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수원흥신소 반도체 회로 설계 ‘119시간 → 28.5시간’ 단축

이진숭

47분전 0 0

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수원흥신소 수개월씩 걸려 작업하던 고성능 통신 반도체 회로 설계 속도를 비약적으로 높일 수 있는 인공지능(AI) 기술이 개발됐다. 울산과학기술원(UNIST)은 윤희인 전기전자공학과 교수(왼쪽 사진)와 송대건 경북대 교수(오른쪽)팀이 통신 회로인 LC 전압제어 발진기(LC-VCO)를 회로 설계 단계부터 실제 칩에 넣는 물리적 레이아웃까지 자동으로 설계해주는 AI 모델을 개발했다고 5일 밝혔다.
LC-VCO는 5G 같은 고속 통신 시스템에서 주파수를 만들어내는 반도체 회로다. 신호 잡음과 전력 소모를 줄이기 위해서는 인덕터, 트랜지스터 크기와 같은 변수를 잘 조합해 회로를 설계해야 하는데, 설계된 회로를 실제 칩 안으로 옮기기 위한 배열구성 설계 단계에서는 회로 설계 단계의 조합이 깨지기 쉽다.
연구팀이 개발한 모델은 회로 설계와 배열구성을 개별적으로 최적화하던 기존 방식 대신 AI가 두 단계를 통합적으로 관리해 최적화한다.
실험 결과 기존 방식으로 약 119시간 걸리던 작업이 28.5시간 만에 완료돼 설계 시간이 76% 이상 단축됐다고 연구팀은 설명했다. 연구팀 관계자는 5G·6G 통신과 AI 칩의 핵심 부품인 주파수 생성 회로의 성능은 높이면서 설계 비용은 크게 낮출 수 있다며 중장기적으로 반도체 설계 인력 부족 문제를 해결하고, 차세대 공정으로의 전환 속도를 획기적으로 앞당길 수 있는 도구라고 설명했다.
연구 결과는 전기전자공학자협회(IEEE) 반도체회로공학회에서 발행하는 학술지 ‘IEEE 집적 회로 및 시스템 설계 자동화’(TCAD·Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems)에 지난달 3일 실렸다.
5월 액화석유가스(LPG) 공급 가격이 올랐다. 가스업계는 중동 사태로 인한 인상 요인의 일부만 가격에 반영했다고 설명했다. 하지만 ‘서민 연료’로 불리는 LPG 가격 인상으로 소비자 부담은 커졌다.
E1은 5월 LPG 공급 가격을 인상한다고 1일 밝혔다. 프로판 가격은 지난달보다 ㎏당 140원을 올렸다. 가정·상업용은 1403.17원, 산업용은 1409.77원이 됐다. 프로판은 취사와 난방 등에 쓰인다.
자동차 등에 사용하는 부탄은 유류세 인하분을 반영, ℓ당 51.1원을 인상해 997.50원으로 책정했다. ㎏당은 1708.05원이다. 유류세 인하분은 ℓ당 약 30.7원으로 계산했다.
E1은 “중동 전쟁 영향으로 국제 LPG 가격과 선박 운임 등이 급등해 ㎏당 500원 수준의 가격 인상 요인이 발생했다”면서도 “정부 물가 안정 정책에 호응하고 소비자 부담을 완화하기 위해 인상 요인의 일부만 반영했다”고 설명했다.
SK가스도 전날 비슷한 수준으로 5월 LPG 가격을 인상한다고 밝혔다. 프로판은 ㎏당 140원을 인상해 가정·상업용은 1405.73원, 산업용은 1412.33원에 판매한다. 부탄 가격은 ℓ당 947.57원에서 998.67원으로 51.1원 인상했다.
국내 LPG 가격은 사우디아라비아 국영 석유회사인 아람코가 매달 결정하는 전월 국제 LPG 가격과 연동해 결정된다. 아람코가 발표한 4월 국제 LPG 가격은 프로판은 t당 750달러, 부탄은 800달러였다. 3월보다 각각 37.6%, 48.1% 급등한 수치다.
정부는 최근 구윤철 부총리 겸 재정경제부 장관 주재로 민생물가 특별관리 관계 장관 태스크포스(TF) 회의를 열고 부탄의 유류세 인하 폭을 10%에서 25%로 확대하기로 하는 등 LPG 가격 관리에 힘쓰고 있다.
다만 프로판은 가정과 식당에서 사용하고, 부탄은 택시와 소형트럭이 주로 소비한다는 점에서 물가 인상 압박이 불가피할 전망이다. 특히 전국택시운송사업조합연합회에 따르면 국내 등록 택시 24만6381대 가운데 90% 이상이 LPG 차량이다. 연료비는 수입의 30% 수준으로 알려졌다.
최근 데이터 과학과 의료 공학 분야에서 뜨겁게 주목받는 수학 분야를 꼽으라면 단연 ‘역문제(Inverse Problem)’일 것이다. 원인에서 결과를 도출하는 통상의 ‘정방향’ 사고 과정에 비해, 역문제는 나타난 결과로부터 보이지 않는 원인을 거꾸로 추적해가는 지적 추론 과정이다.
수학적으로는, 주어진 함수 y=f(x)에서, x라는 입력값이 주어졌을 때 y를 구하는 것은 명쾌한 정방향 문제다. 하지만 우리가 관측할 수 있는 데이터가 오직 결과물인 y뿐일 때, 보이지 않는 x를 찾아내는 과정은 훨씬 복잡하고 정교한 계산을 요구한다.
밝은 태양 아래 서 있는 물체가 있다면, 그 물체의 모양에 따라 지면에 그림자가 생기는 것은 자연스러운 정방향 문제다. 반대로 바닥에 비친 일그러진 그림자의 모양만을 보고, 그 그림자를 만들어낸 원래 물체의 입체적인 형상을 완벽하게 복원해내는 것이 바로 역문제다.
어두운 밤길에서 들려오는 발소리만으로 상대방의 체격이나 신발 종류를 짐작하는 것, 혹은 굳게 닫힌 상자를 흔들었을 때 들리는 소리로 내용물을 추측하는 행위가 모두 역문제의 범주에 속한다.
역문제의 중요성을 가장 피부로 느낄 수 있는 분야는 의료 현장이다. 1979년 노벨 생리의학상을 안겨준 컴퓨터 단층촬영(CT)은 역문제 해결의 정점이라 할 수 있다. CT의 원리는 명쾌하다. 신체에 X선을 쏘면 뼈처럼 밀도가 높은 곳은 강도가 많이 줄어들고, 근육처럼 밀도가 낮은 곳은 적게 줄어든다. 이 ‘감쇠율’ 데이터가 바로 우리가 얻는 ‘결과’다. 그 원인, 즉 인체의 내부 모양을 추정하는 것은 전형적인 역문제다.
1917년 오스트리아의 수학자 요한 라돈은 ‘라돈 변환’을 통해 단면의 넓이들로부터 입체의 모양을 복원하는 수학적 기틀을 마련했다. 당시에는 구현할 기술이 없었으나, 수십년 뒤 공학자들의 손을 거쳐 수많은 생명을 구하는 의료장비로 거듭났다.
우주의 끝에서 암세포의 위치까지
역문제는 인간의 시선이 닿지 않는 곳에서도 빛을 발한다. 1846년 발견된 해왕성이 대표적이다. 당시 천문학자들은 천왕성의 궤도가 계산과 다르게 움직이는 현상(결과)을 관찰하고, 보이지 않는 거대 행성의 중력(원인)을 역으로 계산해 해왕성의 위치를 정확히 맞혔다.
현대에 들어서는 아르헨티나의 수학자 알베르토 칼데론이 제기한 ‘칼데론 문제’가 역문제의 새로운 지평을 열었다. 물체 표면에서 측정한 전압 데이터를 통해 내부의 전기 전도율을 알아내는 이 이론은 ‘전기 임피던스 단층촬영(EIT)’으로 이어졌다. 암세포는 정상 조직보다 전기 전도율이 4~5배 높기 때문에, 몸에 전극을 붙여 전압 분포의 왜곡을 측정하면 칼을 대지 않고도 암의 크기와 위치를 파악할 수 있다.
물론 역문제 해결이 늘 순탄한 것은 아니다. 곱해서 12가 되는 숫자 조합이 여러 개이듯, 하나의 결과에 대해 원인이 여러 개이거나 정보가 부족한 문제(ill-posed problem)가 발생하기도 한다.
1966년 수학자 마크 카츠는 “드럼 소리만 듣고 드럼의 모양을 알 수 있는가?”라는 질문을 던졌다. 결론은 ‘알 수 없다’였다. 서로 다른 모양의 드럼이 같은 주파수를 낼 수 있기 때문이다.
이러한 모호성은 때로 ‘스텔스기’처럼 적의 탐지(역문제 해결)를 방해하는 기술로 응용되기도 한다.
정보가 부족해 답이 명확하지 않은 역문제를 해결하기 위해 현대 수학은 ‘최적화 기법’과 ‘인공지능(AI)’을 사용한다.
인류의 한계 돌파하는 지적 열쇠
수많은 데이터 속에서 가장 개연성 있는 원인을 찾아내는 AI의 학습 방식은 본질적으로 거대한 역문제를 푸는 과정과 닮아 있다. 강아지와 고양이의 사진을 보고 특징을 추출해 분류하는 AI는, 사실 ‘이미지’라는 결과로부터 ‘객체의 정체’라는 원인을 찾아내고 있는 셈이다.
보이지 않는 것을 보게 하고, 현상 너머의 본질을 탐구하는 역문제는 단순한 수학의 한 분야를 넘어 인류의 한계를 돌파하는 지적 열쇠가 되었다.
심해의 지형을 탐사하고, 인체 내부의 비밀을 밝히며, 인과관계의 실타래를 거꾸로 풀어가는 이 끈기 있는 수학적 여정은, 앞으로도 인류의 시야를 우리가 상상하지 못한 영역까지 확장해 나갈 것이다.

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