인간의 뇌, 기억장치로는 '빵점'

독일 심리학자 에빙하우스에 의하면 우리 뇌 속에 학습 후 남는 기억은 1시간이 지나면 50%만 남고, 하루 뒤에는 30%, 한 달 뒤에는 20% 만 남는다.

김정호 카이스트 교수

그래서 학습한 내용을 잘 기억하기 위해서는 내용을 반복해야 한다. 그럼 점점 더 오래 기억하게 된다. 그렇지만 신기한 것은 아무리 열심히 공부하고 외워도 시험이 끝나면 바로 공부한 내용을 잊기 마련이다.

이러한 현상의 의미는 모두 우리 뇌가 기억을 영원히 저장하지 못한다는 사실이다. 더욱이 우리가 죽으면 뇌 속의 기억은 완전히 사라진다. 뇌는 좋은 데이터 자정장치가 아니다. 

이러한 인간 뇌의 기억의 한계를 극복하기 위해서 인류는 기록 장치를 개발해 왔다 

그 중에 하나가 벽화이다. 고구려 벽화를 보면 수천 년이 지난 지금도 그때의 사람의 모습, 문화, 의복, 환경을 알 수 있다. 그때의 들판을 달리면서 사냥하던 고구려인의 기백과 정신도 전달된다. 그 외에도 글자의 발명, 종이의 발명과 책의 발명과 전파가 모두 인간 뇌 기억 장치의 한계를 극복한 사례라고 볼 수 있다. 

고구려 벽화 사진. [출처: 우리 미술 이야기]

에빙하우스가 제시한 뇌의 망각 곡선, [출처 :티스토리(Tistory)]

반도체, 인류가 발명한 위대한 기억장치  

최근 4차 산업혁명 시대를 맞아 가장 유효한 기억 장치가 바로 반도체 메모리이다. 그 중에서는 데이터 저장과 읽기가 빠르지만, 전원이 꺼지면 데이터가 지워지는 고속 메모리가 D램이 있다.

반도체 메모리의 장점은 가볍고 작다는 데 있다. 엄청난 양의 데이터를 손톱만큼 작은 반도체 메모리 공간에 넣을 수 있다. 그리고 아주 쉽게 꺼낼 수 있다. 그래서 손안의 컴퓨터인 스마트폰이 가능하게 되었다. 더 나아가 데이터 쓰기 또는 읽기가 나노 초(10억 분의 1초) 시간 단위로 가능하다.

그러니 빅데이터 처리가 가능하고, 빠른 시간 안에 인공지능 프로세스가 가능해 졌다. 빅데이터 저장을 위한 데이터 센터도 반도체 메모리로 채워지고 있다. 그래서 필자는 글자의 발명, 한글의 발명에 버금가는 인류의 업적이 바로 반도체 메모리의 발명이라고 생각한다.  

반도체 메모리 성장, 10년 이상 이어진다

반도체 메모리의 수요는 지난 30여년동안 꾸준히 지속적으로 증가해 왔다. 이러한 수요의 증가는 PC 시대, 모바일 시대, 빅데이터 시대, 인공지능 시대와 미래 자율주행 자동차 시대를 거치면서 일관되게 지속되고 있다. 이러한 새로운 기술의 패러다임이 필연적으로 데이터 양을 증가시키고 더 많은 반도체 메모리를 필요하게 되었다. 4차 산업혁명 시대를 맞아 이러한 경향은 더욱 가속될 것으로 본다. 필자는 최소한 10 년 이상은 이러한 증가가 지속될 것으로 예측한다.

1980년대 후반 필자가 대학원 입학할 때 처음 개인용 IBM XT, AT 컴퓨터가 보급되기 시작했다. 이때가 바로 반도체 메모리 수요의 태동기라고 볼 수 있다. 그리고 1990년대 초 인터넷이 대중화 되면서 또 한번 메모리 수요 증가의 동력을 얻는다. 인터넷을 하면 문서를 주고 받게 되고, 인터넷 화면을 보게 되면서 컴퓨터의 메모리 용량이 증가했다. 그리고 마침내 2000 년 대 스마트폰이 등장했다. 특히 스마트폰의 카메라 기능과 화면이 고급화 되면서 메모리의 수요 증가가 폭발적으로 탄력을 받게 된다. 사람들이 카메라 대신에 스마트폰으로 사진을 찍고 있다. 그래서 저장 공간이 더 필요하게 되었다.

최근에는 데이터 센터와 인공지능 서버에서 고성능 반도체 메모리의 수요가 급증하고 있다. 여기에 더해서 TV 의 해상도가 8k UHDTV 화면 해상도를 가지게 되고, 더 나아가 유튜브 영상이 범람하면서 더욱 메모리의 수요는 상승한다. 앞으로는 자율주행자동차, 엣지 컴퓨팅, 블록체인 등이 이러한 성장 동력을 이어갈 것이다.

더 나아가 개인과 클라우드 시스템간의 데이터 권리 전쟁이 일어난다. 서로 데이터를 확보하고 독립적으로 저장하려 한다. 개인도 데이터 프라이버시를 갖기를 원한다. 이러한 방향 모두 데이터 저장 양의 증가를 필연적으로 가져온다. 기술의 방향이 반도체 메모리 기업에게 유리한 방향으로 계속 이어지고 있다. 

시대별 메모리 수요 증가 이유와 예측, [출처: KAIST]

2025년, 반도체 특이점 온다 

미래에는 우리가 숨쉬고, 심장이 뛰고, 눈 깜빡이는 것까지 모두 기억된다. 따라서 사람이 태어나서 죽을 때까지, 매 순간 데이터가 생성되고 저장된다. 언제나 어디서나 잠잘 때도 기록된다. 그리고 전세계 모든 사람의 데이터가 기록된다. 원하든 원하지 않던 그 사람이 죽더라도 그 데이터는 지워지는 않는다. 메모리 용량의 증가는 더욱 가속된다.

이러한 원인으로 2025년경에는 지금보다 10배 이상 더 데이터가 생성되고 저장될 것으로 예상한다. 그러면 지금의 반도체 메모리 시장이 10배 된다는 것이 예측된다. 그때 연간 일류가 생산하고 저장하는 데이터 양이 100제타 바이트가 넘게 된다. 1제타 바이트는 10의 21 승 바이트(8 비트) 크기이다. 그럼 매년 만들어 지는 데이터의 크기가 10의 23승 바이트가 된다고 예측된다. 무한대의 숫자이다. 그러니 반도체 메모리 기업은 앞으로 계속 성장할 수 밖에 없다.

화학에서 사용하는 아보가드로 수(Avogadro constant)는 1몰(mol)의 물질 속에 들어 있는 원자의 수이다. 이 상수는 약 10의 23승 크기를 갖는다. 예측하는 2025년 빅데이터의 양과 이 화학의 기본 숫자인 아보가드로 수 비슷해 지는 것이 우연일까 자연의 섭리일까. 아마 빅데이터의 크기가 이 아보가드로 숫자가 크기가 되면 ‘특이점’ 시대가 올 수도 있다. 이러한 예측이 맞을 지 2025년 시대가 궁금하다.

매년 생산되는 데이터 증가 예상 곡선, [출처:IDC]

joungho@kaist.ac.kr        

[김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수]