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몬티 홀 딜레마

Monty Hall dilemma

'몬티홀 딜레마'란 '인간은 합리적이다'라는 전통경제학의 가정이 늘 옳지는 않다는 것을 증명하는 사례로 유명하다. 인간의 불합리를 증명하기 위해 몬티홀 문제(Monty Hall Problem)를 사용한다.


‘당신은 3개의 문 중 하나를 골라 그 문 뒤에 있는 상품을 받는다. 하나의 문 뒤에는 포르쉐 자동차가 있고 나머지 2개 뒤에는 염소가 있다. 당신이 문을 선택하면 진행자는 나머지 2개 중 염소가 있는 문을 연다. 이제 당신은 처음 고른 문을 계속 선택하거나 아직 닫혀 있는 다른 문으로 바꿀 수 있다.’

미국의 "Let's Make a Deal" 이라는 TV 퀴즈 프로그램에서 유래된 ‘몬티 홀 문제’다. 이 상황에서 많은 사람은 처음에 한 자신의 선택을 바꾸지 않는다. A, B, C 3개 문 중에서 처음 선택한 문이 A라면, 그것을 끝까지 고집하는 것이다. 사회자가 B와 C 중에서 염소가 있는 문을 열었으니 이제 남은 건 A와 B, C 중 한 개이므로 확률은 2분의 1이니 굳이 선택을 바꿀 필요가 없다고 생각하기 때문이다.

하지만 이 선택은 잘못됐다. 선택을 바꾸는 게 유리하다. 몬티 홀 문제에서 가능한 선택 상황은 세 가지다. 상황 1에서는 A 뒤에 자동차가 있기 때문에 마지막에 선택을 바꾸면 염소를 받는다. 그러나 상황 2와 3에서는 처음에 선택한 A 뒤에 염소가 있고, 사회자가 염소가 있는 문을 열었으니 마지막에 선택을 바꾸면 자동차를 받는다. 즉 세 가지 상황 중 두 가지는 선택을 바꾸면 자동차를 받기 때문에 선택을 바꿀 경우 성공할 확률이 3분의 2다.

몬티 홀 딜레마는 인간이 합리적이라는 전통 경제학의 가정을 꼬집는 사례로 유명하다. 인간은 합리적인 존재이며 늘 자신의 이익을 위해 행동한다고 가정하는 전통 경제학에 따르면 몬티 홀 딜레마에서 사람들은 모두 선택을 바꿔야 한다. 그러나 실제 사람들의 선택은 딴판이다. 비합리적이거나 변칙적인 경우가 오히려 많다. 이런 현상을 설명하는 학문이 행동경제학이다.

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뉴로모픽 칩

neuromorphic chip

사람의 뇌 신경을 모방한 차세대 반도체로 딥러닝 등 인공지능 기능을 구현할 수 있다. 기존 반도체와 비교해 성능이 뛰어나면서 전력 소모량이 기존 반도체 대비 1억분의 1에 불과해 미래 반도체 시장을 좌우할 핵심 기술로 꼽힌다.

뉴로모픽 칩의 기능은 사람의 사고 과정과 비슷하다. 지금 반도체는 저장 기능과 연산 기능으로 나뉜다. 각각의 반도체가 정해진 용도에 따라 만들어지고 역할을 수행한다. 하지만 뉴로모픽 칩은 하나의 반도체가 저장과 연산은 물론 인식, 패턴 분석까지 한다. 반도체 구조도 트랜지스터나 셀이 아니라 각종 신경 기능을 담당하는 뉴런과 뉴런 사이를 연결하는 시냅스로 구성된다. 사람이 기억하는 원리처럼 신호를 주고받는 데 따른 잔상으로 데이터를 저장한다. 이 때문에 패턴을 인지해 이미지와 소리 등 비정형화된 데이터를 인식하고 처리하는 능력이 뛰어나다.

구글이 고양이를 다른 동물 사진과 구별할 수 있는 인공지능(AI)을 개발하는 데 1만6000개의 중앙처리장치(CPU)가 필요했다. 뉴로모픽 칩이 개발되면 손톱 크기의 칩 하나로 똑같은 기능을 구현할 수 있다.

하나의 뉴런 안에서 복합적인 기능을 수행하므로 반도체 간 전하 이동이 크게 줄어 전력 소비는 1억분의 1 수준까지 줄일 수 있다. 황철성 서울대 재료공학부 교수는 “지금 속도로 반도체가 늘면 2040년에는 이를 구동하기 위한 전력을 생산하기 위해 화력발전소 1억개가 필요할 것이라는 예측도 있다”며 “소요 전력이 적은 반도체를 개발하는 것이 절실한 이유”라고 설명했다.

뉴로모픽 칩의 개발과 생산

삼성전자는 2016년 9월 30일 뉴로모픽 칩 제작을 위한 아키텍처(설계 구조) 개발에 나선다고 밝혔다. 이는 인텔의 x86을 대체하기 위한 것이다. x86은 저장장치 내 통로를 확장하기 어려운 데다 데이터를 직렬로만 소통할 수 있어 저장과 출력을 동시에 하는 등 병렬 기능 수행이 핵심인 뉴로모픽 칩의 기능을 충분히 구현하지 못한다는 지적을 받아왔다. 이 프로젝트를 이끌고 있는 손영권 삼성전략혁신센터장(사장)은 해외 매체와의 인터뷰에서 “미래의 컴퓨터는 사람의 뇌 형태를 따라가야 한다”며 “대용량 저장장치에 연산 및 네트워크 기능이 결합된 칩을 볼 수 있게 될 것”이라고 설명했다.

또한 SK하이닉스는 2016년 10월 13일 미국 스탠퍼드대와 ‘인공신경망 반도체 소자 공동 연구개발’ 협약을 체결했다고 발표했다. 이 개발프로젝트에는 세계 2위 반도체 장비업체인 램리서치와 재료업체 버슘머티리얼즈도 함께 참여한다.

뉴로모픽 칩 제작을 위한 아키텍처(설계 구조) 개발에 나선다고 밝혔다. SK하이닉스는 이번 협약을 통해 뉴로모픽 칩의 시냅스 소자를 개발할 예정이다. 전하 유입 여부를 통해 0과 1을 구분하는 기존의 반도체 입력 방법 대신 전압 크기에 따라 다양한 신호를 저장할 수 있는 유기물질 강유전체를 사용한다. 성공하면 1945년 수학자 폰 노이만이 발명한 이후 바뀌지 않고 있는 디지털 방식 반도체 작동원리의 일부가 바뀔 수 있다.

해외에서는 IBM이 뉴로모픽 칩인 트루노스를 선보였다. 미국 매사추세츠공대(MIT)는 병렬 반도체 칩 아이리스를 내놨고, 중국 칭화대도 트루노스와 비슷한 구조의 칩 ‘톈즈’를 개발 중이다. 퀄컴은 뉴로모픽 칩을 스마트폰에 적용하는 방법을 연구하고 있으며 유럽연합(EU)도 해당 프로젝트에 1억유로를 투자하고 있다.

한편, 한국의 반도체 팩키징기업인 네패스는 2017년 1월23일 2017년 6월부터 뉴로모픽칩인 NM500의 대규모 상업 생산을 시작할 것이라고 밝혔다. 인텔 등 일부 글로벌 반도체 기업이 제한된 영역에 뉴로모픽 칩을 일부 쓰긴 했지만 대규모 상업 생산은 네패스가 처음이다. NM500은 미국 제너럴비전(GV)이 설계한 것으로 네패스가 독점생산을 맡은 것이다.

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스피드 팩토리

독일 스포츠웨어 기업인 아디다스와 독일 정부, 아헨공대가 3년 이상 심혈을 기울여 독일 안스바흐에 건립한 신발공장.

스피드 팩토리리는 2017년부터 본격가동되어 운동화를 생산할 예정인데 독일 내에서 아디다스 운동화가 생산된 건 1993년 마지막 공장이 문을 닫은 지 23년 만이다.

스피드 팩토리는 4차산업혁명을 구현한 대표적인 공장 중 하나로 꼽힌다. 스피드 팩토리에서는 연 50만켤레의 운동화가 생산된다. 공장 유지보수와 관리 직원을 빼고 나면 생산 현장에는 단 10명만 투입된다. 수작업이 대부분인 현재의 신발 제조 방식으로 이 정도 물량을 생산하려면 직공 600명이 필요하다. 스피드 팩토리에서 필요한 소재를 선택해 운동화를 제작하는 일은 지능화된 기계가 한다. 생산직원은 각 소재를 기계가 인식할 수 있는 위치에 갖다놓는 역할만 할 뿐이다. 인건비 부담이 거의 없다. 대표적 노동집약 산업으로 중국, 동남아시아 등 저임금 국가로 옮겨간 신발공장을 다시 독일로 불러들일 수 있었던 배경이다.


스피드 팩토리는 소재부터 부품조달에 이르기까지 관련된 20여개 업체들이 공동으로 힘을 기울인 합작품이다. 19세기부터 섬유제조 기술을 연구해온 아헨공대는 세계 어디서든 쉽게 볼 수 있는 양말 제조기계를 지능화된 생산기기로 탈바꿈시켰다. 지난달 9일 독일 아헨에서 만난 이브시몬 글로이 아헨공대 섬유기술연구소 생산기술부장(교수)은 “4차 산업혁명은 단순히 대기업 공장을 지능화한다고 되는 것이 아니라 소재부터 부품 조달까지 모든 작업이 정보통신기술(ICT)과 결합해야 가능하다”며 “아디다스 외에도 소프트웨어, 센서, 프레임 제작업체 등 20여곳이 스피드 팩토리 프로젝트에 참여했다”고 말했다.

4차 산업혁명은 단순히 생산성 향상에 그치지 않는다. 각 개인에게 최적화된 제품을 최단 시간에 공급하는 것도 중요한 목적이다. 스피드 팩토리도 그렇다. 공장 이름처럼 ‘스피드’가 빠르다. 신발끈부터 깔창, 뒷굽 색깔까지 수백만 가지 옵션 중 소비자가 원하는 것을 선택하면 5시간 안에 제품을 생산할 계획이다. 지금은 맞춤형 신발을 제작해 배송하는 데 6주가 걸린다.

스피드 팩토리는 유행 변화에 신속하게 대처할 수도 있다. 제임스 칸즈 아디다스 전략팀 부사장은 “디자이너가 그린 새 운동화가 실제 제작돼 매장에 진열되기까지 통상 1년6개월이 걸리는데 그때쯤이면 이미 트렌드에 뒤처질 수 있다”며 “스피드 팩토리는 이 기간을 열흘 이내로 단축시켜 소비자가 원하는 신발을 빠르게 공급할 수 있다”고 설명했다.

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인간세포지도

human cell atlas

사람 몸을 구성하는 35조개 세포 기능과 특성을 일목요연하게 담을 것으로 예상되는 지도.

미국 매사추세츠공대(MIT) 브로드연구소와 하버드대, 영국 케임브리지대 생어연구소와 웰컴트러스트 재단이 2016년 10월 14일 향후 10년에 걸쳐 인간 몸속 장기와 조직을 구성하는 모든 세포의 특성을 해석하고 건강한 사람의 세포지도를 구축할 계획이라고 밝힌바 있다.

세포는 사람을 비롯한 생명체 몸을 구성하는 기본 요소이자 생리 현상이 일어나는 장소다. 사람의 성장과 발달, 암·뇌질환 같은 온갖 질병을 이해하는 열쇠를 쥐고 있다. 사람의 눈 망막에만 세포 100종이 있으며 면역 시스템에 관여하는 세포는 200종에 이른다. 하지만 과학자들은 사람 몸이 얼마나 많은 세포로 구성되는지, 얼마나 많은 종류가 있고 서로 얼마나 다른지 여전히 베일에 가려져 있다고 말한다.

앞으로 구축될 인간세포지도는 사람 몸을 구성하는 세포의 개수부터 종류, 위치, 상태, 족보까지 모두 담는다. 목표는 사람 몸을 구성하는 세포 하나하나의 종류와 기능을 파악하는 것이다. 사이언티픽아메리칸과 애틀랜틱 등 과학전문지들은 전 세계 지형·지물을 담은 구글 지도에 빗대 ‘인체 구글맵 프로젝트’라는 평가를 내놨다.

새러 테이크먼 생어연구소 세포유전학 책임자는 “이번 연구를 통해 새로운 세포를 발견하고 세포가 시간이 흐르면서 어떻게 성장하고 병에 걸리는지 이해할 수 있게 될 것”이라고 전망했다. 이 프로젝트는 미국과 영국 과학자들이 주도하고 있다. 하지만 연구진은 더 많은 해외 연구소와 협력하겠다고 밝혔다.

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아음속 캡슐열차

보잉 737 비행기보다 1.5배 빠른 초고속 진공열차인 하이퍼루프의 한국판.

2016년 10월 21일 한국철도기술연구원과 한국건설기술연구원, UNIST(울산과학기술원)이 제주에서 열린 한국철도학회에서 하이퍼루프 연구회를 결성하고 2017년 상반기 진공 튜브 속을 달리는 한국판 하이퍼루프의 밑그림을 내놓을 계획이다.

세계 최대 전기차 회사 테슬라의 창업자 엘론 머스크가 2013년 비행기보다 두 배 빠른 초고속열차 하이퍼루프(Hyperloop)를 제작하겠다는 비전을 제시한 지 3년 만에 국내에서도 독자 개발에 시동이 걸린셈이다.

서울에서 직선 거리로 325㎞ 떨어진 부산까지 16분 만에 주파하는 초고속 열차 개발이 본격적으로 추진되고 있다. 이 아음속 캡슐 열차는 최대 시속이 1220㎞로 하이퍼루프와 같다. 국내선에 투입되는 보잉 737 여객기보다 1.5배 빠르다.

아음속 캡슐 열차는 지름 2~3m 튜브 터널을 달리는 40인승 캡슐 한 량으로 구성된다. 지름 2.23m 터널을 달리는 미국의 28인승 하이퍼루프보다 크고 길다. 빠른 속도를 내는 비결은 진공(眞空)에 가까운 튜브 터널에 있다. 일반 대기를 달리는 기차는 아무리 빨라도 시속 700㎞를 넘을 수 없다. 이 속도를 넘어가면 차체가 공기 저항을 받아 양력(날아오르는 힘)이 생겨 전복되거나 더 속도를 내지 못한다. 이런 공기 저항을 없애기 위해 튜브 속을 1000분의 1기압 상태로 유지한다.

캡슐 열차는 바퀴로 달리지 않고 튜브 속에서 살짝 뜬 상태로 달린다. 하이퍼루프는 당초 차량 앞쪽에 거대한 팬을 설치해 차량 앞쪽 공기를 빨아들인 뒤 바닥으로 배출해 부력을 얻는 방안이 제시됐다. 하지만 최근에는 국내 방식처럼 자석의 반발력을 이용하는 자기부상 쪽으로 방향을 틀고 있다.