임병선 – SK hynix Newsroom

[게임 속 IT] [젤다의 전설: 꿈꾸는 섬] 아미보 속에 숨겨진 NFC칩 기술

임병선 — Sun, 25 Aug 2019 20:00:00 +0000

▲ 이미지 출처 : 닌텐도 공식 유튜브 채널

‘젤다의 전설’ 시리즈는 ‘슈퍼마리오’, ‘포켓몬스터’와 함께 닌텐도를 대표하는 게임입니다. 앞서 출시된 <젤다의 전설: 브레스 오브 더 와일드>는 최고의 찬사를 받았으며, 닌텐도 스위치를 반드시 사야 할 이유로 꼽히기도 했죠. 그리고 오는 9월, 시리즈의 최신작인 <젤다의 전설: 꿈꾸는 섬>이 닌텐도 스위치로 출시될 예정입니다. 이번 작품에서도 닌텐도 게임기의 특수 시스템인 ‘아미보’ 활용 콘텐츠가 포함됩니다. NFC 칩이 탑재된 ‘아미보’로 보다 다양한 방식의 게임 플레이가 가능한데요. 오늘은 이러한 NFC 칩이 어떻게 작동하고 실생활에서 어느 곳에 활용되고 있는지에 대해 다뤄볼까 합니다.

NFC 칩을 품은 피규어, '아미보'

▲ 다양한 종류와 캐릭터가 출시된 아미보. (출처: 닌텐도 공식 홈페이지)

‘아미보’(amiibo)는 ‘친구’라는 뜻의 스페인어 ‘아미고’(amigo)와 ‘짝꿍’이라는 뜻의 일본어 ‘아이보’(相棒)의 합성어로, 닌텐도에서 출시하는 NFC 칩을 탑재한 피규어입니다.

아미보는 마리오, 피카츄 등 닌텐도의 강력한 IP로 만들어진 게임 캐릭터 피규어로 게이머들의 마음을 사로잡았습니다. 2014년 처음 출시된 이래 약 150여종이 출시되었으며, 2018년에는 총판매량이 5,000만 개를 넘어서기도 했죠.

▲ 닌텐도 게임기에 아미보를 연동시키면 다양한 콘텐츠를 즐길 수 있다. (출처: '젤다의 전설: 꿈꾸는 섬' 공식 홈페이지)

아미보의 가장 큰 장점은 게임 캐릭터 피규어이면서 직접 게임에 관여할 수 있는 데이터를 포함했다는 것입니다. 종류마다 다른 데이터를 가지고 있으며, 똑같은 아미보로도 게임마다 다른 콘텐츠를 즐길 수 있다는 점에서 큰 화제를 모았습니다.

아미보는 닌텐도 게임기의 특정 부분에 올려놓으면 연동되는 형식입니다. 현재까지 닌텐도 3DS, 닌텐도 WiiU, 닌텐도 스위치의 게임이 ‘아미보’와 연동되었죠. 어떤 게임에서는 단순한 아이템 증정, 어떤 게임에서는 특수한 캐릭터를 플레이할 수 있는 등 그 종류도 다양했습니다.

<젤다의 전설: 꿈꾸는 섬>용 아미보는 게임 속에 등장하는 귀여운 모습의 주인공 ‘링크’입니다. 게임에서 ‘링크 아미보’를 연동시키면 검은 그림자 모습의 ‘섀도 링크’가 등장하고 이를 쓰러뜨리면 보다 많은 아이템을 주는 특전을 지녔습니다.

NFC가 생겨나기까지

NFC는 ‘Near Field Communication’의 약자로, 이를 탑재한 다양한 전자기기가 근거리 무선통신을 할 수 있게 해주는 기술입니다. 비슷한 예로 블루투스가 있지만, 인증된 사용자와만 통신할 수 있는 블루투스와 달리 NFC 칩은 불특정 다수 누구와도 통신이 가능하죠. 다만, 통신할 수 있는 거리가 서로 갖다 대어야 할 정도로 짧습니다.

NFC는 어느 날 갑자기 생겨난 기술이 아닙니다. NFC 기술의 전신은 바코드로 볼 수 있죠. 바코드는 컴퓨터가 인식할 수 있도록 문자와 숫자와 같은 정보를 부호화한 것으로, 굵거나 가는 검은색의 막대기호의 형태로 만든 코드입니다.

▲ 바코드는 과자나 책 같은 일상용품 다양한 곳에 사용되고 있다

바코드는 레이저 스캔 리더기로 읽을 수 있는데 주로 상품의 종류를 자동으로 인식하거나 분류할 때 사용되고 있습니다. 편의점이나 마트 등에서 흔히 볼 수 있는 광경이죠. 이렇듯 바코드는 소매점에서 빠른 계산과 자동 재고 관리를 위한 목적으로 만들어졌는데, 편리함 덕분에 다른 사업 분야에도 도입되었습니다.

하지만 바코드는 어딘가에 인쇄되어 보관되는 형식이기 때문에 손상을 받으면 정보판독이 불가능하다는 문제가 있었습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 아날로그 방식이 아닌 디지털 방식의 새로운 기술이 필요해졌습니다.

바코드의 단점을 보완한 새로운 기술이 바로 ‘RFID’입니다. RFID는 ‘Radio Frequency Identification’의 약자로, 기존 바코드의 모든 단점을 해결하면서 보다 많은 정보를 보관할 수 있습니다. 동작하는 방식은 전파를 통한 근거리 무선으로 해당 정보를 읽어 들이고 식별할 수 있습니다.

RFID는 이미 실생활에서 많이 사용되고 있는 기술입니다. 교통 카드나 주차장 관리는 물론, 농장의 가축 분류, 운동선수들의 기록 측정, 공항의 화물 분류, 매장의 도난 방지용 등 활용도가 광범위하죠.

하지만 직접적인 접촉이 없어도 정보를 읽어 올 수 있다는 보안 취약 문제 때문에 중요한 정보를 전달하는 용도로는 부적합합니다. 게다가 태그와 리더기가 별로도 있는 단방향 통신이라는 것도 단점이죠. 이를 보완하기 위해 생겨난 기술이 NFC입니다.

NFC의 태그 유형

▲ NFC 로고

그렇다면 NFC의 용량과 통신 속도는 어느 정도일까요? NFC 태그 유형은 총 4가지가 있는데 각각 용량과 통신 속도가 다릅니다.

태그 1 유형은 ISO14443A 표준을 기반으로 하며, 사용자는 읽기 전용으로 태그를 구성할 수 있습니다. 기본 용량은 96byte(바이트)로, 웹사이트 URL이나 소량의 데이터를 저장하는 데 적합합니다. 용량은 최대 2KB까지 확장이 가능하고 통신 속도는 106kbit/s입니다.

태그 2 유형도 ISO14443A를 기반으로 하며, 사용자는 읽기 전용으로 태그를 구성할 수 있습니다. 기본 용량은 48byte로 태그 1 유형보다 작지만, 최대 용량은 2KB로 똑같고 통신 속도도 106kbit/s로 동일합니다.

태그 3 유형은 Sony FeliCa 시스템을 기반으로 하며, 2KB 용량을 지원합니다. 통신 속도는 212kbit/s로 다른 유형보다 속도가 빠르지만, 가격이 비싸다는 단점이 있습니다. 하지만 기본 용량이 높고 통신 속도가 빠르기 때문에 좀 더 복잡한 형태의 애플리케이션을 구동하는 데 적합하죠.

태그 4 유형은 ISO14443A와 ISO14443B 표준과 호환되고 제조 시 읽기/쓰기 또는 읽기 전용으로 구성할 수 있습니다. 용량은 최대 32KB이며, 통신 속도는 최대 424kbit/s로 NFC 태그 유형 중 가장 빠릅니다.

NFC, 어디에 활용될까?

NFC도 넓은 범위에서 보면 RFID 기술 중 하나이지만, 태그와 리더기를 별도로 구분하지 않는 양방향 통신이라는 것과 10cm 이내 거리에서만 통신이 가능하다는 점에서 좀 더 보안이 높은 편이죠. 특히 양방향 통신이라는 점에서 더 다양한 사용법이 가능합니다.

▲ 다양한 전자 결제 시스템으로 활용이 가능하다. (출처: 티머니)

먼저 RFID 기술을 지원하는 기기들처럼 교통 카드 같은 전자 결제 서비스를 지원합니다. 이미 구글은 구글 월렛이라고 불리는 안드로이드 스마트폰의 NFC 기능을 이용한 전자 결제 서비스를 선보인 바 있습니다. 구글 월렛은 현재 구글 페이로 변경되어 서비스되고 있습니다. 애플의 경우, 아이폰에 NFC 기능을 탑재하지 않다가 아이폰 6부터 NFC 기능을 탑재해 애플 페이라는 전자 결제 서비스를 도입했죠.

▲ NFC를 활용한 스마트 포스터는 보다 쉽고 빠르게 정보를 전달할 수 있다. (출처: 오송 화장품·뷰티 세계 박람회 공식 포스터)

또한, 전시관이나 스마트 포스터의 안내 서비스처럼 NFC 태그가 장착된 안내판에 스마트폰을 가져다 대는 방식 등 특정 동작을 수행하는 용도로도 활용할 수 있습니다. 예를 들면 회의실이나 영화관에 들어갈 때 특정 위치에 NFC 태그를 설치하고 여기에 스마트폰을 갖다 대면 자동으로 매너모드로 전환될 수 있도록 하는 것이죠. 이러한 기능이 좀 더 발전되면 자동으로 암호화된 Wi-Fi에 접속할 수 있거나 하는 동작도 가능해질 겁니다.

▲ NFC는 작은 크기와 배터리를 내장하지 않고도 작동되기 때문에 다양한 용도로 사용되고 있다.

NFC는 파일 전송도 가능합니다. 비록 블루투스나 Wi-Fi 보다 느리긴 하지만, 가까이 가져다 대는 것만으로도 파일을 전송받을 수 있죠. 다만, 용량이 큰 파일은 저장이 불가능하기 때문에 간단한 웹사이트 URL이나 텍스트 파일 정도가 전부입니다. 닌텐도의 ‘아미보’ 같은 경우는 게임 속에 데이터를 저장해놓고 ‘아미보’에 있는 특정 NFC를 인식해 해당 데이터를 불러오는 방식입니다.

▲ 이제 스마트폰으로도 자동차를 열 수 있는 시대가 도래했다. (출처: 현대자동차)

미래에는 NFC 기술을 활용해 다양한 분야에서 변화를 가져올 것으로 예상됩니다. 우선 스마트폰의 NFC 기능을 통해 별도의 자동차 키가 없어도 자동차 문을 열 수 있는 시대가 열렸습니다. 이러한 차량은 이미 2017년부터 등장했지만, 2020년 이후에는 거의 모든 자동차에 적용될 예정이라고 합니다. 스마트폰의 NFC 기능으로 자동차 문만 열 수 있는 것이 아닙니다. NFC에 저장된 데이터를 기반으로 자동차의 운전자가 바뀔 때마다 의자 높낮이와 백미러 등을 자동으로 조정해주고, 차량에 이상이 생겼을 때는 스마트폰을 통해 바로 문제점을 알려주기도 하는 그야말로 진정한 스마트 카가 되는 셈입니다.

▲ NFC 태그를 통해 와인의 정보와 정품, 개봉 여부를 확인할 수 있다. (출처: Thinfilm 공식 홈페이지)

또한, 명품 브랜드의 정품 인증을 위한 목적으로 NFC 기술이 도입되고 있습니다. 고급 와인이나 의류 브랜드에서 적용 중인데 이를 통해 가짜인지 진짜인지 손쉽게 확인이 가능할 뿐만 아니라 해당 제품을 열거나 사용했는지도 구분할 수 있다고 하네요.

NFC 기술은 한때 QR 코드처럼 시장에서 사장될 위기에 놓였었지만, 이제는 여러 분야에서 중요한 기술로 자리 잡고 있습니다. 양방향 통신이 가능하면서 별도로 배터리를 탑재하지 않아도 사용할 수 있는 것이 가장 큰 장점으로 부각되고 있죠. 여기에 과거 안드로이드 스마트폰에서만 사용 가능했지만, 2017년부터는 아이폰에서도 NFC 태그가 가능해지면서 스마트폰을 통한 NFC 태그가 중요 기술로 떠올랐습니다. 언제 어디서든 휴대하는 스마트폰으로 자동차와 집 등 모든 기기를 제어하고 통제할 수 있다는 것은 정말 매력적이죠. 스마트폰 하나만으로 모든 것을 다룰 수 있는 날이 머지않은 것 같습니다.

※ 본 칼럼은 반도체/ICT에 관한 인사이트를 제공하는 외부 전문가 칼럼으로, SK하이닉스의 공식 입장과는 다를 수 있습니다.

[게임 속 IT] 4차 산업혁명 시대, 우리 일상을 위협할 해킹 위험의 경고 [와치 독스:리전]

임병선 — Tue, 30 Jul 2019 20:00:00 +0000

(출처: Ubisoft)

지난 6월 열린 전 세계 최대 게임쇼 ‘E3 2019 게임쇼’에서는 올해도 역시 다양하고 독특한 신작 게임들이 소개되었습니다. 그중에는 그동안 전혀 정보가 공개되지 않았던 게임도 있었습니다. 오늘 소개할 <와치 독스: 리전>처럼 말이죠. 유비소프트의 오픈 월드 액션 어드벤처 게임 ‘와치 독스’ 시리즈는 ‘해킹’이라는 독특한 시스템이 핵심 포인트인데요. 최신작인 <와치 독스: 리전>에서 다루는 시대는 브렉시트 후 혼란스러워진 가상의 영국입니다. 그 외 정보는 자세히 공개되지 않았지만, 이번에도 보다 다양한 해킹 기술이 펼쳐질 예정입니다. 내년 출시 예정인 <와치 독스: 리전>을 기다리면서 기존 ‘와치 독스’ 시리즈에서 선보인 해킹 기술과 현실 가능성, 또한 이를 막을 수 있는 기술은 어떤 것이 있는지 알아볼까 합니다.

와치 독스’에서의 해킹

▲ 최신작인 <와치 독스: 리전>에서는 거대한 드론을 직접 타고 해킹을 시도할 수 있습니다. (출처: Ubisoft)

‘와치 독스’에서는 스마트폰과 노트북 등을 통해 다양한 IT 디바이스를 해킹하는 모습이 그려집니다. 예를 들면 스마트폰으로 다른 사람의 스마트폰에 접속해 계좌에 있는 돈을 훔치거나 스팸 문자를 보내 혼란에 빠뜨리기도 하죠. 또한, 자동차에 접속해 원하는 방향으로 차를 돌진해 사고를 유발하기도 합니다.

이 외에도 다양한 부분을 해킹할 수 있습니다. 경비 시스템에 접속해 경비 시설을 무력화하고 구역을 순찰하는 경비 로봇의 행동을 제한하거나 전원을 끌 수도 있습니다. 심지어 일정 방향으로 돌진 시켜 아비규환을 만들 수도 있죠. 배전함이나 가스관을 조작해 전기 충격이나 가스 폭발을 일으킬 수도 있습니다.

노트북으로는 드론이나 RC카 등을 조종해 출입이 제한된 곳의 해킹도 가능합니다. 특히 드론으로는 하늘에서 땅에 일어나는 일을 정찰하면서 해킹을 할 수 있어 더 강력하고 위협적인 해킹 기술을 선보입니다.

사실 이러한 해킹은 해당 기기와 같은 네트워크를 사용하고 있거나 해킹하려는 디바이스에 접속할 수 있는 백도어 프로그램 등이 설치되어 있어야 합니다. 아무것도 없는 상태에서 곧바로 접속해 해킹하는 것은 불가능하죠. 이 때문에 유무선 공유기의 암호를 제대로 설정해야 하고, 인증되지 않은 프로그램을 무작정 설치하는 것을 지양해야 합니다.

해킹에 노출된 자율주행 자동차

▲자율주행 자동차는 편리한 만큼 해킹에 대한 대비도 완벽해야 합니다. (출처: NVIDIA)

자동차는 일상생활에 근접해 있으면서도 계속 자동화가 이뤄지고 있는 기기이기도 합니다. 이제 자동차에는 많은 부분에 IT 기술이 접목되고 있죠. 간단하게는 자동차 주위 접촉 센서와 차선 유지 센서부터 크게는 자율주행까지 해당됩니다. 일각에서는 바퀴 달린 스마트폰으로 진화 중이라고 표현하고 있죠.

하지만 그만큼 해킹에 가장 큰 위험에 노출될 것으로 예상되는 것이 바로 자동차입니다. 자동차가 인터넷에 연결되고 다양한 클라우드 서비스와 연동되면서 개인 데이터 노출은 물론, 자동차의 조작 권한을 임의로 갈취할 수 있다는 것이죠. 특히 자동차의 조작 권한을 갈취할 경우, 탑승자의 생명까지도 위협할 수 있는 수단이 됩니다.

이미 인터넷과 연결 가능한 커넥티드 자동차를 해킹해 내비게이션 등 다양한 기능을 원격제어로 제어할 수 있는 문제도 대두됐습니다. 지난 2010년, 미국에서는 회사에 악의를 품은 직원이 고의로 회사 무선 인터넷에 연결된 자동차 100여 대의 시동이 걸리지 않게 한 사례도 있습니다. 회사에서 재빠르게 시스템을 원래대로 돌려 큰 피해는 없었지만, 한 사람이 다수의 자동차에 피해를 줘 큰 사고와 인명 피해를 가져올 수도 있었던 사건이었죠.

더구나 인공지능 자율주행 자동차의 경우 자동차 조작까지도 탈취할 수 있는데, 해당 사례는 아직 존재하지 않습니다. 하지만, 2035년에는 도로 위 자동차 4대 중 3대가 인공지능 자동차가 될 것으로 예상되는 만큼, 이러한 해킹에 더욱더 철저하게 대비해야 할 것입니다.

해킹·복제 원천 봉쇄 ‘양자암호통신’

▲양자키분배(QKD) 기술은 양자를 주고받으며 동일한 암호키를 생성해 수신자와 송신자에게 동시 분배합니다. (출처: SK텔레콤)

양자암호통신은 더는 쪼갤 수 없는 물리량의 최소 단위인 ‘양자’(Quantum)의 특성을 이용해 송신자와 수신자만 해독할 수 있는 암호키(Key)를 만들어 도청을 막는 통신 기술입니다. 현존하는 보안기술 가운데 가장 안전한 통신암호화 방식으로 평가받고 있죠.

국내에서는 지난 3월 18일, SK텔레콤에서 5G 가입자 인증 서버에 해킹 방지 기술 양자난수생성기(QRNG)를 적용했다고 밝혔습니다. 전국 데이터 트래픽의 핵심 전송 구간인 서울-대전 구간에 IDQ의 양자키분배(QKD) 기술을 연동해 양자암호기반 인증 서버를 적용하는 방식으로 데이터 송수신 보안을 강화한 것이죠.

현재 통신망은 디지털신호인 0과 1을 구분해 데이터를 주고받는데 양자는 0이나 1이라는 특성이 결정돼 있지 않습니다. 정보를 보내는 쪽과 받는 쪽 끝단에 각각 양자암호키 분배기를 설치하고 매번 다른 암호키를 이용해 결정하는 방식이죠. 양자암호키는 한 번만 열어볼 수 있으며, 중간에 누군가 가로채더라도 이를 바로 확인해 대처할 수 있어 해킹이 불가능합니다.

쉽게 공을 주고받는 행위에 비유하자면, 기존 통신 방식은 제3자가 몰래 공을 가로챈 후 복제본을 전달해도 탈취 여부를 알기 어려웠는데요, 양자암호통신은 비눗방울을 주고받는 것과 같아서 제3자가 비눗방울을 건들기만 해도 형태가 변형돼 해킹이나 복제 자체가 불가하다고 합니다. 특히 양자는 중첩성이 훼손됐을 경우, 송신자와 수신자가 바로 알 수 있고 원상태로 바꿀 수 없는 비가역성의 특징을 지녔습니다. 따라서 해킹 자체가 불가능한 구조입니다.

양자난수생성기는 양자의 특성을 이용해 패턴 분석 자체가 불가능한 무작위 숫자를 만드는 장치로, 통신 네트워크를 통한 해킹의 위험을 원천 봉쇄합니다. 양자키분배는 양자암호통신의 핵심기술로, 송신부와 수신부만 해독할 수 있는 도청이 불가능한 암호키를 생성하죠.

IDQ는 2022~2023년 위성을 발사하면 양자암호기술의 적용범위가 유선통신에서 무선통신으로까지 확대될 거라 전망하고 있습니다.

또한, IT기술이 발전함에 따라 보안의 중요성이 커지면서 현재 수많은 글로벌 IT 기업이 암호키 분배 등과 관련하여 IDQ에 협력을 요청하고 있습니다.

아파트 스마트홈 해킹 방지 시스템

스마트홈은 스마트폰 등의 디바이스를 통해 외부에서 집안 내 가전제품, 조명 등 전자기기를 제어할 수 있는 기술입니다. 최근 사물인터넷(IoT) 기술 발달과 함께 새로운 주거 서비스 형태로 자리 잡고 있죠.

그러나 그동안 아파트 단지 스마트홈 시스템은 메인 서버에만 방화벽이 설치되어 외부 해킹만 방어할 수 있었습니다. 단지 내의 스마트홈 시스템에 접속해 이뤄진 해킹에 대해서는 별도 보안기준이 없어 방어에 취약했죠. 스마트홈 시스템이 해킹되면 외부에서 다른 세대 내 조명은 물론 가스, 가전제품 등을 마음대로 제어할 수 있다는 우려가 제기되곤 했습니다.

이에 대한 대비책으로 세대별로 사이버 방화벽을 구축한 차세대 보안시스템이 적용되고 있습니다. 이 시스템이 적용되면 내부 해킹에 대한 능동적 방어 체계가 가능합니다. 앞으로 신축되는 스마트홈 아파트 단지에는 이러한 보안시스템이 확대 적용될 예정이라고 하네요.

해킹 방지하는 보안 반도체

대체로 해킹은 소프트웨어적 접근으로 이뤄집니다. 하지만 하드웨어 자체에서 해킹할 수 없도록 차단해버리면 보다 뛰어난 보안이 가능할 것입니다.

삼성전자에서는 PC에 연결할 일이 잦은 스마트폰의 충전 케이블에 보안칩을 장착해 하드웨어적으로 해킹 위험을 방지했습니다. 삼성전자에서 지난 5월 공개한 ‘SE8A’는 업계 최초로 전력전달제어 반도체와 보안칩(Secure Element IC)을 하나로 통합한 제품입니다.

이 제품은 암호화 기반 인증 프로그램인 USB 타입C 인증을 지원하고 미인증 케이블이 연결되는 즉시 데이터 전달 경로를 차단해 악성코드로 인한 전자기기 해킹과 데이터의 손상을 방지합니다.

‘SE8A’는 하드웨어 보안 모듈 내장으로 암호 인증키를 안전하게 관리할 수 있어 충전기와 연계한 전용 콘텐츠 유통에도 활용이 가능하다고 합니다. 예를 들어 전자기기 사용자가 인증된 충전기를 연결하면 암호 인증키가 작동하여, 회원에게만 제공하는 음원이나 동영상 등의 전용 콘텐츠나 프로모션 웹페이지 접속 등과 같은 서비스를 이용할 수 있도록 해주는 방식이죠.

커지는 IoT 시장, 중요해진 시스템 반도체

IoT의 적용 범위가 넓어짐에 따라 IT 업계의 기대도 커지고 있습니다. 시장조사업체 IHS마켓은 2030년이면 전 세계적으로 약 1,200억 개의 IoT 장치가 보급될 것으로 예상하고 있습니다. 일반 상업 및 산업용 장치가 가장 큰 비중을 차지할 것이며, 커뮤니케이션, 소비자 가전, 오토모티브, 교통/운송, 컴퓨터, 의료 분야가 주요 보급 영역이 될 것으로 예상됩니다.

하지만 가장 먼저 해결해야 할 부분은 바로 사용하는 장치에 대한 보안입니다. 이에 반도체 업체들은 IoT 관련 장치, 그리고 장치에 내장될 센서와 MCU 등의 보안을 강화하기 위해 나서고 있습니다. 그동안 시장을 주도해온 인프라스트럭처 제공 업체뿐 아니라 반도체 제조업체들까지 나섬에 따라 IoT 보안 시장은 2022년까지 연간 44%의 성장세를 기록할 것으로 전망됩니다.

SK하이닉스도 보안을 중요시하는 시스템 반도체의 역량을 강화하기 위한 준비를 마쳤습니다. 지난 2017년 7월, 이미지센서 등을 생산하는 자회사 SK하이닉스 시스템아이씨를 설립했으며, 향후 인공지능, IoT, 차량용 반도체로 사업 영역을 확장할 예정입니다.

경기도 용인시에 조성하는 반도체 특화 클러스터도 눈여겨볼 부분입니다. 앞으로 10년 동안 120조 원이 투입되는 대규모 사업으로, SK하이닉스 측은 소재, 부품 협력업체와 함께 연구개발(R&D)에 나설 계획입니다. 하드웨어적으로 보안이 완벽한 시스템 반도체를 개발하면 그보다 해킹을 막는데 완벽한 것은 없을 것입니다.

인공지능이나 빠른 속도의 네트워크 등의 IT 기술은 우리의 삶을 윤택하게 해주지만, 그만큼 양날의 검으로 한순간에 우리의 목숨을 위협할 수 있는 기술이기도 합니다. 그만큼 다양한 해킹 방지 기술이나 보안칩도 함께 발전되어야 할 것입니다. 이미 인공지능 시대로 넘어가고 있는 시점인 만큼, 완벽하게 상용화되는 데 시간만 늦춰질 뿐 아예 막기는 어렵겠죠. 그러나 해킹에 대한 위협이 제대로 해결되고 인공지능 시대가 와야 ‘와치 독스’ 같은 미래가 오지 않을 것 같습니다. 특히 사고가 날 경우 큰 인명피해로 이어질 수 있는 자율주행 자동차나 공격형 드론봇에 대한 우려가 없도록 말이죠.

※ 본 칼럼은 반도체/ICT에 관한 인사이트를 제공하는 외부 전문가 칼럼으로, SK하이닉스의 공식 입장과는 다를 수 있습니다.

[게임 속 IT] 25년의 세월을 뛰어넘어 2D에서 3D로 ‘사무라이 쇼다운’

임병선 — Thu, 20 Jun 2019 21:00:00 +0000

(이미지 출처: SNK)

검극 대전 격투 게임의 시초인 ‘사무라이 쇼다운’(일본명: 사무라이 스피릿츠) 시리즈가 약 11년 만에 새롭게 돌아옵니다. 이번 ‘사무라이 쇼다운’은 25년 전 출시되었던 ‘사무라이 쇼다운 2’(일본명: 진 사무라이 스피리츠 하오마루 지옥변)과 상당히 흡사하게 만들면서 다른 시리즈의 시스템을 도입하는 형태가 되었습니다. 그래도 기본적인 플레이는 ‘사무라이 쇼다운 2’와 비슷하죠. 25년의 세월로 2D 그래픽이 3D 그래픽으로 바뀌었고 해상도도 304×224에서 1920×1080으로 늘어났습니다. 그동안 그래픽 기술이 발전한 만큼, 게임 화면도 몰라보게 바뀌었죠. 이번 편에서는 게임 그래픽을 좌우하는 그래픽카드에 대해 알아볼까 합니다.

고성능 게임의 필수 요소, 그래픽카드

▲CGA, EGA, VGA의 색상 표현 차이 (출처: 유튜브 플레이 화면 캡처)

PC를 조립할 때 주요 부품으로는 CPU(중앙처리장치)와 메인보드, 램, HDD나 SSD 같은 저장 장치 등이 거론됩니다. 하지만 고성능 게임을 원활하게 구동하기 위해서는 그래픽카드가 필수죠. 그래픽카드는 비디오카드, VGA(Video Graphics Array), 그래픽 어댑터 등 다양한 명칭으로도 불리기도 합니다만, 여기서는 통상적으로 그래픽카드라고 통칭하겠습니다.

그래픽카드는 CPU로 이루어지는 작업 현황을 모니터에 출력하고 3D 게임 구동 시 3D 연산과 결과물을 화면에 나타내는 장치입니다. 그래픽카드가 없다면 모니터에 그 어떤 화면도 표시되지 않죠.

최초의 그래픽카드는 1981년에 나온 ‘MDA(Monochrome Display Adapter)’입니다. 하지만 MDA는 흑백 문자만 표현할 수 있었으며, 그림 및 원색의 표현이 가능한 최초의 그래픽카드는 같은 해에 출시된 ‘CGA(Color Graphics Adapter)’이죠. CGA는 320×200 해상도에 최대 4가지 색상까지 출력이 가능했습니다.

이어 1982년에는 최대 720×348 해상도의 흑백 그림을 표현할 수 있는 ‘허큘리스(Hercules)’, 1984년에는 640×350 해상도에서 16색 그림을 표현할 수 있는 ‘EGA(Enhanced Graphics Adapter)’가 출시됐습니다.

현재 그래픽카드의 기원으로 볼 수 있는 VGA는 1987년 등장했습니다. 초기 VGA 모델은 640×480 해상도에서는 16색, 320×200 해상도에서는 256색을 표현할 수 있었죠. 이때부터 컴퓨터가 가정에 본격적으로 보급되기 시작했으며, 다양한 색상 표현으로 보급에 활성화를 불어넣기도 했죠.

3D 그래픽카드의 등장

VGA카드 이후 그래픽카드는 1995년 등장한 3D 그래픽카드로 큰 변화를 맞습니다. 지금이야 2D 그래픽, 3D 그래픽을 구분하지 않고 그래픽카드가 모두 연산하지만, 당시에는 2D 그래픽은 2D 그래픽카드가, 3D 그래픽은 3D 그래픽카드가 연산을 담당했었습니다. 3D 그래픽카드는 오직 3D 그래픽을 연산하기 위해 추가로 장착하는 애드온(Add-on) 방식이었죠.

▲초창기 3D 그래픽카드 시장을 호령했던 3dfx (출처: 3dfx 공식 로고)

초창기 3D 그래픽카드 개발에는 ATI, S3, Matrox, 크리에이티브 등의 회사가 뛰어들었습니다. 수많은 회사의 경쟁 속에 1990년대 3D 그래픽카드 시장을 이끈 것은 3dfx의 ‘부두(Voodoo)’ 그래픽카드였습니다. 이후 2D 그래픽 가속도 지원하는 부두 러시가 나오면서 그래픽카드는 하나로 통합되게 되었죠.

하지만 부두는 경쟁사인 엔비디아(NVIDIA)의 약진으로 서서히 몰락하게 됩니다. 시장의 주도권을 되찾지 못한 채 결국 엔비디아에 인수됐고 2002년 10월 15일 파산하게 됩니다.

원래 엔비디아는 CPU 칩 제조를 하려 했지만, 상황이 여의치 않자 GPU 칩 제조로 방향을 선회했습니다. 엔비디아의 이름을 알리기 시작한 것은 1997년 출시한 ‘리바(Riva) 128’부터죠. 특히 리바 128부터 DirectX를 지원했기 때문에 많은 사람이 사용하게 되었습니다.

엔비디아는 1998년 출시한 리바 TNT부터 그래픽카드 시장을 점령해나가기 시작했습니다. 1999년 출시한 리바 TNT2는 경쟁사인 3dfx의 부두의 성능을 따라잡았으며, 이어 출시한 리바 TNT2 M64으로 저가형 시장까지 확장하는데 성공했죠.

여기에 1999년 10월, ‘지포스(GeForce)’ 브랜드를 처음으로 선보이면서 3D 그래픽카드 시장을 선도하기 시작했습니다. PC는 잘 몰라도 지포스라는 명칭을 아는 사람이 많을 정도로 성공한 케이스이죠. 항상 뛰어난 성능을 보여주고 있기 때문에 게이머들 사이에서 ‘역시 게임은 지포스’라는 인식을 심어주게 됩니다.

그래픽카드가 계속 커지는 이유

▲그래픽카드의 성능이 높아지면서 복잡해지고 크기도 커지고 있습니다. (출처: ASUS 공식 홈페이지)

과거에는 거대한 크기를 자랑했던 CRT 모니터도 LCD, LED 모니터로 바뀌면서 화면은 커져도 두께는 얇아지고, 저장장치도 HDD에서 SSD로 바뀌면서 작고 조용해지고 있죠. 하지만 유독 그래픽카드만 점점 커지고 있으면서 메인보드 슬롯 공간을 2~3칸 차지하거나 전용 전원 케이블까지 사용하고 있습니다.

그래픽카드가 계속 커지는 것은 GPU와 GDDR(Graphics Double Data Rate) 램 때문입니다. GPU의 미세공정이 진행되면서 저발열 저전력 쪽은 조금씩 나아지고 있지만, 요구되는 처리 능력이 미세공정으로 얻을 수 있는 절약되는 양보다 커 GPU의 코어 자체는 계속 커지는 추세죠.

GPU는 기본적으로 병렬 프로세싱, 멀티코어 연산을 할 수 있으므로 코어를 마음껏 늘려 성능을 올릴 수 있는 구조입니다. 이 때문에 고성능의 그래픽카드일수록 코어 개수가 늘어나고 이에 따른 발열과 소비전력이 높아져 크기가 커질 수밖에 없는 셈이죠.

이와 함께 그래픽카드에 장착되는 메모리도 빠르고 큰 용량으로 진화하고 있습니다. 고성능 그래픽을 구현하기 위해서는 메모리의 성능 또한 매우 중요하기 때문입니다. GDDR5의 경우, 3000MHz(실효 클럭 기준)를 시작으로 9000MHz의 속도까지 발전했으며, 한 단계 진보한 GDDR6는 최대 16GHz에 달하는 속도를 구현하는 데 성공했습니다.

대신 일반 DDR램보다 훨씬 빠른 처리속도를 가진 GDDR램은 발열과 전력 소모가 상당히 심합니다. GDDR4부터는 높은 발열 때문에 방열판이 필수가 됐으며, 6~8핀 보조 전원 케이블도 2개씩 필요하게 됐습니다.

하지만 그래픽 메모리가 크고 빠를수록 고해상도 텍스처를 보다 더 빠르게 로딩할 수 있다는 장점이 있죠. 고해상도 게이밍 시대에는 고클럭, 고용량 그래픽 메모리가 선택이 아닌 필수가 된 셈입니다.

25년간 그래픽카드는 얼마나 진화했을까

▲25년 전의 <사무라이 쇼다운2>와 25년 후의 <사무라이 쇼다운>의 그래픽 표현 (출처: SNK)

그렇다면 25년이라는 세월 동안 그래픽카드가 얼마나 발전했는지 알아보겠습니다. 이번에 소개하는 게임인 ‘사무라이 쇼다운 2’의 경우, 1994년에는 SNK의 콘솔 게임기인 ‘네오지오’로 출시되었으며, 25년 후인 ‘사무라이 쇼다운’은 ‘플레이스테이션 4’와 ‘엑스박스 원’으로 출시될 예정입니다.

▲당시 상당히 뛰어난 성능을 지녔던 ‘네오지오’ (출처: 네오지오 공식 이미지)

먼저 네오지오에는 그래픽 칩셋으로 ‘SNK LSPC2-A2’가 장착되어 있었습니다. ‘SNK LSPC2-A2’는 24MHz로 작동하는 칩셋으로 현재 기준으로는 상당히 느리지만, 당시에는 매우 강력한 성능을 자랑했죠.

경쟁 게임기인 닌텐도의 ‘슈퍼패미컴’은 그래픽 칩셋으로 S-PPU1 & S-PPU2를 탑재했는데 5.37MHz 정도였으며, 세가의 ‘메가드라이브’의 그래픽 칩셋은 야마하 YM7101 VDP(세가 315-5313)으로 13.3MHz의 속도였습니다. 1986년 출시된 80386(흔히 396으로 불리는 제품) CPU의 속도도 12~40MHz 정도에 그쳤습니다.

‘네오지오’의 비디오 메모리는 64KB(Lower/Slow) SRAM, 4KB(Upper/Fast) SRAM, 16KB SRAM으로, 총 86KB였죠. ‘슈퍼패미컴’과 ‘메가드라이브’의 비디오 메모리는 모두 64KB로, ‘네오지오’가 좀 더 많은 비디오 메모리를 지녔습니다. ‘네오지오’는 당시 뛰어난 성능을 바탕으로 다른 콘솔 게임기에서 구현할 수 없는 그래픽을 선보였죠.

그렇다면 현재 콘솔 게임기인 ‘플레이스테이션 4’와 ‘엑스박스 원’은 어떨까요? 두 제품 모두 상위 버전이 존재하는데 각각 ‘플레이스테이션 4 프로’와 ‘엑스박스 원 엑스’의 그래픽카드에 대해 알아보도록 하겠습니다.

▲플레이스테이션 4 프로 (출처: 플레이스테이션 4 프로 공식 이미지(SIE))

먼저 ‘플레이스테이션 4 프로’는 AMD 2세대 GCN 기반 그래픽 칩셋이 장착되었습니다. 이 그래픽 칩셋은 911MHz의 속도로 작동하는 36개의 CU(Compute Unit)로 구성되어 있습니다. 네오지오의 그래픽 칩셋과 비교하면 약 38배 빨라진 속도의 그래픽 칩셋이 36개 있는 셈입니다. 메모리는 8GB GDDR5 SDRAM로, 단위가 KB의 1,000배인 MB를 뛰어넘어 1,000,000배를 넘는 GB에 달했습니다.

▲엑스박스 원 엑스 (출처: 엑스박스 원 엑스 공식 이미지)

이보다 더 높은 성능을 자랑하는 ‘엑스박스 원 엑스’는 AMD 커스텀 아키텍처 기반 그래픽 칩셋이 장착되어 있는데 1172MHz의 속도로 작동하는 40개의 CU를 탑재했습니다. 속도나 개수 모두 ‘플레이스테이션 4 프로’보다 빠르고 많기 때문에 더 높은 성능을 지녔습니다. 메모리도 12GB GDDR5 SDRAM로 더 큽니다.

이렇듯 최신 콘솔 게임기는 성능이 높아진 만큼 출력하는 해상도도 엄청나게 높아졌습니다. ‘네오지오’의 해상도는 304×224 정도이지만, ‘플레이스테이션 4 프로’와 ‘엑스박스 원 엑스’가 출력할 수 있는 해상도는 4K UHD(3840×2160)에 달합니다. 점 개수로 비교하면 68,096개와 8,294,400개로, 약 121.8배의 세밀한 표현이 가능합니다.

이번 6월에 진행된 세계 3대 게임쇼이자 가장 큰 규모를 자랑하는 E3 2019 게임쇼에서 발표된 차세대 엑스박스인 ‘엑스박스 아나콘다’는 ‘엑스박스 원 엑스’의 4배에 달하는 성능으로 8K UHD 해상도까지 지원할 예정입니다. ‘플레이스테이션 5’도 비슷한 성능을 지닐 것으로 예상됩니다. 끝없이 발전하는 GPU의 성능만큼이나 게임 그래픽도 현실과 구분하기 어려울 정도로 진화하고 있습니다. 지난 25년 동안 눈부신 발전을 해온 만큼 앞으로의 25년도 기대됩니다.

※ 본 칼럼은 반도체/ICT에 관한 인사이트를 제공하는 외부 전문가 칼럼으로, SK하이닉스의 공식 입장과는 다를 수 있습니다.

[게임 속 IT] 노트르담 대성당을 만날 수 있는 곳, [어쌔신 크리드: 유니티] 속 진

임병선 — Tue, 21 May 2019 20:00:00 +0000

지난 4월 15일 프랑스 파리에 있는 노트르담 대성당에서 화재가 일어나 건물 골조만 남는 일이 발생했죠. 그야말로 인류의 유산이 없어지는 순간이었습니다. 오늘 소개할 유비소프트의 ‘어쌔신 크리드: 유니티’에서는 18세기 프랑스 혁명을 다루고 있는 만큼, 파리의 주요 건축물의 모습을 접할 수 있는데요. 특히 다른 게임과는 달리 1:1 축척을 사용해 노트르담 대성당을 보다 자세히 재현해, 지금은 볼 수 없는 그 모습을 간접적으로나마 감상할 수 있습니다. 과거에는 게임 속에 구현되는 물체나 인물을 하나하나 제작했다면, 이제는 실제처럼 만들기 위해 스캔하는 방식을 적용하고 있습니다. 이렇듯 게임 속에서 실제처럼 보이는 사람이나 건축물이 어떻게 제작되고 구현되는지에 대해 알아볼까 합니다.

건축물 모습을 그대로, 3D 레이저 스캐닝

3D 레이저 스캐닝은 3D 레이저 스캐너를 이용해 스캔 대상물의 3차원 형상 정보를 디지털화하여 데이터를 취득하는 기술입니다. 3D 스캐너는 레이저를 발사한 뒤 대상에 부딪혀 돌아오는 시간을 계산해 공간 구조를 파악하는 기술로, 레이저가 반사돼 돌아오는 지점 하나하나의 거리를 계산해 이를 바탕으로 건축물의 형상을 3차원으로 재현할 수 있습니다.

보다 정확하고 자세하게 수치를 데이터화할 수 있는 3D 레이저 스캐닝은 리모델링이나 인테리어 프로젝트를 비롯해 다양한 목적으로 활용되고 있습니다.

골조 공사 후 3D 스캐닝을 통해 설계 도서와 시공 현황과의 오차를 정확히 측정하여 설비 배관 간섭을 미리 검토할 수 있고, 마감 계획과 필요한 자재 파악 등에 활용해 건축 예산을 절약할 수도 있죠. 특히 반도체 공장처럼 매우 정교한 시공이 필요한 건물의 시공 품질 향상 및 오류 감소로 인한 비용 절감 등에도 큰 도움이 된다고 합니다. 그뿐 아니라 정기적으로 3D 스캐닝을 통해 육안으로는 확인이 어려운 구조물의 처짐 등 시설물의 유지 관리를 위한 데이터로 활용할 수도 있습니다. 또한, 오래된 건축물의 구조안전진단을 위한 변위 측량에도 유용하다고 하네요.

여기에 문화재 보존을 위한 건축물 디지털 데이터베이스를 구축하는 데도 유리합니다. 레이저지만, 에너지가 낮은 가시광선을 이용하기 때문에 건물에 미치는 영향이 거의 없기 때문이죠. 최근에는 빨강, 녹색, 파랑 등 3가지 파장의 가시광선 레이저를 써서 색채를 구현하기도 하고 적외선을 사용하는 경우도 있다고 합니다.

▲ 앤드루 탤런 전 미국 배서대 교수가 측정한 데이터를 바탕으로 3D 스캐너 기업 ‘라이카 지오시스템’이 재현한 노트르담 대성당의 모습. (출처: 라이카 지오시스템)

앞서 언급한 노트르담 대성당도 이미 3D 레이저 스캐닝을 통해 자료가 남아있습니다. 지난해 11월 타계한 전 미국 배서대 교수이자 건축사학자였던 앤드루 탤런은 평생 노트르담 대성당의 구조를 3D 측정 데이터로 담는 일에 몰두했다고 합니다.

그는 2010년부터 대성당 안팎의 모습을 3D 레이저 스캐너에 담았는데 내·외부를 50차례 넘게 측정해 무려 10억 개가 넘는 표면 위치 정보 데이터를 확보했다고 하네요. 5mm 크기의 작은 부재와 세부 장식까지 완벽하게 담았는데 이를 토대로 디지털 노트르담 대성당을 완성하는 데 성공했다 합니다.

▲ 1:1 축척을 사용한 <어쌔신 크리드: 유니티> 속 노트르담 대성당의 모습. (출처: 유비소프트)

<어쌔신 크리드: 유니티> 속 노트르담 대성당은 정밀한 3D 스캔 기술이 아니라 사진 데이터를 토대로 모델링했습니다. 여기에 게임 플레이를 위해 내부 배치를 변경하고 저작권 때문에 벽화나 파이프 오르간 등이 빠졌습니다. 이 때문에 노트르담 대성당을 둘러보는 용도는 될 순 있겠지만, 아쉽게도 정밀한 복원 작업에는 사용될 수 없죠.

▲ 3D 레이저 스캐닝 기술을 통해 복원된 전북 익산 미륵사지 석탑. (출처: 문화재청)

3D 레이저 스캐닝을 통해 실제 복원한 사례는 국내에도 있습니다. 20년 만에 복원한 전북 익산 미륵사지 석탑에 이 기술이 쓰였는데, 국립문화재연구소는 2001년 미륵사지 석탑 6층 옥개석을 내릴 때부터 마지막 기단부 해체까지 10년에 걸쳐 해체하면서 작업 전과 중간, 후에 각각 3D 레이저 스캐너로 입체 정보를 측정했다고 합니다.

연구소는 해체 과정에서 나온 부재 3,000개를 하나하나 레이저로 스캐닝해 모양과 크기 정보를 측정하는 방식으로 8년에 걸쳐 총 2만 4,000개의 데이터를 얻었습니다. 이렇게 해서 만든 정보는 낡은 부재를 강화하거나 새 부재로 대체할 때, 탑 전체의 안정성을 평가하고 복원 방법을 결정할 때도 모델링 연구를 통해 활용됐다고 하네요.

사진을 3D로, 포토그래메트리

▲ 포토스캔은 보다 많은 양의 사진이 있으면 더 자세하고 고품질의 결과물을 얻을 수 있습니다. (출처: Agisoft Metashape 공식 유튜브 채널 동영상 캡처

게임 속에서 3D로 구성된 물체를 구현하는 방법은 여러 가지가 있습니다. 포토그래메트리는 실제 물체를 촬영한 ‘사진’을 재료로 사용해 3D 모델링을 구현하는 기술입니다.

포토그래메트리의 툴 중에서 ‘포토스캔’은 러시아에서 개발한 프로그램으로, 여러 각도로 촘촘하게 찍은 여러 장의 사진으로 색 정보와 방향을 분석, 계산해 고품질의 텍스쳐 결과물을 만들 수 있습니다.

▲ 포토그래메트리 기법을 게임 속 오브젝트에 적용한 ‘스타워즈 배틀프론트’. (출처: 일렉트로닉 아츠)

포토스캔을 통해 3D 오브젝트를 만들기 위해서는 먼저 사진을 찍어야 합니다. 포토스캔에 사용되는 사진은 일반 사진과는 다르고 물체를 입체적으로 구현하기 위해 보다 다양한 각도와 다양한 높이에서 촬영해 물체를 촘촘히 찍어야 합니다. 찍은 사진을 정렬하고 막대한 양의 데이터를 처리할 수 있는 고밀도 클라우드를 생성, 이를 기반으로 표면을 구현하면 사실과 똑같은 3D 오브젝트를 만들 수 있습니다. 여기에 광원 효과 조절을 거쳐 게임 속 오브젝트로 태어납니다.

보다 사실적으로, 3D 스캔

3D 스캔은 실존하는 대상을 다수의 카메라로 다각도에서 촬영해 3차원 모델링 데이터로 변환하는 기술입니다. 대상을 찍는 카메라가 많을수록 더 입체적이고 사실적인 데이터를 얻을 수 있죠. 이를 통해 성별, 연령별, 체형별로 데이터베이스를 만들어 게임에 다양하게 적용할 수 있습니다.

▲ 128대의 DSLR로 제작되는 엔씨소프트의 3D 스캔 스튜디오. (출처: 엔씨소프트)

우리나라에서는 ‘리니지’로 유명한 엔씨소프트가 대한민국 게임회사 최초로 3D 스캔 스튜디오를 소유하고 있습니다. 엔씨소프트는 128대의 DSLR로 동시에 대상을 촬영해 보다 리얼리티를 살린 고퀄리티 게임 캐릭터를 제작한다고 합니다.

▲ BetterReality 3D 스캔 기술 (출처: Next Gen Scan 유튜브 채널)

사람 이외에 건물 같은 배경을 스캔해 모델링하는 기술도 있습니다. 폴란드의 BetterReality는 Thorskan이라는 3D 스캔 기술을 선보였는데 인물이나 작은 오브젝트를 스캔하는 것이 아니라 거리나 건물을 스캔하는 기술입니다.

▲ 3D 스캔을 통해 사실감을 높인 ‘Get Even’. (출처: The Farm51)

이 기술을 활용해 The Farm51에서는 2017년 ‘Get Even’이라는 FPS 게임을 선보였습니다. 가상의 데이터를 통해 만든 것이 아니라 실제로 있는 배경을 스캔해 제작한 것이기 때문에 더 실감 나는 게임을 즐길 수 있습니다. 다만, 원래 모습 그대로를 적용하려면 고용량의 데이터를 속도감 있게 표현할 수 있는 뛰어난 메모리 성능이 요구되기 때문에 어느 정도 그래픽 다운을 거쳤습니다.

이렇듯 현실의 모습을 디지털 데이터로 바꾸는 다양한 기술이 존재합니다. 20세기를 대표하는 천재 화가 피카소의 명언 중 ‘Good artists copy, great artists steal.’(좋은 예술가는 베끼고, 위대한 예술가는 훔친다.)라는 것이 있습니다. 모방해 만드는 것이 아니라 있는 그대로를 데이터로 담는 3D 스캔 기술이야말로 위대한 예술가가 아닐까 싶습니다.

※ 본 칼럼은 반도체/ICT에 관한 인사이트를 제공하는 외부 전문가 칼럼으로, SK하이닉스의 공식 입장과는 다를 수 있습니다.

[게임 속 IT] 핵전쟁 이후의 세계 [파 크라이: 뉴 던], 핵 미사일에는 어떤 기술이 숨어 있을까?

임병선 — Thu, 04 Apr 2019 20:00:00 +0000

유비소프트의 대표작 ‘파 크라이’ 시리즈는 외딴 오지를 배경으로 위협에 맞서 생존하는 FPS 게임입니다. 얼마 전 시리즈의 최신작 ‘파 크라이: 뉴 던’이 드디어 베일을 벗었습니다. 앞서 전작 ‘파 크라이5’에서는 핵전쟁으로 인류의 종말을 맞이하는 충격적인 엔딩을 선보여 게이머들 사이에서 ‘핵피엔딩’이라는 혹평을 받기도 했었는데요. 오늘 소개할 ‘파 크라이: 뉴 던’에서는 핵전쟁으로 초토화가 된 가상의 도시 ‘호프 카운티’가 17년 만에 재생된 모습을 볼 수 있습니다. 핵 대재앙 이후, 호프 카운티는 과연 어떤 모습으로 변했을까요? 오늘은 게임의 이야기와 함께 핵전쟁에 쓰이는 핵무기의 원리와 방어 체계, 그리고 이에 숨겨진 반도체 기술까지 다뤄볼까 합니다.

핵무기의 종류 ALCM/ICBM/SLBM

▲ 핵무기 투하 전(위)과 후(아래)의 일본 나가사키 모습. (출처: U.S. National Archives)

핵무기는 원자핵을 이용한 무기로, 크게 핵분열을 이용한 ‘원자폭탄’과 부분적 핵융합을 이용한 ‘수소폭탄’, 수소폭탄을 소형화하고 중성자 방사를 통한 ‘중성자탄’이 있습니다. 대체로 우라늄이나 플루토늄을 사용해 만드는데요. 소형화에는 플루토늄이 더 유리하기 때문에 초창기 이후 만들어진 핵무기는 주로 플루토늄이 이용됩니다.

이러한 핵무기는 터지는 순간 엄청난 폭발과 고열, 빛을 일으킵니다. 폭심지 근처는 모든 것이 사라지고 폭심지에서 어느 정도 떨어진 거리라 해도 고열과 빛 등의 후폭풍으로 인해 심각한 화상이나 실명을 가져옵니다. 여기에 방사선 피해까지 더하면 주변 수십 킬로미터 안의 사람은 거의 살아남을 수 없죠.

▲ '파 크라이5'에서 호프 카운티에 핵무기가 떨어져 도시 전체가 초토화가 된다. 그리고 17년 뒤 도시가 자연적으로 재생된 모습이 '파 크라이: 뉴 던'에서 그려진다. (출처: 유비소프트)

‘파 크라이: 뉴 던’에서는 핵무기가 투하되는 장면은 나오지 않지만, 전작인 ‘파 크라이 5’에서는 핵무기가 터지고 이후 일어난 후폭풍에 대한 부분이 묘사됩니다. 폭발과 고열에 주위가 불바다로 변하고 여기서 탈출하는 과정이 그려지죠.

핵무기는 핵탄두를 어떻게 투하하느냐에 따라 발사 방식이 달라지는데요. 크게 3대 전략핵 체제라 불리는 ALCM(Air-Launched Cruise Missile, 공중발사 순항유도탄)과 ICBM(InterContinental Ballistic Missile, 대륙간 탄도 미사일), SLBM(Submarine-Launched Ballistic Missile, 잠수함 발사 탄도미사일) 등으로 나뉩니다.

ALCM은 비행기에서 핵무기를 발사해 투하하는 방식입니다. 일본의 히로시마와 나가사키에 투하된 핵폭탄도 폭격기에서 떨어뜨린 것이죠. 현대전에서는 당연히 성공확률이 상당히 떨어집니다.

▲ ICBM은 일반적인 로켓과 비슷하지만 핵탄두를 장착하고 있다는 것이 다릅니다. (출처: U.S. Air Force)

ICBM은 장거리 미사일 발사 방식으로, 수천에서 수만km까지 떨어진 곳에 핵탄두를 맞출 수 있습니다. 현대전에서는 ALCM보다 ICBM의 성공확률이 더 뛰어나기 때문에 많은 핵무기 보유국이 ICBM 방식을 지니고 있습니다. 다만, ICBM은 사거리가 가장 길고 위력이 강하지만, 발사대가 고정되거나 이동할 수 있어도 거대한 트럭이나 열차에서나 발사가 가능해 발사 은폐가 어렵다는 단점이 있습니다.

▲ SLBM은 바다 속에서 발사하기 때문에 기습적입니다. (출처: Lockheed Martin)

SLBM은 잠수함에서 발사하는 탄도 미사일로, ICBM과 이론은 같지만 잠수함이기 때문에 바다를 이동해 기습적으로 미사일을 발사할 수 있다는 장점이 있습니다. 다만, 오차가 조금 더 넓고 탄두가 작아 위력이 약하다는 단점이 있다고 하네요.

핵 미사일 속 반도체 기술

사실 ICBM은 인공위성 발사체와 크게 다르지 않습니다. 추진체를 이용해 대기권 밖으로 날아가 추진체에 탑재된 물체를 쏘아 올리는 방식은 똑같기 때문이죠. 로켓 발사체에 핵탄두를 장착하면 ICBM, 인공위성을 장착하면 인공위성 발사체가 됩니다.

이러한 발사체는 탄소섬유와 내열 소재, 반도체, 자동 항법 장치, 엔진 구성품 등 첨단 기술이 접목되어야 하는데요. 그중에서도 특히 핵심 역할을 수행하는 반도체는 극저온에서 극고온까지 오가는 온도는 물론, 우주 방사능, 높은 기압 등 험난한 환경에서도 견뎌야 합니다. 따라서 미사일에 탑재되는 반도체는 일상생활에서 사용되는 제품보다 성능이 낮더라도, 열악한 환경에서도 정확한 작동을 할 수 있는 제품이어야 합니다.

▲ 최신 CPU는 최대 클럭이 5GHz로 동작하지만, 8086은 최대 10MHz 정도로 동작합니다. (출처: 인텔)

또한, 미사일은 먼 거리의 표적물을 정확히 조준하는 것이 가장 중요한 만큼, 작동 제어나 위치 조절 등 단순하지만 정확한 연산이 가능해야 하는데요. 때문에 과거 출시된 8086 같은 성능의 CPU도 미사일에서 기능하는 데 무리가 없습니다.

하지만 움직이는 물체의 정밀 타격을 위한 유도 미사일 같은 경우, 카메라와 고성능 CPU 등이 요구됩니다. 반면, 타격 목표가 고정되고 광범위한 크기를 공격하는 핵 미사일에 탑재되는 CPU는 비교적 낮은 성능을 가지고 있다고 볼 수 있습니다.

비행 단계별 핵 미사일 방어 수단

▲ 이지스함의 MD 시스템은 발사대를 쉽게 옮길 수 있는 장점이 있습니다. (출처: 미국 국방부)

핵 미사일 방어 수단으로는 MD(Missile Defense, 미사일 방어체계)가 있습니다. 핵 미사일을 공격에 맞서 똑같이 핵 미사일을 보유하는 것이 아니라, 상대의 핵미사일을 무력화시키는 시스템이죠. 현재 미국은 ICBM뿐만 아니라 크루즈 미사일과 공대지 미사일 등 육·해·공·우주 미사일 모두를 방어하는 것을 목표로 하고 있습니다.

MD는 미사일을 어디에서 요격하느냐에 따라 구분됩니다. 미사일이 상승하는 도중 격추하는 ‘비행초기단계(Boost phase)’, 미사일이 상승하고 일정 궤도를 날아가는 도중 격추하는 ‘비행중간단계(Mid-course phase)’, 미사일이 하강하는 도중 격추하는 ‘비행종말단계(Terminal phase)’로 분류됩니다.

비행초기단계에서는 KEI(운동 에너지 요격기)와 항공기 레이저가 있습니다. 비행기에 레이저를 장착해 미사일을 요격하는 방식으로, 과거 개발되다가 2011년 계획이 폐기됐습니다. 그러나 레이저 탑재 드론이 등장하면서 최근에는 이를 MD로 활용하려는 움직임이 있다고 하네요.

비행중간단계는 GBI(Ground-Based Midcourse Defense) 미사일과 ABMD(Aegis Ballistic Missile Defense System, 이지스 탄도유도탄방어체계), MKV(Multiple Kill Vehicle, 다탄두 요격체)가 있습니다. 멀리서 날아오는 도중 요격하기 때문에 사거리가 5,500km 이상은 되어야 합니다. GBI의 사거리는 약 6,000km에 달하는데 핵탄두를 장착하면 ICBM으로도 활용이 가능합니다. 또한, ABMD는 이지스 순양함에 MD 시스템을 탑재한 것으로, 미사일을 요격하기 좀 더 유연하죠.

▲ THAAD 미사일 발사대. (출처: Lockheed Martin)

비행종말단계에서는 THAAD(Terminal High Altitude Area Defense, 종말고고도지역방어)와 애로우 ABM(Anti-Ballistic Missile) 시스템, MEADS(Medium Extended Air Defense System, 중거리 사거리 연장형 대공 방어 시스템), KM-SAM, PAC-3(패트리어트 Advanced Capability-3) 등이 있습니다. 약간 떨어진 곳에서 격추해도 되기 때문에 사거리가 1,000km 정도만 되어도 운용하는 데 문제가 없다고 하네요.

특히 THAAD는 우리나라에서 ‘사드’라는 이름으로 잘 알려져 있는데요. 미사일에 탄두를 싣지 않고 날아오는 미사일에 부딪혀 파괴하는 방식으로, 현존 MD 중 가장 요격 성공률이 높은 것으로 알려져 있습니다.

핵 미사일 발사를 탐지하는 인공지능

핵 미사일을 요격하는 것도 중요하지만, 핵 미사일 발사를 빨리 탐지하는 것이 더 중요하겠죠. 미 국방성은 인공지능(AI) 기술을 활용해 핵 미사일 발사를 예측하고, 탐지·추적할 수 있는 프로그램을 개발하는 프로젝트를 추진 중입니다. 이 프로젝트는 은폐가 쉬운 이동식 미사일 발사대 탐지까지 목표로 하고 있다고 합니다.

AI와 연동된 컴퓨터가 인공위성 이미지를 포함한 엄청난 양의 데이터를 활용해 인간의 능력을 초월하는 속도와 정확성으로 스스로 판단, 적의 미사일 발사 징후를 포착하는 방식입니다. 적의 미사일을 사전에 파괴하거나 발사 이후 요격하는 데 필요한 시간을 더 많이 확보할 수 있겠죠.

이에 따라 뛰어난 인공지능을 위한 AI 프로세서가 반도체 시장에서 새로운 성장 동력으로 꼽히고 있습니다. 국내 반도체 제조기업인 삼성전자와 SK하이닉스도 AI 프로세서에 주목하고 있죠.

▲ 인공지능은 자율주행차 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. (출처: 엔비디아)

특히 스스로 학습하는 ‘딥 러닝’이 주목받고 있는데요. 알파고나 자율주행차 등 다양한 분야에서 다루고 있는 데 보다 복잡한 문제를 해결할 수 있기 때문에 인공지능의 핵심 알고리즘으로 떠오르고 있습니다. 이러한 딥 러닝은 직렬 구조로 된 ‘CPU’보다 병렬 구조로 된 ‘GPU’가 더 유리합니다.

AI 프로세서 시장은 GPU 분야의 선두 기업인 엔비디아가 주도하고 있습니다. 하지만, 최근에는 마이크로소프트가 주도하는 ‘FPGA’(Field Programmable Gate Array)와 구글이 주도하는 ‘ASIC’(application specific integrated circuit)가 등장하면서 AI 프로세서에 경쟁 체제가 만들어지고 있습니다.

여기에 인간의 뇌 신경구조를 모방한 뉴로모픽 프로세서 역시 차세대 AI 프로세서로 떠오르고 있습니다. 뉴로모픽 프로세서는 퀄컴과 IBM, 삼성전자에서 선보인 바 있습니다. ‘

파 크라이: 뉴 던’에서는 핵전쟁 이후 17년 만에 사람이 살 수 있는 환경이 생겼지만, 실제로는 그보다 몇 배나 긴 시간이 필요할 겁니다. 이처럼 기술의 발달은 우리의 일상을 풍족하게 만들어주지만, 잘못된 방향으로 쓰이면 위험한 무기가 될 수도 있습니다. 또 이를 막기 위한 노력과 연구도 끊임없이 진행되고 있죠. 핵 문제를 놓고 일부 국가들이 팽팽한 줄다리기를 하고 있는 지금, 공격과 방어에 대한 기술 개발 경쟁을 벌이기보다는 평화롭게 해결하는 것이 가장 이상적인 방법일 것입니다.

※ 본 칼럼은 반도체/ICT에 관한 인사이트를 제공하는 외부 전문가 칼럼으로, SK하이닉스의 공식 입장과는 다를 수 있습니다.

[게임 속 IT] 레전드 호러게임의 귀환! [바이오하자드 RE: 2] 속 21년 세월을 뛰어넘은 반도체 기술

임병선 — Mon, 11 Feb 2019 20:00:00 +0000

게임 중에는 과거 명작을 다시 선보이는 방법으로 ‘리마스터’와 ‘리메이크’가 있습니다. ‘리마스터’는 내용은 그대로지만, 해상도를 최신 기기에 맞게 업스케일하는 방법이고 ‘리메이크’는 기존의 내용을 토대로 다시 새롭게 만드는 것을 뜻하죠. 당연히 새롭게 만드는 리메이크 쪽이 제작 시간도 더 길고 기존 팬들에게도 새롭게 평가를 받아야 하기 때문에 위험 부담이 큽니다. 특히 인기가 많았던 작품이라면 더더욱 그렇죠. 이번에 다룰 주제는 과감히 리메이크에 도전에 성공을 거둔 게임에 대한 이야기입니다. 바로 2019년 1월, 21년 만에 리메이크된 ‘바이오하자드 RE: 2’(외수명: 레지던트 이블 2)입니다.

바이오하자드란?

▲ 21년의 세월은 게임 그래픽은 물론, 플레이 스타일까지 변신시켰습니다. (출처: 캡콤)

게이머들에게는 일본명인 ‘바이오하자드’가 익숙할 테고, 그렇지 않은 사람에게는 이 게임을 소재로 만든 영화 제목인 ‘레지던트 이블’이 익숙할 겁니다. 국내에서도 ‘레지던트 이블’이라는 제목으로 개봉했죠.

‘바이오하자드’ 시리즈는 ‘스트리트 파이터’ 시리즈로 유명한 캡콤에서 새롭게 선보인 IP였습니다. 처음에는 그저 그런 B급 게임으로 시작했지만, 독특한 게임 방식과 설정으로 크게 히트해 캡콤의 간판 게임이 되기도 했죠. 좀비 게임의 대명사로도 불립니다.

‘바이오하자드’ 시리즈 대표작은 ‘바이오하자드 2’입니다. ‘바이오하자드 2’는 2명의 주인공이 등장하는데 같은 공간에서 돌아다니더라도 각각 다른 내용과 조력자로 서로 다닐 수 있는 장소가 다릅니다. 또, 클리어 이후 연결되는 두 번째를 통해 다른 시각에서 게임을 진행할 수 있는 등 독특한 요소가 많았습니다.

이러한 성공작이자 시리즈 대표작을 리메이크하는 건 또 다른 모험이나 다름없었습니다. 하지만, 21년 만에 리메이크된 ‘바이오하자드 RE2’는 기존 팬들은 물론, 기존작을 해보지 않았던 게이머까지 ‘바이오하자드’의 세계에 매료되기에 충분합니다.

21년 후, 성능은 얼마나 발전했을까?

21년의 세월은 공포감을 보다 리얼하게 만들기에 충분했습니다. 캡콤은 ‘바이오하자드 7’에서도 사용한 자사의 게임 엔진인 ‘RE’를 개량해 ‘바이오하자드 RE: 2’의 공포감을 더 극대화했습니다.

또한, 이 게임을 구동하는 데 필요한 PC 성능도 크게 발전시켰습니다. ‘바이오하자드’는 기본적으로 ‘플레이스테이션’ 같은 콘솔 게임기를 기반으로 제작된 게임이지만, 보다 쉬운 비교를 위해 PC판의 스펙을 기준으로 비교해보겠습니다.

CPU(중앙 처리 장치)는 인텔과 AMD, GPU(그래픽 처리 장치)는 엔비디아와 AMD가 있지만, 가장 보편적으로 사용되는 인텔 CPU와 엔비디아 GPU로만 비교합니다.

초미세화 공정으로 더 빠르게! CPU

▲ PC의 기본이 되는 CPU는 눈부신 발전을 이뤘습니다.

‘펜티엄’은 인텔에서 과거 8086에서 시작된 80286, 80386, 80486 이후 사용된 새로운 브랜드입니다. 과거 80386이나 80486은 흔히 386 컴퓨터, 486 컴퓨터로 불리곤 했습니다. 나이가 좀 있으신 분들이라면 기억하실 테죠.

‘펜티엄’이라는 브랜드는 아직도 인텔에서 사용 중입니다. 다만, 과거에는 ‘펜티엄=고성능 컴퓨터’라는 인식이 있었지만, 지금은 주력 브랜드인 ‘코어’에 자리를 내어 준 뒤 보급형 CPU로 자리매김하고 있죠.

‘바이오하자드 2’를 제대로 구동하기 위해서는 펜티엄 III가 필요했습니다. 펜티엄 III는 1999년에 처음 출시된 CPU로, 1세대인 ‘카트마이’는 250nm(나노미터) 공정, 2세대인 ‘코퍼마인’은 180nm 공정, 3세대인 ‘투알라틴’은 130nm 공정으로 만들어졌습니다.

1세대인 ‘카트마이’는 펜티엄 II와 같은 250nm 공정이었기 때문에 제대로 된 성능 업그레이드는 2세대인 ‘코퍼마인’부터였죠. 제조 공정이 미세화된 만큼 CPU의 속도를 나타내는 지표인 클럭도 ‘카트마이’에서는 500~600MHz 남짓이었지만 ‘코퍼마인’에서는 1GHz를 넘게 됩니다.

▲ PC의 기본이 되는 CPU는 눈부신 발전을 이뤘습니다.

‘바이오하자드 RE: 2’를 구동하기 위해서는 인텔 코어 i7-3770 이상 성능의 CPU가 필요합니다. 인텔의 ‘코어’는 2008년 11월에 처음 선보인 브랜드로, 현재까지 계속 사용되고 있고 어느덧 9세대 모델까지 출시됐습니다.

2019년 2월 기준으로, 인텔의 소비자용 CPU 중 가장 높은 성능을 자랑하는 제품은 코어 i9-9900K입니다. 제조 공정은 14nm++로, 20년 전 펜티엄 III의 180nm 공정과 비교하면 약 12.86배나 세밀해졌죠. 그런데도 최대 속도는 5GHz까지 빨라졌고 장착된 코어 수는 8개, 동시에 동작할 수 있는 스레드는 16개에 달합니다. 스레드가 많을수록 더 많은 작업을 동시에 할 수 있기 때문에 단순히 속도만 빠른 것이 아닙니다.

보다 실감 나는 모습을! GPU

지금이야 PC에 3D 그래픽카드를 장착하는 것이 당연하지만, 1990년대 중반까지만 하더라도 3D 그래픽을 사용하는 게임을 하는 것이 아니라면 필수가 아니었습니다. 별도로 모니터에 출력하기 위한 2D 그래픽카드면 충분했죠. 하지만 1990년대 후반에 들어 3D 그래픽을 사용하는 게임이 급속도로 많아지면서 게이머들 사이에서 고성능 그래픽카드가 필수품이 됐습니다.

▲ ‘레이 트레이싱’이라는 신기술을 탑재한 지포스 RTX 20 시리즈의 경우, 사실과 같은 그래픽을 제공합니다. (출처: 엔비디아 공식 홈페이지)

그래픽카드의 핵심 부품은 바로 GPU입니다. CPU도 그래픽 연산이 가능하지만, 그래픽 연산에 특화된 GPU의 성능을 따라가기엔 역부족이죠. 그만큼 GPU는 현세대 컴퓨터 부품 중 가장 복잡한 반도체입니다. 게다가 뛰어난 연산 능력을 바탕으로 최근에는 자율주행차나 딥마인드 같은 AI(인공지능) 관련 분야에서도 활약 중입니다.

흔히 말하는 FHD(1920×1080) 해상도의 장면을 60프레임으로 구현하려면 약 200만 장의 점으로 구성된 화면을 0.016초 안에 표현해야 합니다. 더구나 이보다 더 높은 해상도인 4K UHD(3840×2160)의 해상도의 장면을 60프레임으로 구현하려면 약 830만 장의 점으로 구성된 화면을 0.016초 안에 표현해야 하죠. 그만큼 GPU의 연산 처리 속도는 상상을 초월할 정도입니다.

‘바이오하자드 2’ 당시 GPU는 엔비디아 지포스 2 MX 100/200이면 충분했죠. 지포스 2 MX 100/200은 지포스 2의 보급형 모델로, 픽셀 파이프라인은 4개, 클럭은 175MHz로 지포스 2 모델(200~250MHz)보다 낮았지만, 가성비가 뛰어나 당시 큰 인기를 얻으며 그래픽카드 시장을 평정했습니다. 제조 공정은 180nm이며, 그래픽 메모리는 32MB였죠. ‘바이오하자드 RE: 2’는 엔비디아 지포스 GTX 1060을 필요로 합니다. 지포스 GTX 1060은 16nm 제조 공정으로 만들어지며, CUDA 코어는 1,280개, 최대 클럭은 1708MHz에 달합니다. 그래픽 메모리는 GDDR5 3GB 모델과 GDDR5 6GB 모델로 나뉘는데요.

현재 최고 성능을 자랑하는 소비자용 그래픽카드는 엔비디아의 지포스 RTX 2080 Ti입니다. 더욱 세밀해진 12nm 제조 공정에 CUDA 코어는 4,352개, 최대 클럭은 1635MHz, 그래픽 메모리는 GDDR6 11GB에 달합니다. 지포스 2 MX와 비교하면 까마득히 높은 성능이죠.

로딩 속도를 눈 깜짝할 새에!

▲ RAM은 육안으로도 반도체가 잘 보이는 형태입니다. (출처: SK하이닉스)

흔히 반도체하면 메모리라고 생각할 정도로 메모리가 반도체로 만들어지는 것은 일반인도 알고 있는 사실입니다. PC 부품 중에서도 반도체의 모습을 분명하게 확인할 수 있는 것이 바로 메모리(RAM)이기도 하죠.

RAM은 보조 기억 장치로, 전원을 차단하면 기억된 내용이 모두 삭제됩니다. 기껏 RAM에 내용을 저장했는데 전원을 끔으로써 안의 내용이 사라진다면 RAM의 존재 의미는 무엇일까요?

RAM은 CPU&GPU와 저장 장치의 중계인 역할을 합니다. CPU와 GPU는 아주 빠른 속도를 자랑하지만, 저장 장치에 저장된 데이터를 직접 불러와 연산해야 합니다. 하지만 저장 장치의 속도는 상당히 느리기 때문에 저장 장치의 데이터를 더 빠른 속도의 RAM으로 복사한 뒤 RAM에 저장된 데이터를 CPU와 GPU가 연산하는 것이죠.

게임에서 흔히 볼 수 있는 ‘로딩 중’이라는 문구는 저장 장치에서 RAM으로 데이터를 복사하는 것을 의미합니다. RAM의 용량이 크면 클수록 보다 많은 데이터를 저장할 수 있어 로딩하는 간격이 줄어들고, RAM의 속도가 빠르면 빠를수록 보다 로딩 속도가 줄어드는 셈이죠.

RAM의 용량은 점점 늘어나고 있는데 ‘바이오하자드 2’ 때만 하더라도 32MB 정도만 필요했지만, ‘바이오하자드 RE: 2’에 와서는 8GB를 필요할 정도가 됐죠. RAM의 종류에는 크게 SRAM과 DRAM이 있는데 현재 주로 사용되고 있는 DRAM입니다.

SDRAM이나 RDRAM이나 DDR SDRAM 등은 모두 DRAM의 일종으로, PC 조립을 해보신 분들이라면 흔히 ‘DDR 램’이라고 부르는 제품이 바로 이 DDR SDRAM입니다.

특히 국내 기업인 SK하이닉스와 삼성전자가 전 세계 시장에서 독보적인 점유율을 점유하고 있는 반도체 시장도 바로 이 DRAM이죠. 지난 2018년 3분기 기준 전 세계 DRAM 시장 1위는 삼성전자(43.4%), 2위는 SK하이닉스(29.1%)로, 두 업체의 점유율을 합치면 70%를 넘습니다.

더 넓고 빠르게! 저장 장치

▲ HDD는 물리적인 자기 디스크를 모터로 돌려 데이터를 저장하거나 읽는 방식입니다. 따라서 모터를 돌릴 때 소음도 나고 발열도 심합니다.

1990년대만 하더라도 대표적인 저장 장치는 HDD(하드 디스크 드라이브)였습니다. 1990년대 중반쯤에서야 HDD 용량이 1GB를 넘어섰고 당시 저장 매체인 CD도 용량이 600MB 정도일 뿐이었죠. 이후 용량이 빠르게 늘어났고 현재에 와서는 14TB 용량의 HDD도 출시됐습니다.

HDD는 가격 대비 많은 용량을 자랑하는 저장 장치이지만, 속도가 상당히 느린 것이 단점입니다. 단순하게 데이터를 저장하는 목적이라면 HDD도 상관없지만, 프로그램이나 게임 구동에서는 앞서 이야기한 로딩 시간이 상당히 길죠.

이러한 로딩 시간을 획기적으로 줄여준 저장 장치가 SSD(솔리드 스테이트 드라이브)입니다. 자기 디스크로 만들어진 HDD와 달리 플래시 메모리로 만들어진 SSD는 전력 소모나 발열이 적고 자기 디스크를 돌리기 위한 모터도 없어 소음도 없습니다. 속도도 최대 200MB/s에 불과한 HDD와 달리 SSD는 인터페이스에 따라 3000MB/s를 넘는 제품도 있습니다. 다만, 가격이 상당히 비싸다는 것이 큰 단점이죠.

▲ SK하이닉스는 세계 최초로 96단 4D 낸드 플래시 개발에 성공한 바 있습니다. (출처: SK하이닉스)

하지만 2016년을 기점으로 가격이 크게 떨어지면서 대부분 PC는 물론, 노트북의 저장 장치가 빠르게 SSD로 대체되고 있습니다. 2019년에 와서는 점유율이 50%를 넘어섰죠. 그러나 가격 대비 용량은 아직 HDD를 대체하지 못하고 있기 때문에 대부분의 사람이 주요 프로그램 구동 용도로는 SSD, 데이터 저장 용도로는 HDD로 나눠 사용하고 있습니다.

SSD에 쓰이는 플래시 메모리는 보통 낸드플래시 플래시 메모리입니다. 여러 개의 낸드플래시 메모리를 병렬로 연결하고 동시에 읽고 쓰는 방식인데, 더 많은 낸드플래시 메모리를 연결할수록 속도가 빨라집니다. 용량도 가격이 문제긴 하지만 HDD의 용량을 넘어선 16TB 제품까지 있습니다.

SSD에 들어가는 낸드플래시 메모리 시장도 국내 기업이 강세죠. 지난 2018년 3분기 기준, 삼성전자가 40.8%의 점유율로 1위를 차지했고 SK하이닉스가 11.3%로 4위를 차지했습니다. 특히 SK하이닉스는 기존 4위였던 마이크론을 제치고 3위인 웨스턴디지털의 뒤를 바짝 쫓고 있습니다.

SK하이닉스는 낸드플래시 메모리 분야를 본격적으로 키우겠다고 선언하고 지난 2018년 11월에는 세계 최초로 96단을 쌓을 수 있는 4D 낸드플래시를 개발하기도 했습니다. SK하이닉스가 낸드플래시 메모리 시장에서 끼칠 영향력은 앞으로 더욱 커질 것으로 보입니다.

지금까지 20년 사이 발전된 PC 부품에 대해 알아봤습니다. CPU와 GPU, RAM, 저장 장치에 이르기까지 많은 부품이 빠른 속도와 많은 용량으로 업그레이드됐습니다. 이와 함께 더욱 더 실감 나는 고화질의 게임을 즐길 수 있는 시대가 도래했죠. 과거에는 ‘이보다 더 뛰어난 그래픽이 등장할까?’라는 의구심이 들기도 했지만, 이제는 기술의 발전에는 한계가 없다고 생각되네요. 앞으로도 PC 부품이 계속 발전해 더욱 더 실감 나고 뛰어난 체감 방식으로 게임을 즐길 수 있는 날이 계속될 거라 믿습니다.

※ 본 칼럼은 반도체/ICT에 관한 인사이트를 제공하는 외부 전문가 칼럼으로, SK하이닉스의 공식 입장과는 다를 수 있습니다.

[게임 속 IT] 앤썸(Anthem)의 슈퍼 솔져가 될 수 있는 강화 슈트, 언제쯤 가능할까?

임병선 — Wed, 02 Jan 2019 20:00:00 +0000

제목도 생소한 ‘앤썸(Anthem)’은 ‘매스 이펙트’ 시리즈의 제작사로 유명한 바이오웨어 에드먼튼 스튜디오에서 새롭게 선보인 IP입니다. 이 게임은 ‘아이언맨’과 같은 강화 슈트를 입고 괴물과 싸우는 것이 주된 내용이죠. 겉으로만 보기에는 일당백의 강력한 아이언맨과 흡사하지만, 게임 내면을 본다면 플레이어가 게임 ‘스타크래프트’에 등장하는 보병 유닛인 ‘해병’(마린), ‘화염방사병’(파이어뱃), ‘유령’(고스트) 중 한 명이 되어 즐기는 듯한 느낌입니다. 그저 공상 속의 이야기로만 보이지만, 이미 몇몇 나라에서는 슈퍼 솔져 프로젝트가 진행되고 있습니다. 그중 전 세계에서 가장 뛰어난 기술력을 보유한 미국의 슈퍼 솔져 프로젝트에 대해 다뤄보고자 합니다.

게임 속 재블린 엑소슈트

▲ 레인저, 콜로서스, 인터셉터, 스톰, (출처: 앤섬 공식 홈페이지)

앤섬에서는 ‘재블린 엑소슈트’라는 수제 강화 슈트가 등장합니다. ‘레인저’ ‘콜로서스’ ‘인터셉터’ ‘스톰’ 등 총 4가지가 존재하는데, 플레이어는 이 중 하나를 선택해 상황에 맞게 커스터마이징해 전투에 나서야 하죠.

레인저는 미래에서 볼 수 있을 것 같은 슈퍼 솔져의 모습입니다. 하늘을 날아다니면서 적에게 접근해 소총과 수류탄, 호밍 미사일 등의 다양한 화기로 공격하는 재블린 엑소슈트입니다. 마치 ‘아이언맨’에 등장하는 ‘워머신’ 같은 모습이죠.

콜로서스는 덩치가 가장 큰 만큼 느리지만, 강력한 중화기와 튼튼하고 두꺼운 장갑을 지닌 재블린 엑소슈트입니다.

반대로 인터셉터는 덩치가 작은 만큼 빠른 기동력을 바탕으로 적에게 빠르게 접근해 근접 공격을 가하거나 다양한 장비를 이용한 압도적인 테크닉이 주무기인 재블린 엑소슈트입니다.

마지막으로 스톰은 불, 얼음, 번개 등 자연 에너지를 이용한 초능력을 사용할 수 있는 재블린 엑소슈트입니다. 마치 판타지에서 등장하는 마법사 같은 힘을 사용할 수 있는 슈트이죠.

이중 레인저는 정확한 공격과 다재다능함에 특화됐기 때문에 누구에게나 적합하고 다루기 수월한 재블린 엑소슈트입니다. 신참은 물론, 베테랑에게도 어울리기 때문에 미래에 등장할 슈퍼 솔져 계획과도 잘 어울리죠.

슈퍼솔져를 만들기 위한 8가지 기술

미국 국방성(펜타곤)은 DARPA(미국 방위 고등 연구 계획국, Defense Advanced Research Projects Agency)와 슈퍼 솔져 프로젝트를 진행해오고 있습니다. 앞서 펜타곤은 슈퍼 솔져를 만들기 위한 8가지 최첨단 기술을 공개하기도 했죠. 지금부터 이 8가지 기술을 소개해볼까 합니다.

#. 육체 능력 강화하기

▲ 현존하는 방탄조끼는 약 15kg으로 상당히 무거운 무게지만, 나노 섬유를 활용한다면 더 가볍고 얇은 방탄조끼를 만들 수 있을 것입니다. (출처: Pixabay)

먼저 육체 능력을 강화해주는 4가지 기술에 대해 알아보겠습니다. 첫 번째는 티셔츠처럼 입는 방탄조끼입니다. 현재 착용하는 방탄조끼는 무겁고 두껍기 때문에 기동력에 큰 제약이 있죠. 이에 미국 MIT(매사추세츠공대) ISN(나노군사테크놀로지연구소)은 차세대 소재인 그래핀 사슬을 엮은 1mm 두께의 방탄 섬유 티셔츠를 개발 중입니다. 가볍기도 하지만 쉽고 편하게 입고 벗을 수 있죠.

▲ 2단 관절 구조로 만들어진 ‘바이오닉 부츠’는 보다 멀리 보다 빠른 속도로 뛸 수 있게 해줍니다. (출처: 바이오닉 부츠 공식 홈페이지 bionicboot.com)

두 번째는 생체공학 신발입니다. 미국 MIT와 예일대가 함께 공동으로 연구 중인 군화로, 발목과 아킬레스건을 보호하면서 캥거루처럼 뛰고 달릴 수 있죠. 이 군화를 신으면 2m 이상의 보폭과 함께 시속 40km에 달하는 빠른 속도로 계속 달릴 수 있습니다. 세계에서 가장 빠른 사나이인 우사인 볼트의 순간 최고 속도가 시속 42km인 것을 고려하면 엄청난 것이죠.

▲ 바지처럼 입어 하체를 강화해주는 ‘소프트 엑소슈트’. (출처: 미국 하버드대 바이오디자인랩 biodesign.seas.harvard.edu)

세 번째는 적은 힘으로도 하체에 보다 큰 힘을 줄 수 있는 로봇 파워 바지입니다. 미국 하버드대 바이오디자인랩에서 펜타곤의 지원으로 만든 ‘소프트 엑소슈트’죠. 바지처럼 입고 벗을 수 있도록 일반 옷감으로 만들었는데 현재 개발 단계에서는 큰 힘을 들이지 않고서도 30kg에 달하는 짐을 들고 시속 5.4km의 속도로 이동할 수 있다고 하네요.

▲ 도마뱀처럼 벽이나 건물에 올라갈 수 있는 방법을 연구하는 Z-Man 프로젝트. (출처: 미국 스탠퍼드대 bdml.stanford.edu)

마지막으로 높은 벽이나 건물을 도마뱀처럼 붙어 올라가는 특수 장갑과 신발입니다. 게코 도마뱀의 발바닥 털과 벽면 사이에 서로 잡아당기는 ‘반데르발스 힘’을 모방한 기술로, ‘Z-Man’이라는 프로젝트라고도 불리죠. Z-Man 프로젝트는 2014년 미국 스탠퍼드대에서 시연했는데요. 몸무게가 90kg 나가는 성인 남성이 건물의 4층 높이까지 오르는 데 성공했다고 합니다.

#. 정신 능력 강화하기

아무리 육체를 강화해준다고 해도 정신이 약하면 제대로 활용할 수 없겠죠. 이에 따라 펜타곤은 정신 능력을 강화해줄 4가지 방안도 함께 공개했습니다.

첫 번째는 나노기술을 이용해 적혈구와 다이아몬드를 합친 호흡 세포라고 불리는 합성 혈액입니다. 이 인공 적혈구는 혈액 속 체세포보다 효율이 높아 초인적인 능력을 부여해준다고 하네요. 1000기압으로 압축된 공기가 들어 있어 몸에 수혈하면 수조 개 단위의 에어탱크를 가지고 있는 것이나 마찬가지라 잠수 장비 없이도 몇 시간 동안이나 잠수할 수 있고 아무리 달려도 숨이 차지 않는다고 합니다.

두 번째는 생물의 최대 약점인 수면 방법을 조절하는 것입니다. DARPA는 군인들이 전장에서 잠을 잘 때 고래나 돌고래처럼 한쪽 뇌는 깨어있고 나머지 한쪽 뇌는 잠이 드는 뇌의 절반만 잠들게 방법을 연구 중입니다. 또한, 유전자 조작으로 몇 주간 잠을 되지 않아도 멀쩡하게 지낼 수 있는 생쥐를 만드는 것도 성공한 바 있습니다.

세 번째로 고통에 대한 면역입니다. 전투 중 입은 부상으로 생긴 고통은 전투력 저하와 더 나아가서는 전장의 이탈을 유발합니다. 이에 DARPA는 군인들에게 고통에 대한 면역 주사를 개발 중입니다. 이 주사를 맞으면 전장에서 부상을 입더라도 약 한 달간 고통을 느끼지 않을 수 있어 직접 치료하는 것은 물론, 전투를 계속 이어나갈 수 있습니다.

마지막으로 뇌에 컴퓨터 칩을 넣어 기기를 컨트롤할 수 있는 텔레파시입니다. DARPA는 뇌파를 전기 신호로 바꿔 컴퓨터와 정보를 주고받게 하는 ‘뇌기계인터페이스’(BMI)를 개발 중입니다. 생각만으로 드론 같은 로봇을 조종할 수 있으며, 다른 팀원이나 본부와 생각만으로도 통신이 가능한 것이죠. 이 기술은 마크 저커버그 페이스북 최고경영자(CEO)와 일론 머스크 테슬라 CEO가 사람의 뇌와 컴퓨터를 연결하는 뇌 연구에 뛰어들면서 실현 가능성이 더욱 커지고 있습니다.

하늘을 나는 자유, 제트팩

재블린 엑소슈트의 가장 큰 특징이라고 할 수 있는 비행 능력에 대해 빼놓으면 섭섭하겠죠. 아이언맨 만화나 영화가 나왔을 당시만 하더라도 마음대로 하늘을 날아다니는 것은 상상에 가까웠지만, 점차 현실 기술로 실현되고 있습니다. 그 대표적인 2가지를 소개해봅니다.

▲ JB-10 제트팩은 약 3시간 정도의 강습을 받으면 일반인도 작동할 수 있을 정도로 조작이 간단하다고 합니다. (출처: JetPack Aviation 공식 홈페이지)

먼저 JB-10 제트팩입니다. JB-10 제트팩은 JetPack Aviation사에서 약 10년에 걸쳐 개발 중인 개인비행장치입니다. JetPack Aviation사는 2016년 4월, 미국 특수 작전 사령부(USSOCOM)와 협동 연구 개발 협정을 체결하고 미국의 특수 작전 부대와도 연계하고 있습니다.

JB 시리즈 중 일반인에게 실물로 최초 공개된 것은 JB-6이며, JB-7, JB-8, JB-9를 걸쳐 계속 발전되고 있습니다. JB 시리즈는 2개의 손잡이와 등에는 2개의 터빈제트엔진과 연료통으로 이뤄진 형태로 과거부터 계속 연구되어 오던 제트팩의 형태입니다.

과거의 제트팩은 균형을 유지하기 힘들고 연료 소모가 커 개인비행장치로 사용하기에는 비효율적이었습니다. 하지만 JB-10 제트팩은 수평 유지를 위해 자이로스코프 센서가 내장돼 균형을 잡기 수월하고 시스템 제어 전자 장치를 통해 파일럿 시스템을 안정적으로 유지해줍니다.

특히 약 3시간 정도만 강습을 받으면 바로 작동할 수 있을 정도로 조작이 간단해 비행에 대해 전혀 모르는 일반인도 손쉽게 날 수 있는 가능성이 생긴 셈이죠.

JB-10 제트팩의 최대 비행시간은 약 10분이고 최고 비행 높이는 10000피트(약 3km), 최대 속도는 시속 70마일(약 시속 112km)에 달한다고 합니다. 판매는 2019년 예정이고 가격은 25만 달러(약 2억 7,900만 원)로 예정됐습니다.

▲ 일반적인 제트팩과 달리 다달루스 Mk.1 슈트는 팔에도 터빈제트엔진을 장착했습니다. (출처: 그라비티 인더스트리즈 공식 홈페이지)

또 다른 제트팩으로는 다달루스(Daedalus) Mk.1 슈트가 있습니다. 영국의 발명가인 리차드 브라우닝과 왕립 해양 보존원의 합작 회사인 그라비티 인더스트리즈(Gravity Industries)에서 발명한 제트팩입니다. 프로젝트 착수는 2016년으로 비교적 늦게 시작했지만, 이미 판매에 들어간 제품이기도 합니다. 다만, 가격이 25만 달러(약 2억 7,900만 원)에 달하고 한정 수량으로만 제작한 뒤 프로젝트를 종료할 예정이죠.

다달루스 Mk.1 슈트는 제트 엔진을 등에 달아야 한다는 고정관념을 깨버린 제트팩으로, 양손에 각 2개씩, 등에 2개의 마이크로 가스 터빈제트엔진을 장착했습니다. 움직임을 통해 비행 방향을 조절할 수 있는데 오로지 힘으로만 제어해야 하기 때문에 일정 수준 이상의 근력이 필요합니다.

다달루스 Mk.1 슈트는 약 10분 정도 작동되며, 최고 속도는 50km/s이고 최대 비행 높이는 2000피트(약 610m)까지 가능합니다.

지금까지 슈퍼 솔져를 만들 수 있는 프로젝트 기술과 하늘을 자유롭게 누빌 수 있는제트팩에 대해 알아보았습니다. 몇 년 전만 하더라도 공상 속에서만 등장할 것 같은 기술들이 하나 둘 현실에서 구현되고 있습니다. 그동안 전투 용도로 개발된 신기술들 역시 일상생활에도 적용되면서 우리의 삶을 보다 윤택하게 해주고 있습니다. 겉으로 보기에는 위험해 보이기만 한 슈퍼 솔져 프로젝트도 더욱 양질의 삶을 제공해주게 되는 밑거름이 되지 않을까 싶습니다.

※ 본 칼럼은 반도체/ICT에 관한 인사이트를 제공하는 외부 전문가 칼럼으로, SK하이닉스의 공식 입장과는 다를 수 있습니다.

[게임 속 IT] 던지고, 잡고, 꺼내고! [포켓몬스터 레츠고! 피카츄] 몬스터볼, 실제로도 가능할까?

임병선 — Thu, 06 Dec 2018 20:00:00 +0000

포켓몬스터(이하 포켓몬) 시리즈의 최신작 <포켓몬스터 레츠고! 피카츄>와 <포켓몬스터 레츠고! 이브이>가 드디어 공개됐습니다. 과거 1998년 출시된 ‘포켓몬스터 피카츄’를 리메이크한 작품으로, 출시 20년을 맞아 새롭게 탄생한 것인데요. 포켓몬 세계는 인간과 다양한 포켓몬이 공존하며 살아가는 가상의 세계를 기반으로 하고 있습니다. 오늘 소개할 게임 속 IT 이야기는, 포켓몬에서 절대 빼놓을 수 없는 ‘몬스터볼’에 관한 것입니다.

“가라! 몬스터볼!” 직접 던져보는 몬스터볼

▲<포켓몬스터 레츠고! 피카츄> 메인 화면 (출처: 포켓몬코리아)

포켓몬 애니메이션에서 가장 많이 들을 수 있는 대사가 바로 ‘가라! 몬스터볼!’이죠. 포켓몬의 상징인 몬스터볼은 포켓몬을 잡는 도구이자 포켓몬을 휴대할 수 있는 가상의 휴대용 캡슐입니다. 비어 있는 몬스터볼을 있는 힘껏 던지면 야생 포켓몬을 잡을 수 있습니다. 반대로 잡은 포켓몬이 있는 몬스터볼을 던져 꺼낼 수도 있죠.

▲ 몬스터볼을 던져 야생 포켓몬을 잡거나 잡은 포켓몬을 꺼낼 수 있습니다. (출처: 포켓몬 애니메이션)

기존 게임에서는 단순히 몬스터볼을 선택해 던지는 것이 전부였지만, ‘포켓몬스터 레츠고! 피카츄’와 ‘포켓몬스터 레츠고! 이브이’에서는 닌텐도 스위치의 조이컨을 이용해 몬스터볼을 직접 던지는 듯한 느낌을 연출할 수 있습니다. 바로 조이컨에 내장된 모션 컨트롤 덕분입니다.

▲단순히 버튼만 눌러서 몬스터볼을 던지는 것이 아닌, 모션컨트롤을 통해 보다 실감나게 게임을 즐길 수 있습니다. (출처: 닌텐도 유튜브)

게임에 모션 컨트롤이 적용된 것은 처음이 아닙니다. 특히 닌텐도에서 2006년 출시한 게임기 ‘Wii’는 모션 컨트롤을 적극적으로 사용해 게임 업계에서 큰 파장을 불러왔습니다. 게임 컨트롤러인 ‘Wii 리모컨’을 손에 들고 이리저리 움직이는 것만으로도 게임을 할 수 있다는 건 정말 충격적이었죠.

▲Wii는 게임 산업에서 모션 컨트롤을 필수 기술로 자리 잡게 만든 장본인입니다. (출처: 닌텐도)

Wii 리모컨에는 가속도 센서가 탑재됐고 조이컨에는 자이로 센서가 탑재돼 모션 컨트롤을 할 수 있습니다. 가속도 센서와 자이로 센서 모두 스마트폰에도 탑재되고 있어 실생활에서 자주 접할 수 있는 기술이죠. 가속도 센서와 자이로 센서는 사용자가 움직이는 모션을 감지하고 그에 따른 반응을 수행할 수 있도록 합니다. 이 밖에도 로봇처럼 움직이는 물체의 자세나 위치를 측정할 때도 사용되죠.

▲MEMS 디바이스는 기술 발전에 따라 점점 더 작아지고 있습니다. (출처: 보쉬)

또한, 두 센서는 전기신호에 따라 동작하는 MEMS(미세전자기계시스템(Micro Electro Mechanical systems) 디바이스 중 하나인데요. MEMS 디바이스는 반도체 마이크로 가공 기술 발전에 따라 점점 작아지고 있고, 현재는 3mm 이하까지 줄어들어 다양한 IT 기기에 적용되고 있습니다.

블루투스로 연결되는 포켓몬GO 세계

‘포켓몬스터 레츠고! 피카츄’와 ‘포켓몬스터 레츠고! 이브이’는 앞서 출시됐던 스마트폰 게임 ‘포켓몬 GO’와도 연동이 됩니다.

‘포켓몬 GO’는 전 세계적으로 큰 이슈를 몰고 온 스마트폰 게임으로, 현재까지도 큰 인기를 이어가고 있습니다. 시장조사업체인 ‘슈퍼데이터 리서치’에 의하면 2018년 10월, 글로벌 게임 시장 매출 순위에서 모바일 부분 2위에 오르기도 했죠.

▲닌텐도 스위치와 스마트폰의 연동을 제공합니다. (출처: 닌텐도)

‘포켓몬 GO’와의 연동으로 스마트폰 유저는 닌텐도 스위치로, 닌텐도 스위치 유저는 스마트폰으로 플랫폼을 확장하게끔 유도하고 있습니다. ‘포켓몬 GO’에서 잡은 포켓몬을 게임 속 ‘GO 파크’ 시스템을 통해 불러올 수 있는데, 이 같은 연동은 블루투스 기술을 통해 가능하게 했습니다.

블루투스는 근거리 무선통신기술로, 2400~2483.5MHz 주파수 범위에서 동작합니다. 초기 버전은 전력 소모가 크고 전송 속도가 느려 거의 사용되지 않았습니다. 블루투스가 처음 나왔던 1999년만 해도 거의 아는 사람이 없었을 정도죠.

하지만 최신 버전인 5.0에서는 전력 소모도 크게 줄이고 전송 속도는 1Mbps, 전송 거리는 10m에 달하게 됐습니다. 또한, 전송 거리를 줄이는 대신 전송 속도를 2Mbps로, 전송 속도를 줄이는 대신 전송 거리를 40m에 달하게끔 하는 선택도 가능하게 됐죠.

▲일반 소비자도 손쉽게 블루투스 칩셋을 구매할 수 있습니다. (출처: 마이크로칩테크놀로지)

이렇듯 블루투스는 이제 필수 기술이 되어 최근 출시되는 IT 기기에서 블루투스가 빠진 경우는 거의 없습니다. 요즘에는 아두이노에 사용되는 블루투스 칩셋도 쉽게 구매할 수 있을 정도로 흔해졌습니다.

“포켓몬, 넌 내 거야!” 몬스터볼의 장벽, 질량보존의 법칙

포켓몬에서 가장 신기하면서도 탐나는 아이템을 꼽자면 단연코 몬스터볼의 존재일 겁니다. 포켓몬에서는 몬스터볼을 통해 원하는 포켓몬을 손쉽게 휴대하고 원할 때 꺼낼 수 있습니다. ‘고래왕’이라 불리는 포켓몬은 몸길이가 14.5m, 체중이 398kg에 달하지만, 한 손 크기의 몬스터볼에 쏙 들어가죠.

▲포켓몬은 작은 몬스터볼에서 소환됩니다. (이미지 출처: 포켓몬 애니메이션)

이와 비슷한 것으로는 만화 ‘드래곤볼’에 등장하는 ‘호이포이 캡슐’이 있습니다. 호이포이 캡슐은 포켓몬만 가둘 수 있는 몬스터볼과 달리 생물을 제외한 무생물만 담을 수 있는 설정입니다. 호이포이 캡슐에는 자동차나 비행기는 물론, 집도 담을 수 있죠.

이것만큼은 확실히 질량 보존 법칙을 무시하는 것이기 때문에 현실 가능성은 없습니다. 질량 보존 법칙이란 질량은 상태 변화와 관계없이 같은 값을 유지한다는 법칙입니다. 하나의 물체가 고체, 액체, 기체 중 어떤 상태여도 원래 질량은 변하지 않는다는 것이죠.

이번에는 아무리 거대한 동물이라도 한 손 안에 넣을 수 있는 포켓몬의 몬스터볼에 대해 알아봤습니다. 언제 어디서나 애완동물을 조그마한 볼에 넣어 데리고 다닐 수 있다는 것은 상당히 솔깃한 이야기일 겁니다. 애완동물뿐 아니라 자동차나 집도 휴대할 수 있다는 것은 정말 놀라운 이야기죠. 하지만 어디까지나 현대 과학이 통용되지 않는 만화나 게임 속의 이야기일 뿐입니다. 현실로 구현 가능하다면 삶의 질이 엄청나게 향상될 수 있겠지만, 사실상 불가능하다는 것을 알기에 아쉬울 따름이네요.

※ 본 칼럼은 반도체/ICT에 관한 인사이트를 제공하는 외부 전문가 칼럼으로, SK하이닉스의 공식 입장과는 다를 수 있습니다.

[게임 속 IT] [레드 데드 리뎀션2] 초능력 전투법 데드아이, 현실에서도 가능할까?

임병선 — Wed, 31 Oct 2018 20:00:00 +0000

GTA5로 엄청난 흥행을 거둔 락스타 게임즈의 또 다른 대표작, ‘레드 데드 리뎀션’이 드디어 시즌2로 돌아왔습니다. 8년의 개발 기간을 걸쳐 세상에 등장한 이 게임은 뛰어난 그래픽과 함께 더 방대한 오픈월드 세계 속으로 게이머들을 초대하고 있습니다. 특히 ‘데드아이’라는 새로운 공격 시스템이 등장해 전작과 차별화된 전투의 묘미를 제공하고 있습니다. 오늘은 초능력 전투법 ‘데드아이’ 시스템을 함께 살펴보고, 이러한 기술이 현실에서도 가능할지 알아볼까 합니다.

적보다 빠르게, 슬로 모션

데드아이는 전투 중에 시간을 느리게 해서 적을 더 정확하게 노릴 수 있는 전투 시스템입니다. 게임 플레이가 진행될수록 시스템이 더 강력해지는데, 처음에는 표적을 자동으로 지정해주다가 나중에는 여러 표적을 동시에 지정할 수 있고 슬로 모션 중 적의 약점을 확인할 수 있도록 강화됩니다.

가장 먼저 주위의 시간을 느리게 하는 슬로 모션에 대해 알아보겠습니다. ‘레드 데드 리뎀션2’의 슬로 모션은 영화 ‘매트릭스’에서의 총알을 피하는 장면을 떠올리면 이해하기가 쉬울 텐데요.

▲ 출처: 유튜브 워너브라더스 채널

슬로 모션 중에는 적들은 느리기 움직이는 반면, 슬로 모션을 건 자신은 보통 속도로 움직이기 때문에 상대적으로 적들보다 빠르게 움직이는 것으로도 보일 수 있습니다. 시간을 조작하는 초능력이나 다름없기 때문에 현실적으로는 불가능하다고 할 수 있죠. 하지만 슬로 모션 기법은 주로 영상 매체에서 사용되기 때문에 영화 등에서 쉽게 접할 수 있습니다.

일반 카메라보다 초당 더 많은 양의 프레임을 찍어낼 수 있는 초고속 카메라를 이용해 화면을 찍은 후, 프레임을 늘려주면 됩니다. 예를 들자면, 1초에 24프레임으로 재생되는 영상 중 일부 장면만 초고속 카메라를 사용해 1초에 1,200프레임으로 찍은 후 이를 24프레임 단위로 늘려주면 1초의 장면이 50초의 장면처럼 돼 더 느려지게 보이는 형식이죠.

▲ 출처: 삼성 갤럭시 S9 CF 영상 캡처

초고속 카메라는 다양한 분야에도 응용되고 있습니다. 사람의 눈으로는 확인할 수 없는 빠른 현상들인 기계진단, 파괴실험, 다양한 충격과 충돌 그리고 낙하실험, 낙뢰, 균열, 연소, 탄도, 공기역학, 유체흐름의 시각화, 스포츠, 인간행동연구 등의 모든 모션 분석에 응용됩니다. 특히 반도체 TR 제조공정에서도 사용되고 있죠.

사실 이러한 초고속 카메라의 슬로 모션 촬영은 반도체의 발전 덕분입니다. 초고속 카메라는 짧은 시간 동안 수많은 이미지를 처리해야 하는데 이를 위해서는 빠른 이미지 처리 속도가 필요합니다.

이는 물리적인 셔터 스피드가 아닌 전류를 끊어 셔터가 센서를 막는 것처럼 처리하는 전자식 셔터 스피드가 적용됐기 때문입니다. 또한, D램 반도체를 통해 더 많은 영상 소스를 빠르게 담아둘 수 있게 된 덕분이죠.

‘데드아이’ 중에는 표적을 자동으로 추적할 수 있는 목표 자동 추적 기능이 있습니다. 현존하는 IT 기술 중에는 피사체를 자동으로 추적하는 무인 추적 카메라 시스템이 존재하죠. 최근 TV 프로그램 중 관찰 예능이 많은데 이러한 TV 프로그램에서는 무인 추적 카메라 시스템을 이용해 촬영하고 있습니다.

▲ 출처: 솔로샷 홈페이지

무인 추적 카메라 시스템의 원리는 간단합니다. 카메라 삼각대에 센서를 감지하고 움직이는 추적기를 장착하고 움직이는 피사체에 센서로 확인할 수 있는 태그를 부착하면 됩니다. 태그의 무선 신호를 센서가 감지하고 추적기가 이를 계속 따라가며 촬영하는 방식이죠.

태그를 부착하는 대상에 따라 무엇이든 추적이 가능합니다. 드론이나 오토바이 등에 태그를 장착해도 해당 물체를 추적하죠. 제품마다 추적할 수 있는 거리가 다른데 일부 제품의 경우 600m까지 떨어진 거리의 물체도 추적할 수 있습니다.

▲ 출처: 유튜브 국방TV 채널

목표 자동 추적이라고 하면, 유도 미사일을 쉽게 떠올릴 수도 있을 겁니다. 현존하는 유도 미사일은 미사일에 장착된 탐색기가 직접 표적을 찾거나, 표적에서 발생하거나 반사된 신호를 포착하거나, 표적에서 조사된 우군의 신호를 추적하거나, 표적을 식별할 수 있는 데이터를 이용해 직접 대조해 찾는 방식이 있습니다.

미사일에 달린 TV 카메라로 발사 전 입력받은 표적의 형태를 인식해 표적을 계속 쫓아가는 영상 유도 방식도 생겼습니다. 밤이나 악천후에도 쓸 수 있는 적외선 카메라를 장착하면 열 영상 유도도 가능하다고 합니다.

▲ 출처: KBS 홈페이지

최근에는 태그 형식이 아니라 모션 센서와 이미지 인식 센서 등을 내장한 인체 감지 자동 추적 모듈 탑재 제품도 등장하고 있습니다. 바로 불특정 다수를 감지하기 위해 보안과 감시 기능을 하는 동작 감시 CCTV입니다.

동작 감시 CCTV는 촬영한 영상을 분석해 특성을 인식하고 패턴을 추출하는 기술을 적용해 목적과 대상에 따라 얼굴이나 색상, 글자, 숫자, 사물 등 객체를 인식하고 상황 감지, 모션 인식과 추적 등을 합니다. 또한, 인접 CCTV와 연계해 대상의 동선까지도 파악하게 해줍니다.

적의 몸속을 꿰뚫어 보는 내부 투시

‘데드아이’의 능력 중 적의 약점을 파악할 수 있는 것이 있습니다. 마치 ‘엑스레이’(X-ray)처럼 적의 몸속이 보이면서 약점이 표시되는 건데요. 현실에서는 사람이 직접 ‘엑스레이’를 쏠 수는 없기 때문에 특정 기기에 의존해야 할 것 같네요.

엑스레이는 빠른 전자를 물체에 충돌시킬 때 투과력이 강한 복사선(전자기파)이 방출되는 것을 뜻합니다. ‘엑스레이’는 방사선의 일종인 만큼 건강에는 좋지 않죠.

하지만 최근에는 엑스레이 촬영 시 방사선 피폭량을 10분의 1 이하로 줄일 수 있는 디텍터 소재가 개발되기도 했습니다. ‘페로브스카이트 반도체’ 소재를 이용한 디텍터로, 기존 편판 디텍터에 비해 엑스레이 감도가 20배 뛰어나 훨씬 적은 엑스레이를 조사하더라도 의료 영상을 확보할 수 있습니다.

이 기술이 상용화되면 전신을 한 번에 찍을 수 있는 엑스레이 기기도 만들 수 있을 거라고 하네요. 반대로 보면, 더욱 작은 크기의 기기로도 기존 엑스레이 촬영이 가능해질 것 같습니다. 물론, 엑스레이 촬영기기를 휴대할 정도의 크기로 만들려면 아직 많은 시간이 필요할 것 같습니다.

▲ 엑스레이

과거 ‘엑스레이’는 옷을 투과해 알몸을 볼 수 있다는 루머가 있었다고 합니다. 또한, 사회적인 이슈로도 계속 대두되고 있는 ‘투시 안경’도 옷을 투과해 알몸을 볼 수 있다고 하고 있죠. 당연히 이런 기기는 없습니다. 정확히는 휴대할 수 있는 크기로는 존재하지 않는다는 것이 정답이겠네요.

빛은 전자기파의 일종으로, 사람이 눈으로 볼 수 있는 파장(가시광선)은 대략 400nm~700nm 대역이고 파장에 따라 빛의 색이 달라지죠. 또한, 가시광선보다 파장이 긴 것을 ‘적외선’이라 부르는데 사람을 포함한 생물이나 열이 있는 물체에서는 방출됩니다.

▲ 적외선

만약 옷 속을 투시하려면 옷 바깥에서 나오는 적외선과 가시광선을 차단하고 사람 몸에서 나오는 적외선을 눈에 보이는 가시광선으로 바꾸면 가능합니다. 문제는 옷에서 나오는 적외선과 사람 몸에서 나오는 적외선을 어떻게 구분할 것이며, 어디까지를 가시광선이라 어떻게 구분할 수 있는지일 겁니다. 그런 기술이 있어도 현재의 기술로는 일반 안경에 담지 못한다는 것이죠.

하지만 투시 장치가 존재하지 않는 것은 아닙니다. 미국의 공항 등에서 보안 등을 위해 사용 중인 인체 검색 장치가 있죠. 이 장치는 인체에 특정 파장의 전자기파를 쏴 영상을 만드는 고가의 장비인데 고주파의 일종인 밀리미터파를 사용해 인체에는 안전하다고 합니다. 거의 알몸 투시까지 가능해 인권 침해 논란을 빚기도 했지만, 영상을 저장하지 않고 자동 판독하는 방식으로 만들어져 논란을 잠재웠습니다.

‘레드 데드 리뎀션2’에서 등장하는 ‘데드아이’는 비록 사람이 직접 사용할 수는 없는 초능력이지만, 하나씩 뜯어놓고 보면 이미 실제로 구현된 기술들이 대다수였습니다. 이 중에는 실생활에서 유용하게 쓰이는 기술도 있었네요. 비록 영화나 게임에서는 보다 극적인 연출을 위한 장치이긴 하지만, 어느 정도 실제로 가능한 기술들이 있다는 것은 나름 재미있는 사실이었습니다. 미래에서는 이보다 더 진보된 기술을 만나볼 수 있겠죠?

※ 본 칼럼은 반도체/ICT에 관한 인사이트를 제공하는 외부 전문가 칼럼으로, SK하이닉스의 공식 입장과는 다를 수 있습니다.

[게임 속 IT] 도심 속 고층건물을 누비는 스파이더맨, 현실 가능성은?

임병선 — Thu, 02 Aug 2018 20:00:00 +0000

아이언맨과 더불어 마블코믹스 인기순위 TOP5를 놓치지 않으며 꾸준히 사랑받고 있는 스파이더맨! 특히 스파이더맨은 마블 영웅들 중 가장 많이 게임으로 출시되어 그 인기를 실감케 하죠. 이번에 소니의 PS4 독점으로 출시되는 ‘마블 스파이더맨’은 기존 시리즈와는 달리 뛰어난 퀄리티와 스피디한 액션을 장점으로 하고 있는데요. 오늘은 이러한 게임 속 스파이더맨의 특징이 과연 현실로 가능한지에 대해 알아보는 시간을 준비했습니다.

두 생명체의 DNA 결합

▲ 마블 스파이더맨 (출처: Sony Interactive Entertainment)

스파이더맨은 주인공인 ‘피터 파커’가 유전자 조작 거미에게 물리면서 거미의 힘을 얻게 되는 것으로 탄생합니다. 과연 서로 다른 두 생명체의 DNA가 결합될 수 있을까요?

현재 유전공학의 발전으로 유전자 조작을 통한 품종개량이 존재하고 있습니다. 자연적인 방법보다 단기간에 원하는 결과물을 만들 수 있다는 장점이 있죠. 인간 사회는 이러한 유전자 조작 품종개량을 통해 농업, 축산업 등에서 큰 발전을 이뤘습니다.

▲ 계속된 유전공학의 발전으로 임의로 DNA 변형이 가능한 수준까지 도달했다

인간 유전자의 변형도 이미 사례가 존재합니다. 2006년 11월, 영국에서는 정자의 핵과 난자의 핵이 합쳐서 형성된 수정란의 유전자 정보를 검사한 후 건강한 수정란만 골라 태아로 키우는 ‘착상 전 유전자 진단’이라는 기술이 등장했습니다. 이를 통해 유전병을 유발하는 유전자를 없애는 것도 가능합니다. 물론, 아직까진 기술의 정확도가 떨어지는 단점이 존재하긴 하지만요.

그렇다면 스파이더맨처럼 인간과 거미라는 서로 다른 두 생명체의 DNA를 결합하는 것도 가능할까요? 유전자 조작이라고도 불리는 ‘재조합 DNA’ 기술을 통해 이론상은 가능합니다.

재조합 DNA는 DNA 염기서열의 특정 위치를 잘라내는 ‘DNA 절단’과 잘라낸 DNA를 겔 전기 영동법을 사용해 분리하는 ‘DNA 분리’, 대상이 되는 DNA를 선별해 DNA 연결효소를 이용해 접합하는 ‘DNA 접합’, 이후 개량된 DNA를 증식시키는 ‘DNA 복제’, 이렇게 구성된 DNA를 다른 생물의 DNA에 결합하는 방식으로 이뤄집니다.

이렇게 만들어진 유전자 변형 생물은 기존에는 존재하지 않던 새로운 성질을 가지게 되죠. 재조합 DNA 과정을 거친다면 거미의 능력을 가진 인간도 충분히 탄생 가능하겠지만, 아직까지 인간 DNA 조작은 생명윤리 논란이 있기 때문에 상상 속으로만 그쳐야 할 것 같습니다.

날쌔고 날렵한 움직임

▲ 마블 스파이더맨 (출처: Sony Interactive Entertainment)

스파이더맨은 힘보다는 전략과 스피드를 이용한 공격을 선보입니다. 특히 특유의 날쌔고 날렵한 움직임은 상대방의 혼을 쏙 빼놓죠. 아무리 거미인간이라고 하지만, 거미가 이렇게까지 날쌔진 않을 겁니다. 현실의 인간에게도 이러한 움직임이 가능할까요?

스파이더맨 같은 움직임은 불가능하지만, 어느 정도 초석은 생겼습니다. 미국 하버드대 바이오디자인랩에서 개발 중인 ‘소프트 엑소슈트’(Soft Exosuit)가 바로 그 주인공입니다. 그동안 엑소슈트는 무거운 것을 들기 쉽게 근력 강화에 집중했지만 민첩성은 떨어졌죠.

▲ 소프트 엑소슈트에는 엉덩이와 무릎, 발목 등에 다양한 센서가 부착되어 있다. (출처: 하버드 바이오디자인랩 공식 홈페이지)

소프트 엑소슈트는 부드럽고 신축성 있는 소재로 만들어진 웨어러블 웨어입니다. 허리 부위에 차는 웨이스트 벨트, 발목 근처에 차는 종아리용 스트랩, 엉덩이와 종아리 부위를 연결해주는 4개의 끈으로 이뤄져 발의 동작과 에너지가 끈을 통해 고관절까지 전달되는 방식이죠. 여기에 슈트를 제어하기 위한 센서 시스템이 결합됐습니다. 보행 조정을 위한 자이로 센서와 압력 센서 IMU(관성 측정 장치) 등입니다.

▲ 소프트 엑소슈트 장착 영상 (출처: New Scientist 유튜브 채널)

소프트 엑소슈트는 900g 정도의 가벼운 무게를 자랑하기 때문에 같은 에너지로도 보다 더 민첩하게 움직일 수가 있습니다. 뇌졸중, 파킨슨병 등으로 보행이 어려운 환자나 무거운 군장을 짊어지고 장거리를 행군하는 군인 등이 사용하면 상대적으로 적은 힘으로 장시간 보행이 가능해집니다. 연구팀의 실험 결과, 보행 시 에너지 소비량을 최대 23%까지 줄여주는 것으로 나타났습니다.

건물을 오르는 이동 방법

▲ 마블 스파이더맨 (출처: Sony Interactive Entertainment)

스파이더맨은 엄청나게 빠른 속도로 건물을 올라갑니다. 그것도 마치 거미나 도마뱀이 기어가듯 양손과 양발을 건물에 붙이고 순식간에 후다닥 올라가죠. 인간이 스파이더맨처럼 건물을 달라붙어 올라가는 것은 가능할까요?

현재 이러한 기술은 현실로 가능해졌습니다. 2014년, 미국 스탠퍼드대 대학원생이 특수 제작된 접착판을 손에 끼고 실제로 빌딩 유리벽을 타고 오르는데 성공합니다. 비록 3.6m 오르는데 그쳤지만, 몸무게 70kg의 성인 남성이 벽을 오르는 게 가능하다는 것은 의미가 큽니다.

▲ 겟코 글러브 실제 사용 영상 (출처: Stanford 유튜브 채널)

접착판이 벽에 붙는 원리는 ‘게코(gecko) 도마뱀’ 발바닥을 모방했기 때문입니다. 도마뱀의 사촌 격인 게코(도마뱀붙이)의 발바닥에는 접착 물질이 없지만 천장에서도 거꾸로 달라붙어 떨어지지 않습니다. 이는 눈에 보이지 않을 정도로 세밀하고 가는 수십억 개의 털 때문이죠.

게코가 벽에 붙으면 발바닥 털과 벽면 사이에 ‘반 데르 발스 힘’이 작용합니다. 반 데르 발스 힘이란, 전기적으로 중성인 분자들이 아주 가까운 거리에 있을 때 서로 잡아당기는 힘을 뜻하는데요. 털이 수십억 개에 달하기 때문에 게코의 몸무게를 지탱할만한 강력한 접착력이 발휘됩니다. 특히 한쪽 방향으로는 강하게 달라붙고 다른 쪽 방향으로는 아주 쉽게 떨어지기 때문에 오랫동안 연구되고 있죠.

스탠퍼드대 연구진은 고분자 물질로 미세 털 구조를 만들었고, 무게 중심이 한쪽으로 쏠리는 걸 해결하기 위해 타일판을 24개로 나눠 구성했습니다. 마침내 맨몸으로 벽을 오를 수 있는 기술이 발명된 것이죠. 좀 더 발전되면 보다 높은 곳을 손쉽게 오를 수 있지 않을까요?

강력한 인공 거미줄 ‘아라미드’

▲ 마블 스파이더맨 (출처: Sony Interactive Entertainment)

스파이더맨은 팔에 장착된 웹슈터에 특수 제작된 합성 섬유 캡슐을 장전해 인공 거미줄을 발사합니다. 이 인공 거미줄은 빌딩 사이를 오갈 때 쓰이며, 물체를 끌어당겨 던지거나 적을 묶는 등 공격 역할로도 쓰이죠. 게임에서도 웹슈터를 이용한 다양한 액션을 선보입니다.

스파이더맨의 거미줄만큼은 아니지만, 현실에서도 강력한 탄성을 자랑하는 특수 섬유가 존재합니다. 바로 현존하는 섬유 중 가장 강력하다고 불리는 ‘아라미드’ 섬유죠.

▲ 아라미드 섬유를 최초로 개발한 미국 듀폰社에서 만든 방탄복과 방탄 헬멧. (출처: 듀폰 공식 홈페이지)

아라미드 섬유는 신도와 강도가 탄소섬유에 필적할 정도로 우수합니다. 탄소, 질소, 수소, 산소와 같은 가벼운 유기 고분자로 이뤄져 강철보다도 3배가량 강합니다. 강철이 1㎟ 면적에 285㎏의 무게를 견디는데, 케블라 섬유는 1㎟ 면적에 720㎏를 견딜 수 있죠. 무게도 플라스틱만큼이나 가벼우며 500도의 불에서도 타지 않고 마찰에도 강합니다. 유일한 단점은 물에 약하다는 것인데 이것도 방수 처리를 하면 그만입니다.

이러한 특성을 지닌 아라미드 섬유는 주로 군인이나 경호원들이 사용하는 방탄복에 활용되고 있습니다. 또한, 건축/토목 용이나 항공기 타이어 등 뛰어난 내구성을 요구하는 산업 보강재로도 쓰이고 있습니다. 여담이지만, 게임 ‘배트맨 아캄 시티’에서 등장하는 배트맨의 복장도 아라미드 섬유로 만들었다고 언급합니다.

스파이더맨이 처음 등장한 1962년, 당시만 해도 사람들은 스파이더맨의 현실화가 거의 ‘제로’에 가깝다고 여겼을 것입니다. 하지만 기술이 비약적으로 발전한 지금, 스파이더맨이 아주 비현실적인 캐릭터는 아닌 듯합니다. 도심 속을 화려하게 누비며 악당을 처단하는 스파이더맨, 그가 현실세계에 나타나는 날이 언젠가는 올까요?

※ 본 칼럼은 반도체/ICT에 관한 인사이트를 제공하는 외부 전문가 칼럼으로, SK하이닉스의 공식 입장과는 다를 수 있습니다.