성형 AI 시장 확대의 영향으로 AI 반도체 시장의 경쟁이 더욱 치열해지고 나스닥의 관련 주식이 폭등하고 있다. AMD가 관련 신제품을 선보이며 엔비디아 추격에 나섰다. 양사는 연초부터 높은 주가 상승률을 자랑한다. 이는 삼성전자와 SK하이닉스 주가에도 호재로 작용할 전망이다. 두 업체는 AI 반도체의 필수 요소 중 하나인 고대역폭메모리(HBM) 시장을 사실상 독점하고 있다. 올해 앞으로 몇 년간에 걸쳐 높은 성장이 예상되는 만큼 우리 기업의 주가 상승이 기대된다.
SK하이닉스가 D램 반도체의 1분기 감산 완화를 시사했다. 메모리 반도체 수요 부족으로 생산량을 줄여야 했던 지난 2년간의 겨울을 지나 ‘AI 봄바람’을 기대한다. 곽노정 SK하이닉스 대표는 3년 이내에 시가총액 200조원 목표를 제시했다. 현재 시가총액(약 100조원)의 2배 성장을 3년 안에 이루겠다는 것이다. 그 비결로는 ‘AI 메모리’를 꼽았다. 챗GPT의 아버지 샘 알트만의 방한이 기대되는 주간이다.
② 최초의 유전자 편집 치료제(The first gene-editing treatment)
최초의 유전자 편집 치료제가 등장했다. 환자들은 이 치료제의 등장에 감사하며 인생을 바꾸는 치료제로 부른다. 미국 식품의약국(FDA)이 지난 8일(현지시간) 세계 최초로 유전자 편집 치료제 ‘카스게비(Casgevy·미국 제품명 엑사셀)’를 허가했다. 크리스퍼테라퓨틱스(CRISPR Therapeutics)와 버텍스파마슈티컬스(Vertex Pharmaceuticals)가 공동 개발한 카스게비는 FDA로부터 12세 이상 환자에 대한 ‘겸상적혈구병(Sickle Cell Disease·SCD)’ 치료제로 승인받았다.
SCD는 일명 ‘낫형세포병’으로 비정상적으로 형성된 헤모글로빈으로 인해 적혈구의 형태가 ‘낫 모양’으로 변형되는 질환이다. 낫 모양 적혈구는 정상세포에 비해 일찍 사멸하고, 모세혈관을 막아 산소 공급을 감소시켜 신체 조직에 통증을 유발하고 장기를 손상시킨다.
카스게비는 크리스퍼-캐스9(CRISPR-Cas9) 기술로 개발된 약물이다. FDA는 카스게비가 새로운 게놈 편집 기술을 활용해 FDA 승인을 받은 최초의 치료법으로, 유전자 치료 분야의 혁신적인 발전을 예고하고 있다고 발표했다.
이번 카스게비 허가로 크리스퍼(CRISPR) 유전자 가위 기술로 유전자를 편집하는 치료제 시대의 서막이 열렸다. 카스게비는 심각한 혈관 폐쇄 위기가 재발해 다른 치료가 어려운 중증 환자에 대한 치료제다. 유전자 치료는 현재 치료법 선택의 제한으로 어려움을 겪고 있어 희귀질환을 앓는 개인에게 보다 표적화되고 효과적인 치료법을 제공할 수 있다.
크리스퍼(CRISPR) 유전자가위라는 강력한 DNA 편집 기술이 처음 개발된 것은 불과 11년 전이었다. 이제 과학자들은 실험실에 머물던 크리스퍼 유전자가위 기술을 갖고 나와서 겸상적혈구병을 치료하는 실제 치료제로 만들었다.
③ 히트펌프(heat pumps)
히트펌프 시스템은 에너지 절약의 노력에 있어서 결정적인 촉매로서 주목을 이끌고 있다. 이 기술을 활용해 대기 중의 열이 모아진다. 열이 대기로부터 포집되어 고효율 냉·난방을 제공하는 열원으로 사용된다는 말이다. 히트 펌프가 탄소중립기술로 각광받고 있다.
난방시스템을 재생에너지 활용을 통해 전기 히트펌프로 전환하면 가정, 사무실, 심지어 제조 시설에서 탄소 배출량을 크게 줄일 수 있다. 열역학 제 2법칙에 의해 열은 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다. 이를 가역적으로 낮은 곳으로 올리도록 고안된 기계장치가 히트펌프다. 급수 펌프가 물을 낮은 곳으로 끌어 올리는 것처럼 열을 저온에서 고온으로 끌어 올려서 히트펌프라고 한다.
히트펌프는 20세기 중반부터 건물에 사용됐다. 유럽의 히트펌프 설치 수준은 러시아-우크라이나 전쟁과 관계한다. 에너지 위기와 천연가스에서 벗어나려는 노력으로 2022년까지 40% 증가해 가장 극적인 변화를 보였다. 아시아에서는 중국이 전 세계의 히트펌프 설치 증가를 견인하고 있다. 2010년 이후 히트펌프 기술 관련 신규 특허 출원의 절반 이상을 중국과 일본이 차지하고 있다.
히트펌프 설치를 확대하면 2030년까지 전 세계 탄소 배출량을 5억톤까지 감축할 수 있을 것으로 전망한다. 이는 현재 유럽의 모든 자동차를 도로에서 몰아냈을 때 줄일 수 있는 양과 비슷한 수준이다. 이를 가능하게 하려면 2030년 말까지 약 6억 대의 히트펌프를 설치해야 하는데, 이는 전 세계 난방 수요의 약 20%에 해당한다.
④ 트위터 킬러((Twitter killers)
일론 머스크는 트위터를 인수하면서 이름을 X로 바꾸고 대부분의 직원을 해고했다. 나아가 관리와 확인 시스템까지 제거했다. 이와 함께 거짓말과 선전이 더 퍼지기 쉬운 새로운 수익 구조가 생기면서 많은 사람이 대체 서비스를 찾기 시작했다.
지난해 7월 메타(Meta)가 텍스트 중심의 소셜 플랫폼 ‘스레드(Threads)’를 내놓고 트위터(Twitter) 잡기에 나선 것도 한 예이다. 혼란에 빠진 트위터를 대체할 대형 플랫폼의 등장에 광고·마케팅 업계의 움직임이 빨라지고 있다. 메타는 잠재적으로 트위터를 완전히 대체할 수 있는 플랫폼으로 ‘스레드’를 내세우고 있다.
⑤ 심부지열발전(Enhanced geothermal systems)
MIT는 지열 에너지에 주목한다. 이는 재생에너지의 한 종류다. 땅의 열을 전기 에너지로 바꾼 에너지다. MIT는 미국의 지열 발전 스타트업 페르보 에너지가 최근 새로운 ‘지열 시추(땅속 깊이 구멍을 파는 일) 기술’을 개발해 시험 중이라고 밝혔다. 이 기술이 상용화되면 땅을 더 깊이 파고들어 지구의 열을 많은 전기 에너지로 바꿀 수 있다고 덧붙였다.
심부지열발전은 지하 깊숙이 시추해 외부 환경에 영향을 주지 않는 지열에너지 저장 공간을 만든다. 그곳에 물을 주입해 가열된 지하수를 이용해 발전과 난방열 공급에 활용한 후 다시 저장 공간으로 물을 순환시키는 방식을 말한다. 지열은 풍부하고 탄소중립적인 에너지원이며 날씨나 시간의 영향을 받지 않아 화석연료의 적절한 대안으로 꼽혀왔다.
기존의 지열발전은 특정 지질학적 조건을 필요하고, 전 세계 재생에너지 용량의 1% 미만을 차지해서 한계가 있었다. 지하 암반에 고압의 물을 주입하고, 생성된 증기로 터빈을 구동하는 수압 파쇄 기술(Hydraulic fracturing technique)을 활용한 방식은 지열 에너지 생산을 극적으로 증가시킬 수 있다. 이런 수압 파쇄는 지진 활동과 연관성이 있다는 견해도 존재한다. 2017년 한국 포항 지진은 수압 파쇄로 인한 지열 발전에 의해 촉발됐다는 보고도 있다.
⑥ 체중 감소 약(Weight-loss drugs)
MIT는 지난해 12월 온라인 뉴스로 식사 전에 ‘먹는 캡슐’을 삼키면 포만감이 생겨 뇌가 식사를 중단해야 할 때라고 생각하도록 속일 수 있다고 했다. 알약처럼 섭취하면 몸에서 진동을 일으켜 다이어트 효과를 내는 의료기기가 개발된 것은 이례적이다.
동물실험에서 이 의료기기는 식사량을 40%나 줄인 것으로 나타났다. 전 세계적인 열풍이 불고 있는 비만치료제 시장에 다크호스로 주목된다. ‘착시 포만감을 위해 위 신장 수축 수용제를 조절하는 진동 식용 생체전자 자극기(A vibrating ingestible bioelectronic stimulator modulates gastric stretch receptors for illusory satiety)’라는 제목으로 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시즈(Science Advances)’에 실렸다.
식사 전 물을 마시면 포만감으로 식사량을 줄일 수 있다. 연구팀은 이에 착안해 부담 없이 먹을 수 있고, 위에서 진동해 포만감을 줄 수 있는 알약 모양의 진동 식용 생체전자 자극기 ‘바이브스(Vibes, Vibratory Ingestible BioElectronic Stimulator)’를 개발했다. 바이브스는 위가 팽창할 때 발생하는 진동을 감지하는 신장 수용체(stretch receptor)가 감지하는 주파수와 동일한 진동을 일으킨다. 인위적으로 신장 수용체를 활성화해 뇌가 포만감을 느끼도록 하는 원리다.
⑦ 칩렛(Chiplets)
칩렛은 중앙처리장치(CPU)·그래픽처리장치(GPU) 같은 시스템 반도체와 D램 메모리 등 서로 다른(이종) 반도체를 마치 하나의 반도체인 것처럼 연결하는 것이다. 반도체 성능을 최대한으로 끌어올리기 위해 탄생한 기술로, 반도체 미세화의 한계를 극복할 대안으로 주목받으며 급부상했다.
삼성전자와 TSMC 간 ‘칩렛’ 양산 승부가 시작됐다. 칩렛은 서로 다른 반도체(다이)를 연결하는 차세대 반도체 제조 기술이다. 삼성전자와 TSMC 모두 올 상반기 중 칩렛 표준인 ‘UCIe’ 기반 반도체 상용화를 추진 중이다. 표준 규격의 칩렛은 아직 상용화된 적 없어 양산에 성공하는 기업이 시장을 선점할 가능성이 있다. 두 회사는 UCIe를 적용한 반도체 시제품의 테이프아웃을 완료하고 올해 상반기 중 검증을 마칠 계획인 것으로 파악됐다. 테이프아웃은 반도체 설계가 완성됐다는 뜻으로, 이제 생산 단계로 넘어 간다는 의미다.
보다 성능이 뛰어나면서 전력 소모도 적은 반도체의 필요성이 커졌다. 그간 반도체 산업은 집적회로 선폭을 줄여 칩을 작게 만들고 전력 소모를 줄이는 초미세화의 길을 걸었다. 선폭 크기를 줄일 수 있는 물리적 한계에 도달했다. 더 이상 작게 만들기가 어려워진 데다 회로 간 거리가 가까워지며 누설전류가 흐르는 문제가 생겼다.
공정 난도가 상승해 수율 문제도 증가해 대안이 필요했다. 반도체 업체가 여러 개의 칩을 하나로 연결해 비용을 줄이는 후공정 칩렛에 주목하는 이유다. 칩렛은 여러 기능을 갖춘 칩을 결합해 하나의 칩으로 만드는 기술이다. 기존 시스템온칩(SoC) 구조가 하나의 칩에 여러 기능을 담은 반도체를 결합해 만든 것이라면 칩렛은 서로 다른 기능을 하는 반도체를 하나의 패키지로 만드는 기술이다.
칩렛의 가장 큰 장점은 동일한 성능을 가진 반도체를 훨씬 낮은 비용으로 생산할 수 있다는 점이다. 칩렛 기술을 이용하면 작은 다이에 분할 생산 후 다이를 이어 붙이는 방식을 통해 수율 개선도 가능하다.
⑧ 초고효율 태양전지(Super-efficient solar cells)
초효율 태양전지는 전통적으로 태양전지에 활용되는 실리콘과 ‘페로브스카이트’라는 물질을 결합해 작은 결정의 층을 장착한 태양전지다. 기존 태양전지는 패널에 닿는 모든 태양 빛을 전기로 변환하지 못한다. 초효율 태양전지는 빛의 대부분을 투과(빛이 물질의 내부를 통과함)시켜 충분한 양의 전기로 바꿀 수 있다.
온 마을이 태양열 패널로 전력을 공급받는 집에서 한 여성은 헤어드라이어로 머리를 말린다. 이웃은 태양열 그릴로 계란 프라이를 요리한다. 태양열 패널이 설치된 개집에서 강아지가 따뜻한 커피를 즐기는 모습이 흐뭇하다. 집 앞 도로에선 태양전지를 장착한 자전거가 달린다. MIT 테크놀로지 리뷰의 이러한 ‘초효율 태양전지’ 삽화 장면은 가까운 미래로 다가온 기분이다. 페로브스카이트는 전기화학적으로 습기나 열에 약하기 때문에 패널 주변에 더 나은 장벽을 만들거나 보다 안정적인 화합물로 전환하기 위한 연구가 진행되는 중이다.
⑨ 애플 비전 프로(Weight-loss drugs)
애플 주가 전망이 엇갈리는 가운데 주가를 부양할 강력한 무기가 등장한다. 19일(현지시간) 미국에서 혼합현실(MR) 헤드셋 ‘비전 프로’ 온라인 사전예약 판매를 시작했다. 올해 50만대 넘게 출고될 수 있다는 전망이 나왔다. 대만 시장조사업체 트렌드포스는 초기 판매가 호조를 보일 경우 비전 프로의 올해 출하량을 50만∼60만대 수준으로 전망했다.
비전 프로 판매에 영향을 미칠 이슈를 보자. 배터리 수명, 애플리케이션 호환성, 높은 가격대가 꼽힌다. 비전 프로를 공개한 뒤 애플은 개발자 도구와 호환성 평가 플랫폼을 선보이면서 애플리케이션 개발을 용이하게 했다. 전통적인 게임을 가상현실로 변환하는 ‘UEVR’과 같은 도구를 통해 브랜드 존재감이 늘어날 것으로 보인다. 애플이 예측대로 가격이 더 저렴한 헤드마운트 디스플레이(HMD)를 선보인다면, 비전 프로의 프리미엄 가격은 가치를 키우는 역할을 할 수 있고, 소비자의 관심을 잠재적으로 유도할 수 있다.
다른 변수로는 마이크로 유기발광다이오드(OLED) 패널 수급이 꼽혔다. 소니와 함께 애플은 중국의 마이크로 OLED 대기업인 씨야(SeeYA)와의 파트너십을 적극적으로 모색하고 있다. 애플은 비전 프로를 2월 2일부터 미국 내 애플스토어와 애플스토어 온라인에서 판매한다. LG디스플레이와 LG이노텍, SK하이닉스 등 국내 반도체·디스플레이·부품 회사가 애플 신제품 ‘비전 프로(Vision Pro)’ 공급망에 참여하고 있다.
LG이노텍은 애플의 핵심 부품 공급사로 위상을 공고히 하고 있다. LG이노텍의 매출 비중에서 애플이 차지하는 비율은 75.4% 수준이다. 업계는 2024년 확장 현실(XR;eXtended Reality) 헤드셋 출하량이 390만대를 기록하며 2023년과 비교할 때 두 자릿수의 높은 성장률을 기록할 것으로 예상한다. 애플의 비전 프로가 사용자들의 관심과 업계의 움직임을 불러일으키며 기존 업체들에게도 도움이 될 것으로 전망한다.
⑩ 엑사스케일 컴퓨터(Exascale computers)
엑사스케일 컴퓨터는 초당 100경(1경은 숫자 1뒤에 0이 16개가 붙은 수) 이상의 빠른 속도로 연산을 수행하는 컴퓨터다. 이 컴퓨터를 이용하면 과학자들이 앞으로의 기후 위기, 핵분열 등에 대해 보다 정교한 계산을 하는 데 도움을 받을 수 있을 것으로 보인다.
엑사스케일급 머신은 인간 두뇌와 비슷한 처리 능력을 가졌으며, 잠재적으로는 신경망과 같은 AI 활동 지원이 가능하다. 국내에서도 한국과학기술정보연구원(KISTI)에서 엑사스케일 시대에 대비해 수천~수만 대 컴퓨팅 노드를 연결하고 대규모 성능을 확보하는데 필요한 시스템 확장성과 안정성, 최적화 기술 등을 확보하겠다는 계획을 발표한 바 있다.
