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Oct 26. 2019
스마트폰에서 스마트 세상으로: 5G가 바꾸는 미래
안병민의 [통찰을 스케치하다]
5G시대란다. 매일 자동차를 운전하며 타고 다녀도 자동차 엔진에 대해서는 잘 모르는 것처럼 3G, 4G가 무엇인지도 모르고 지금껏 휴대폰을 사용하며 살았다. 하지만 세상이 달라졌다. ‘포노 사피엔스’라는 말이 나오는 것처럼 폰을 모르고는 살 수가 없는 세상이다. 아니, 폰으로 돌아가는 세상이다. 그렇다면 이동통신에 대해 조금은 더 알아 둘 필요가 있다. 왜 SKT가 자동차협회에 가입하는지, 왜 자동차 업계에 애플과 구글이 얼굴을 들이미는지, 이동통신이라는 기반기술의 흐름을 알아야 풀리는 의문들이다.
오늘 강연 주인공은 연세대학교 공과대학장 홍대식 교수다. 인공지능과 이동통신을 연구하며 전기전자공학과 교수로 30년 세월을 보냈다. 그가 길잡이로 나서 5G 세상을 펼쳐 보이는 오늘 아침. 아는 만큼 보인다더니 듣고 보니 진짜 새로운 세상이다. 바로 내 눈 앞, 이 세상 말이다.
<응답하라1988>이란 드라마가 공전의 히트를 쳤다. 불과 30년 전 1988년이 배경이다. 그때만 해도 우리는 유선전화를 이용하며 살았다. 유선, 말 그대로 선으로 이어진 통신이었다.
그러다 어느 순간 누군가가 생각한다. “선이 꼭 있어야만 할까?” 그렇게 만들어진 게 ‘이동통신’이다. 주머니에 있는 스마트폰을 꺼내어 친구에게 전화를 한다고 생각해보자. 나와 친구가 다이렉트로 연결되는 게 아니다. 내가 전화를 걸면 이동통신 기술이 현재의 친구 위치를 찾아낸다. 그러고는 친구의 현재 위치와 제일 가까운 기지국으로 신호를 보낸다. 물론 내가 보내는 신호도 나와 제일 가까운 기지국을 통해 송출된다. 나와 제일 가까운 기지국과 친구와 제일 가까운 기지국이 신호를 주고받는 거다. 나나 친구의 위치가 바뀌면, 접속되는 기지국 역시 계속 바뀐다. 유선전화의 선을 없앤 뒤, 각자의 위치를 특정하여 가까운 기지국과의 끊김 없는 연결을 통해 데이터를 주고받는 것. 이게 이동통신 메커니즘의 골간이다. 이후 이 분야에서만 100만개 가까운 특허가 나왔다. 엄청난 잠재력을 가진 분야라는 방증이다.
“아니, 이렇게 빠른 속도로 달리는데 수동으로 운전을 하겠다고?” 홍대식 교수가 보여준 영화 <아이, 로봇> 속 한 장면이다. 영화 속 배경은 이미 자율주행차가 일상화된 세상. 수동운전을 하던 주인공은 결국 경찰에 체포된다. 적어도 20년 정도 지나면 이런 일이 실제로 벌어질 것이라는 게 홍대식 교수의 설명이다. 이런 세상의 기술적 전제가 바로 5G기술이란다.
우리나라 이동통신 분야의 역사를 되짚어보자. 이동통신서비스의 시작은 1984년이었다. 이른바 ‘카폰’으로 대표되는 1세대 이동통신이다. 한 대 가격이 자동차 가격과 맞먹었던 카폰. 일반인들에겐 그림의 떡이었다. 그러니 이동통신으로 돈을 번다는 건 언감생심. 그 카폰의 무게가 무려 1.2kg이었으니 아령이 따로 없었다. 이동통신 분야에서 비즈니스 개념이 싹을 틔우기 힘든 시절이었다.
세월이 흘러 1996년. 2세대 이동통신시대가 열렸다. 코드분할 다중접속 방식의 CDMA(code division multiple access) 기술이 만들어낸 세상. 하나의 셀에 여러 명의 사용자가 접속할 수 있도록 해주는 기술이다. 모토롤라와 노키아가 주도하고 퀄컴이 부상했던 세상이다. 이때부터 이동통신 분야 광고에 유명인, 스타들이 나오기 시작한다. 이 분야가 돈이 된다는 의미다. 당시 광고들의 핵심메시지는 ‘잘 터진다’는 것이었다. ‘연결이 되냐 안 되냐’가 이동통신시장의 핵심이슈이던 시절이었다.
3세대 이동통신시대의 개막은 2006년이었다. 화상통신이 가능한 이동통신 기술 WCDMA는 기존 CDMA 방식의 광대역화 버전이었다. 예컨대 2차선 도로를 8차선으로 넓혀 준 셈이랄까. 스마트폰이란 놈이 세상에 출생신고를 한 것도 이때였다. 2세대 이동통신 광고의 메시지가 ‘끊김 없는 연결’이었다면 3세대 이동통신 광고의 메시지는 ‘보인다’였다. 목소리를 전하는 게 아니라 이제는 영상을 주고받는, 데이터 송수신의 세상이 열린 거다. KT의 ‘SHOW’라는 브랜드 네이밍은 이를 압축적으로 보여준다.
3세대 이동통신은 통신 기술만의 혁신을 빚어낸 게 아니다. 단말기, 즉 핸드폰의 혁신이 맞물려 일어났다. 당시만 해도 핸드폰은 그저 통화를 하기 위한 전화기였다. 이런 전화기를 제일 잘 만들던 회사가 바로 노키아와 모토롤라였다. 2000년대 초반만 해도, 모토롤라나 노키아의 엔지니어 한 사람이 방한을 하면 우리나라 이동통신업계의 고위인사들이 그를 만나려 줄을 섰다. 그만큼 독보적 시장지위와 기술지위를 자랑하던 기업이 노키아와 모토롤라였다. 하지만 그들은 스스로를 핸드폰, 즉 전화기 만드는 회사로 규정했다. 목소리만 잘 전달해주면 되지, 하는 생각이었다. 결과적으로 이런 생각은 굴레로 작동했다. 빠져나올 수 없는 성공의 덫이었고, 헤어나올 수 없는 경험의 감옥이었다. 이동통신 기술의 또다른 발전이 세상을 바꿔놓았기 때문이다. 3세대 이동통신 시장의 고객이 원하는 건 전화기, 피처폰이 아니었던 거다. 진화된 이동통신환경에서 휴대폰은 전화기를 넘어 컴퓨터로 진화했다. 바로 스마트폰의 출현. 전화기 개념에 매몰되어 있던 노키아와 모토롤라는 추락했다. 애플과 삼성이 그 빈자리를 메웠다.
지금의 자동차도 그렇다. 자동차는 애초에 기계산업이었다. 하지만 전자산업 단계를 거쳐 이제 자동차는 컴퓨터산업으로 분류된다. 휴대폰이 더 이상 폰이 아니라 컴퓨터이듯 자동차 역시 컴퓨터가 된 거다. 타고 다니는 컴퓨터. 그러니 자율주행차 업계를 주도하는 자동차 회사는 없다. 오히려 IT기업들이 자동차산업을 리드한다. 스마트시티 분야도 마찬가지다. 집을 집으로만 보아서는 답이 없다. 집을 컴퓨터로 보아야 한다. 건설교통 분야 전문가들이 ICT로 자꾸 눈길을 돌리는 배경이다.
그리고 4G. 이슈는 ‘속도’였다. 이통업계의 모든 마케팅 메시지는 속도로 수렴했다. “빠름 빠름 빠름.” 많은 데이터를 주고받으려면 속도가 느려서는 안 되었기에 생겨난 현상이었다. 보다 넓은 광대역을 자랑했고 보다 많은 주파수를 자랑했다. 블루레이 영화 한 편을 다운받는 데 걸리는 시간이 3분. 전송속도 180Mbps로 이루어 낸 기술적 쾌거였다.
4G가 만들어낸 이런 시장의 변화에 글로벌 기업들의 시가총액 순위도 요동을 쳤다. GE, 더치셸, 엑손모빌, 코카콜라 등의 회사가 주름잡던 97년과 2007년. 판도는 2017년에 확 달라졌다. 기존의 마이크로소프트와 함께 아마존, 애플, 구글, 페이스북의 약진. 인터넷의 폭발적 성장이 빚어낸 변화. 관건은 ‘데이터’였다. 이전 세대에 비해 혁신적으로 빨라진 4G 덕에 데이터는 폭발적으로 증가했다. 2005년부터 2021년까지 대략 15년간 전 세계 이동통신 하루 인터넷 사용량은 무려 4만배 늘어났다. 듣도 보도 못한 페타바이트(PB) 개념의 출현. 1페타바이트는 10의 15 승 바이트다. 데이터를 쥐고 있는 기업 혹은 데이터의 송수신을 주도하는 기업이 세계를 리드하는 이유다.
“제가 1986년에 유학을 가서 ‘Parallel, Self-Organizing, Hierarchical Neutral Networks’로 박사 학위를 받고 왔는데요. 한국에 오니 별종 취급을 하더군요. 이유는 간단했습니다. 한국에서는 관련 연구를 위한 데이터를 구할 수가 없었습니다. 0부터 9까지 사람 자필을 인식하는 시스템을 개발할 때만 해도요. 일일이 주변 사람들한테 부탁하며 글씨들을 모았습니다. 그 시절과 비교해보면 지금은 데이터가 정신없이 날아다니는 세상이라 해도 과언이 아닙니다.” 홍대식 교수의 설명이다.
전 세계 이동통신 시장, 기지국과 핸드폰 등 모든 부가산업을 포함한 시장 규모가 대략 2000조 수준이란다. 그 중 핸드폰 시장만 500조. 이 중 삼성이 120조를 판다. 대단한 규모다. 눈을 조금 돌려 기지국 시장을 살펴보면 그 규모가 50조다. 기지국 분야는 시장은 작지만 최고의 핵심인력들이 포진해 있다. 기지국 분야갸 5G시대를 견인하는 핵심인프라이기 때문이다. 5G시대의 핵심키워드는 ‘초연결’이다. 그 연결을 가능케 해주는 게 기지국 사업이다.
“10년 전 최고사양의 데스크탑 컴퓨터와 최근에 출시된 갤럭시10의 성능을 한번 비교해 보세요.“ 홍대식 교수가 보여준 2009년 최고사양의 컴퓨터는 CPU클럭이 3.2GHz, RAM이 8G, HDD가 1TB였다. 지금의 갤럭시10은 각각 3.3GHz, 12G, 1TB다. 이쯤 되면 지금의 핸드폰은 ‘핸드폰’이 아니라 ‘핸드컴퓨터’다. 10년 전 최신형 데스크탑 컴퓨터 한 대를 내 주머니에 들고 다니는 거다. 그런데 우리는 이걸로 무얼 하고 있나? 이걸로 결제와 SNS 정도를 하고 있다. 보다 생산적인 고차원의 업무를 할 수 있는 여지는 엄청나게 많다. 갤럭시10에는 인공지능 프로세서도 들어가 있다. 폰 하나로 못 할 일이 없는 거다.
‘인공지능’하면 바로 떠오르는 단어가 있다. 알파고다. 인공지능은 이미 오래전에 우리 옆에 와 있었는데 확실하게 ‘왔구나’ 알게 된 사건의 주인공 알파고. 그 알파고 역시 끊임없이 진화 중이다. 엄청난 규모의 시스템으로 돌아가던 초기 버전의 알파고는 진화를 거듭하며 달랑 4개의 TPU만으로도 훨씬 더 높은 수준의 퍼포먼스를 낸다. 클라우드 및 시스템 기술의 발전 덕분이다. 그렇게 개발된 ‘알파고제로’는 ‘알파고’와의 바둑경기를 100대 0으로 이겨버렸다. 이동통신 분야 기술의 발전에 따른 당연한 결과다. 데이터의 신속한 전송 말이다.
1세대부터 시작한 이동통신업계, 바야흐로 5G다. “서비스 초기라서 불편? 핵심은 인프라 부실”, “느리고 먹통까지…LTE만 못한 5G?”, “무늬만 5G 속도 느려 분통”, “세계최초 5G, 빛 좋은 개살구?” 언론들에서는 제대로 안 터진다고 비난과 비판 일색이다. 불안정한 서비스 초기 시장에서 나타나는 일반적인 현상이다. 그럼에도 5G는 버릴 수 없는 카드이고, 앞으로 나아가야 할 길이다. 5G의 핵심컨셉은 초고속, 초연결, 초저지연이다. 먼저 속도다. 4G 기준 최대전송률이 1Gbps라면 5G 기준으로는 20Gbps로 그 차이는 무려 20배에 달한다. 초연결 부분도 그렇다. 4G 기준 동시연결 노드 수는 십만개/km2 였다. 5G 기준으로는 열 배다. 초저지연은 액세스 지연시간의 단축을 의미한다. 딜레이타임이 없다는 얘기다. 이 역시 4G 대비 10배의 성능을 보이는 게 5G 다.
앞서, 4G는 핸드폰을 컴퓨터로 바꿔버린 변화라 했다. 그렇다면 5G는 어떻게 보아야 할까? “5G는 사람을 대상으로 하는 게 아닙니다. 사람을 넘어 기계가 통신을 잘 할 수 있도록 하자는 게 5G의 핵심컨셉입니다.” 홍대식 교수의 설명은 허를 찔렀다. 사물인터넷 얘기였다. 이어진 동영상 장면. 마이크로소프트가 2015년에 만든 <2020 미래 비전> 동영상이다. 실시간 영상과 증강현실, 모션인식 등에 기반한 원격수업, 휘어지는 디스플레이 기술을 접목한 카페 장면, 개인 식별장치와 웨어러블 디바이스 등으로 표현되는 원격사무실, 실시간 접속과 영상 등으로 구현되는 원격의료 꿈만 같은 세상이 영상에 가득하다. 하지만 더 이상 꿈이 아닌 모습들. 이 모든 게 수십 기가의 데이터가 눈 깜빡할 새 오갈 수 있는 환경이 전제되어야 한다. 관건은 초저지연, 즉 딜레이타임의 최소화다.
일반적으로 고속도로에서 앞차와의 최소 유지거리를 100m로 정해놓고 있다. 시속 100km로 달릴 때 갑작스레 나타나는 장애물에 대한 인식과 반응에 걸리는 시간과 제동거리를 감안해서 정한 수치다. 우리 인간이 장애물을 인식하고 반응하는 데 걸리는 시간이 평균 1초. 그 제동거리가 50m. 그래서 최소 100m 간격은 유지하라는 거다. 그런데 지금의 자동차 속도를 4G에 비유한다면 5G 속도의 자동차는 차간 유지거리를 얼마로 잡아야 할까? 이론적으로 살펴보면 4G 상황에서의 액세스 지연시간은 100msec(msec=1/000초)다. 하지만 5G에서는 이 수치가10msec, 1/10로 줄어든다. 앞차와의 최소유지 거리 100m가 10m로 줄어드는 셈이다. 그만큼 반응이 빠르다는 거다.
실제로 4G와 5G의 속도 차이를 눈으로 생생하게 보여주는 영상을 홍대식 교수가 보여주었다. 사각 쟁반을 함께 들고 있는 세 개의 로봇손들이 보인다. 쟁반 위에는 탁구공이 올려져 있다. 탁구공에 인위적인 힘을 가해서 움직이게 만들었더니 그 움직임을 인식한 로봇손들이 함께 움직여 탁구공을 멈추게 만드는 실험이다. 4G의 환경에서는 9초가 걸렸던 실험이 5G 환경에서는 3초로 대폭 줄어들었다. 이 로봇손들이 바로 ‘스마트팩토리’다. 다시 말해 딜레이타임이 줄어들수록 스마트팩토리의 생산성은 올라간다. 얼마나 빨리 인식하고 얼마나 빨리 반응할 수 있는지, 다시 말해 ‘실시간 반응’이 경쟁력인 것이다.
“제가 교회엘 다니는데요. 연구하는 분야가 이런 거다 보니 교회에서도 목사님의 실제 목소리와 스크린에서 나오는 목소리에 딜레이타임이 발생하는 게 자꾸 눈에 들어옵니다. 직업병이지요.” 홍대식 교수의 유머에 여기저기서 웃음이 터진다.
홍대식 교수의 강연은 이제 ‘초저지연’을 넘어 ‘초연결’로 향한다. 모든 것이 연결되는 세상이다. 전 세계 핸드폰 개수는 70억개. 이게 다 연결되는 거다. 5G시대가 되면 1조개 이상의 물건들이 연결될 거라는 예측이다. 현존 인구의 100배 이상의 수치다. 데이터의 폭증은 불을 보듯 뻔하다. 5G가 만들어내는 초연결의 세상, GE는 새로운 비즈니스를 만들었다. 이를테면 이런 거다. 제너럴 일렉트릭은 발전 시설이 등의 오프라인 시설 관리에 증강현실을 이용하고 있다. 산업시설을 그대로 복제한 ‘디지털트윈스’를 만들어 시설관리에 활용하는 거다. 디지털트윈스를 통해 기술자들이 각종 데이터를 가상공간에서 확인하며 이를 검증할 수 있다. 이런 작업들이 원활하게 수행되려면 데이터간 전송 속도가 중요하다. 딜레이타임이 얼마냐에 따라 생산성 차이가 확확 나는 거다. 또 있다. GE는 다양한 센서를 통해 비행기 상태를 실시간으로 모니터링한다. 현재 운용 상태를 파악하고 예상되는 미래의 문제를 사전에 예방한다. 물리적 시스템의 데이터를 디지털로 바꾸어 새로운 사업영역을 창출한 거다. 속도가 관건인 비즈니스 분야다. 5G가 바꾸어놓을 또다른 세상의 단면이다.
아마존은 또 어떤가. 아마존의 물류시스템은 우리의 상상을 초월한다. 로봇들에 의해 일사불란하게 움직이는, 말 그대로 ‘스마트시스템’이다. 아마존에서 운영하는 무인매장 ‘아마존고’도 같은 맥락이다. 계산을 위해 줄을 설 필요도 없고, 실제 계산할 필요도 없다. 이 모든 과정이 다양한 센서들에 의해 자동으로 인식되어 진행된다. 사람이 할 일이란 그저 물건을 집어들고 나오는 것뿐. 컴퓨터 비전, 센서융합 시스템, 딥러닝 알고리즘들이 한데 어울려 순식간에 만들어내는 마술이다. 이 모든 과정의 이면에 이동통신의 속도란 개념이 튼튼하게 깔려있다.
