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네이버 블로그 | 『취업&진학 공선생 Mentor 』

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보통 IT분야를 크게 둘로 나누면 개발자 와 로 구분되며 개발자는 각각의 언어별로 기업에서 채용하고 있으며 , 산업별 중요한 프로그래밍 언어가 다르다. 아래 관련글 링크가 있으니 참고 해보자. 엔지니어 C언어, C++ , JAVA , Python 이 대표적이며 웹퍼블리셔와 프론트엔드 개발자에게 필수인 HTML5, CSS 나 JavaScript 같은 경우 컴공과에서 배우지는 않는다 그래서 이다. 전공자의 경우는 전공을 살려서 개발로 진출할 경우 백엔드나 응용개발쪽으로 진출하는 것을 추천한다. 실제 프론트엔드 쪽이나 퍼블리셔의 경우 디자인쪽 학과 학생이나 비전공자 비율이 압도적으로 많은 편

https://blog.naver.com/therapy92/221851586760

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컴퓨터공학과 진로 적성평가해보기 ( 언어별 취업분야 )

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보통 IT분야를 크게 둘로 나누면 개발자 와 로 구분되며 개발자는 각각의 언어별로 기업에서 채용하고 있으며 , 산업별 중요한 프로그래밍 언어가 다르다. 아래 관련글 링크가 있으니 참고 해보자. 엔지니어 C언어, C++ , JAVA , Python 이 대표적이며 웹퍼블리셔와 프론트엔드 개발자에게 필수인 HTML5, CSS 나 JavaScript 같은 경우 컴공과에서 배우지는 않는다 그래서 이다.

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17세기 뉴턴(Newton)과 라이프니츠(Leibniz)는 물체의 위치나 물리량의 시간에 대한 변화나 위치에 대한 변화를 기술하기 위하여 순간변화율이라는 개념을 도입하였고, 이를 기반으로 여러 가지 운동 법칙과 질량 보존의 법칙, 에너지 보존의 법칙 등의 물리 법칙이 정립되었다. 그 이후 야코프 베르누이(Jacob Bernoulli), 다니엘 베르누이(Daniel Bernoulli), 달랑베르(d'Alembert), 오일러(Euler), 라그랑지(Langrange), 푸리에(Fourier) 등이 이들 물리 법칙들을 결합하여 물리적 현상을 기술하였다. 이는 미지의 함수와 그 도함수, 그리고 이 함수들에 관계된 여러 변수들에 대한 방정식 으로서 '미분방정식'이라 불린다. 미분방정식은 자연현상을 과학적으로 표현하려는 도구로서 활용되어 왔으나, 현대에는 컴퓨터 그래픽, 기상 예측, 감염병 확산 예측 등에도 활발하게 응용되고 있다.

일반적인 방정식은 위와 같은 형태이며, 미지수 x에 들어갈 해를 구한다. 하지만 미분방정식은 아래와 같이 형태가 다소 다르다.

* y''은 y라는 함수를 두 번 미분했다는 것이고, y'은 한 번 미분했다는 뜻

언뜻 비슷해 보이지만 수식에 x 대신 y가 들어가 있고 미분을 뜻하는 프라임(') 표시가 있다. 일단 변수로 y가 들어간 것은 y가 '미지수'가 아니라 '미지함수'라는 의미다. 즉, 미지의 함수를 구하는 것이 미분방정식의 목적임을 알 수 있다.

미분방정식은 미적분 계산이 되는 함수를 변수로 간주하는 방정식 즉, 함수 그 자체를 미분하여 결과를 도출한다. 함수를 미분한다는 것은 물체의 가속도(그래프에서 기울기) 등과 같은 특정 지점에서의 물리량 변화를 확인할 수 있다는 뜻이므로, 미분방정식을 사용하면 자연 현상에 대한 분석과 예측에 매우 유용하다.

미분방정식은 다양한 종류로 나뉜다. 기본적으로는 미분과 관련된 변수가 하나이면 '상미분방정식', 두 개 이상이면 '편미분 방정식'이라 부른다. 이후 컴퓨터의 발전에 따라 '수치적 근사 풀이법'의 개발이 활발하게 진행이 되었고, 이어서 확률적 현상을 기술하는 확률 미분방정식과 생물학적 현상을 기술하는 연립 미분방정식이 개발되었으며, 최근에는 기계학습(Machine learning)의 일종인 심층학습(Deep learning)을 이용한 미분방정식 풀이법의 개발이 시도되고 있다.

대표적인 미분방정식으로 파동방정식, 나비에(Navier)-스토크스(Stokes) 방정식, 맥스웰(Maxwell) 방정식, 슈뢰딩거(Schrödinger) 방정식을 들 수 있다. 파동방정식은 현악기에서 현의 떨림을 표현하기 위하여 만들어졌으며 음향학, 전자기학, 유체역학 등에서 나타나는 음파와 전자기파, 수면파 등을 기술할 수 있다.

나비에-스토크스 방정식은 우리가 흔히 보는 물, 공기와 같은 유체의 흐름을 나타낼 수 있는 방정식이다. 이 방정식은 2000년에 클레이 수학 연구소에서 제시한 7개의 밀레니엄 문제 중 하나로 3차원에서 해의 존재성과 해가 있다면 얼마나 매끈한지에 대한 문제이나 아직 풀리지 않은 상태이다. 클레이 연구소는 문제 하나당 푸는 사람에게 100만 달러를 수여하겠다고 발표해서 큰 화제를 모았다.

전자기학에는 전기와 자기를 함께 기술하는 4개의 방정식이 있는데 이를 통틀어서 맥스웰 방정식이라고 부른다. 슈뢰딩거 방정식은 원자 내에서 움직이는 전자의 운동을 기술하는 파동 방정식으로, 전자의 운동이 어떤 에너지를 갖고 있는지 나타낸다.

미분방정식은 영화에서도 활용된다. 해일이 도시를 덮친다든가, 커다란 화염과 같이 실제 장면을 촬영을 할 수 없는 가상적인 상황이나 매우 위험한 장면에서는 실제 촬영보다는 미분방정식을 풀어서 나온 해를 시각화 시켜 실감 나는 영상을 만들어 낸다. 특히 유체를 보다 정교하게 표현하기 위해 나비에-스토크스 방정식과 같은 미분방정식은 영화에서 빠질 수 없는 요소가 되었다.

이 방정식은 기본적으로 유체의 운동을 기술하지만, 영화에서는 '레벨 셋(Level Set)'이라는 개념을 추가적으로 결합해 더욱 장면을 생생하게 묘사한다. 레벨 셋이란 유체가 움직일 때 공기와 맞닿은 부분의 변화, 유체에 뜬 물체의 이동과 같은 움직임을 표현하기 위해서 공기와 물, 물과 물체 사이의 경계를 표현하는 개념이다. 영화의 특수 효과에서 이런 계산을 이용하며, 그중에서 아주 흥미진진하면서도 사실적으로 구현된 유체의 계산을 「해리포터와 불의 잔」, 「캐리비안의 해적」 등에서 확인할 수 있다.

▲ 레벨 셋 예시, 상단의 2차원 영역은 하단의 3차원의 함수의 단면이다.

레벨 셋은 수학적으로 경계의 형태를 묘사하는 방법 중의 하나로서 연속에서 불연속으로 진행되는 현상을 다루는 문제를 그 영역의 차원을 높여서 접근한다. 쉽게 말해서 2차원 현상을 3차원적 관점에서 다룬다는 뜻이다. 이 방법은 2차원 곡선의 형태가 어떤 3차원 물체의 수평 단면의 경계와 일치한다는 가설에서 출발한다. 즉, 위 그림의 상단처럼 점점 연속성이 줄어드는 2차원 영역을 하단처럼 3차원 함수의 단면으로 본다. 그렇다면 3차원 함수가 아래로 연속적으로 가라앉지만 2차원에서 보면 두 영역이 서로 분리되는, 불연속 영역이 된다. 따라서 불연속적으로 보이는 변화도 차원을 높여서 접근하면 연속적인 현상으로 이해할 수 있다. 이렇게 차원을 하나 높여서 연속적인 함수의 움직임을 계산하면, 그 결과에서 우리가 알고 싶은 단면만 잘라내어 서로 연속되지 않은 여러 부분들의 값을 각각 구할 수 있다. 너무나 단순하지만, 실제로는 대단히 혁신적인 발상이다.

이 함수를 이용하면 불이 타오르는 모습까지도 실감 나게 계산해 낼 수 있다. 불도 기체(유체)이기 때문에 압력 차이에 따라 상승하는 모양과 불길이 서로 나뉘는 경계까지도 시뮬레이션 할 수 있다. 따라서 예전에 육안으로 봤던 불길을 단순히 묘사할 때보다 훨씬 정교한 움직임의 불길을 재현할 수 있다. 영화 「해리포터와 불의 잔」에서 용이 뿜어내는 화염이 실제로 우리가 보는 것만큼 실감 나게 보이는 것은 유체를 다루는 미분방정식을 사용하였기 때문이다.

▲ '방정식'으로 만든 파도...CG 기술에 숨은 수학 (출처: YTN 사이언스)

그러니까 영화 CG란 단순히 그림을 그리듯이 임의로 제작한 것이 아니라, 미분방정식의 해를 시각화시킨 결과물인 것이다. 영화 「캐리비안의 해적」에서는 영화의 제목답게 물이 핵심적인 배경으로 등장하는데, 여기서 볼 수 있는 물의 다양한 움직임들 역시 실제 물의 모습을 찍은 것이 아니라, 작품에서 필요한 물의 움직임을 계산해 내서 만든 CG이다. 얼마 전 세계에서 사랑받았던 애니메이션 중 하나인 「겨울 왕국」에서는 탄성(elasticity)과 소성(plasticity)을 다루는 방정식을 이용하여 휘날리는 눈보라를 컴퓨터로 계산하고 이를 시각화하였다.

우리의 생활 속에서도 미분방정식은 다양하게 활용되고 있다. 우리가 매일 뉴스를 통해 접하는 기상 예측에서는 현재의 기상 관측 데이터를 갖고서, 과거의 유사했던 상황을 비교해서 앞으로 어떻게 전개될지 예측하는 것이 주를 이루기는 하나, 나비에-스토크스 방정식, 열 방정식, 부시네스크(Boussinesq)방정식 등을 사용하여 대기의 흐름을 계산하고 복사전달 방정식을 만들어 구름의 두께를 측정한다. 구름의 두께를 알게 되면 특정한 지역의 강우 여부, 강우량, 일조량 등을 종합적으로 예측할 수 있다.

▲ 2009년 8월, 미 항공 우주국(NASA)이 전 세계 구름의 광학적 두께를 측정한 것으로, 상단이 컴퓨터로 실시한 모의 실험이고, 하단은 실제 관측 결과인데 두 자료가 상당히 비슷하다. (출처 : NASA)

미분방정식은 TV에서도 활용되고 있다. 우리의 눈은 일반적으로 초당 24프레임 이상의 영상을 볼 때 이를 연속적인 장면으로 느낀다. 기본적으로 TV 방송은 30프레임 수준으로 데이터를 송출한다. 하지만 현재 우리가 보는 LCD TV들은 1초당 120 또는 240프레임까지도 보여 준다. 이렇게 프레임을 늘리면 보다 매끄럽고 자연스러움을 느낄 수 있기 때문이다.

그럼 1초당 30프레임을 받아서 어떻게 증가시킬 수 있을까? 여기에는 여러 기술들이 있는데 가장 발전된 방식은 '광학흐름 추정'이라는 것이다. 일단은 30프레임을 가지고 60프레임을 만드는데, 그러기 위해서는 그 30프레임의 중간중간에 추가 프레임을 삽입해야 한다. 예를 들어서 슈퍼맨이 왼쪽에서 오른쪽으로 재빠르게 날아가는 영상이 있다고 가정해 보자. 지금 화면에서는 슈퍼맨이 왼쪽에 있고, 다음 화면에서는 오른쪽에 있는데 그 중간의 영상은 무엇이냐는 문제가 주어진 것이다. 우리가 수학적으로 접근을 하면 함수 F1과 F2가 있고 그 중간은 이 둘을 더해서 2로 나누면 가장 알기 쉽게 답을 낼 수 있다. 그런데 이 슈퍼맨 영상의 두 프레임을 단순히 더한 다음에 반으로 나누면 어떻게 될까? 정작 가운데에 있는 슈퍼맨은 없고 왼쪽과 오른쪽에 희미하게 두 슈퍼맨이 보일 것이다. 하지만 우리가 원하는 중간 영상은 말 그대로 슈퍼맨이 왼쪽과 오른쪽 사이의 가운데 부분에서 날아가는 영상이다.

실제로 많은 동영상에서 이런 중간 단계를 삽입한다는 것은 즉, 그 동영상 속 물체의 움직임을 잘 분석해서 만들어 내야 한다는 뜻이다. 광학흐름 추정 미분방정식을 사용하면 1초당 30프레임의 데이터를 60프레임까지 자연스럽게 늘릴 수 있고, 같은 방법으로 다시 120프레임 더 나아가서 240프레임까지 늘리기도 한다. 광학흐름 추정 미분방정식은 자연현상을 기술하기 위한 미분방정식이 아니고 인간이 만든 기계를 위해 개발된 미분방정식인 것이다.

편미분 방정식은 안경의 누진 렌즈 설계에도 사용된다. 나이가 들수록 노안이 와서 일상생활에 불편을 느끼는 경우가 생기는데, 누진 렌즈를 사용하면 서로 다른 배율 사이를 자연스럽게 이동하여 매우 편리하다. 하지만 한 렌즈에 두 개 이상의 서로 다른 구면을 결합해야 하는 설계자에게는 많은 어려움이 있다. 더욱이 구면의 곡률 차이 때문에 시야가 왜곡되는 경우가 생기는데, 이러한 현상은 옆으로 혹은 위아래로 구면을 압축하는 방법으로 줄일 수 있다. 렌즈 구면상에서의 곡률 반경에 관한 미분방정식을 만들고 이를 풀어서 렌즈의 최적 형태를 찾아 누진 렌즈를 더욱 빠르고 효율적으로 만들 수 있다.

최근 전 세계를 강타하고 있는 코로나19의 확산 예측 및 방역 정책 효과 분석에 수리 모델링이 큰 역할을 하고 있다. 이러한 감염성 질병의 역학을 분석하는 기본 모형은 접촉자, 밀접접촉자, 확진자, 격리자, 격리 해제자 그룹 사이의 연립 미분방정식으로 표현된다. 이 미분방정식은 감염전파율과 사회적 거리두기 단계에 따른 감염 전파 변화율을 미분방정식의 계수로 가지고 있어서 이를 변화 시켜 가며 다양한 경우에 대한 시뮬레이션을 수행하여 확산 규모를 예측할 수 있다. 현재 국가수리과학연구소, 건국대, 부산대, UNIST 등에서 수리생물학 연구자들이 수리모델을 만들어 연구를 수행 중이며 코로나19 방역 정책에 큰 도움을 주고 있다.

이렇듯 우리가 사는 세상은 미분방정식의 응용으로 놀랍도록 발전하고 윤택해지고 있다. 미분방정식의 무한한 잠재력이 또 어떤 분야에서 활용될지 기대된다.

※ 이 칼럼은 해당 필진의 개인적 소견이며 삼성디스플레이 뉴스룸의 입장이나 전략을 담고 있지 않습니다.

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영화 속 CG는 수학적인 원리로 구현됐다? '미분방정식' 활용 이야기

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17세기 뉴턴(Newton)과 라이프니츠(Leibniz)는 물체의 위치나 물리량의 시간에 대한 변화나 위치에 대한 변화를 기술하기 위하여 순간변화율이라는 개념을 도입하였고, 이를 기반으로 여러 가지 운동 법칙과 질량 보존의 법칙, 에너지 보존의 법칙 등의 물리 법칙이 정립되었다. 그 이후 야코프 베르누이(Jacob Bernoulli), 다니엘 베르누이(Daniel Bernoulli), 달랑베르(d'Alembert), 오일러(Euler), 라그랑지(Langrange), 푸리에(Fourier) 등이 이들 물리 법칙들을 결합하여 물리적 현상을 기술하였다.

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애니메이션 '모아나' 바다 CG 화제

애니메이션 '모아나'의 두 주인공은 수학으로 만든 바다 위에서 모험을 펼치며 위기를 극복한다(위). 조지프 테란 미국 로스앤젤레스 캘리포니아대(UCLA) 교수팀이 새롭게 선보인 시뮬레이션 기법(APIC)을 사용하면 기존 기법(PIC 또는 FLIP)을 사용하는 것보다 더 자연스러운 유체 영상을 표현할 수 있다. 디즈니 애니메이션 스튜디오 제공

'생애 첫 항해에 나선 주인공 모아나는 암초지대를 지나자마자 자신의 키를 훌쩍 넘는 높은 파도를 만난다. 위협적인 파도는 모아나의 작은 배를 순식간에 뒤집고, 이내 아무 일도 없었던 것처럼 하얀 거품으로 부서져 사방으로 흩어진다.'

12일 개봉한 애니메이션 '모아나'에서는 사실적인 바다 풍경을 볼 수 있다. 실제 바다보다 더 현실 같은 바다 연출을 가능하게 한 것은 바로 수학의 힘이다. 영화 '인터스텔라'의 블랙홀 장면 묘사에 미국 물리학자 킵 손 캘리포니아공대(칼텍) 교수가 기여했듯, '모아나'의 파도는 조지프 테란 미 로스앤젤레스 캘리포니아대(UCLA) 수학과 교수 연구진이 만들었다.

○ '물'의 움직임 묘사는 컴퓨터그래픽의 난제

컵에 물을 따르는 장면을 컴퓨터그래픽(CG)으로 나타내려면 시간에 따라 변하는 물의 양에 주목해야 한다. 물병에서 쏟아지는 물의 양과 컵에 채워지는 양이 같아야 한다. 물을 따를 때 물병 각도에 따라 달라지는 속도, 컵 벽에 부딪쳐 튀어 오르는 물방울도 감안해야 한다. CG 전문가들도 복잡성이 큰 물이나 불, 연기, 눈 등은 제작을 꺼린다.

애니메이션 제작사는 이처럼 다양한 변수를 고려해야 하는 장면 묘사를 위해 수학자, 공학자, 개발자의 도움을 받는다. 수학자는 밀도와 부피 같은 물리적 성질을 기초로 물체의 움직임을 예측하는 함수식을 만든다. 공학자와 개발자는 함수식을 바탕으로 디자이너와 감독이 원하는 CG 영상을 구현할 시뮬레이션 프로그램을 만든다.

○ 미분방정식 이용해 파도 재현

물의 움직임을 나타내는 시뮬레이션은 유체역학 이론을 기초로 한다. 공기나 물의 흐름을 설명할 수 있는 미분방정식의 일종인 '나비에스토크스 방정식'이 설계의 기본이다. 이 방정식은 백만 달러의 상금이 걸려 있는 세계 7대 수학 난제 중 하나다. 아직 방정식의 해를 찾지 못했다. 정확한 해가 없어 오차가 있는 근사해만 구할 수 있다. 홍정모 동국대 컴퓨터공학과 교수는 "CG 제작에서는 정확성 보다 시각적 효과가 더 중요하기 때문에, 근사해만으로도 충분하다"고 말했다.

론 페드코 스탠퍼드대 컴퓨터학과 교수는 1999년 지도교수 스탠리 오셔와 함께 처음으로 나비에스토크스 방정식을 CG 시뮬레이션 제작에 활용했다. 대표작은 영화 '캐리비안의 해적-망자의 함'이다. 이후 이 방정식은 다양한 영화와 애니메이션에서 쓰이고 있다.

이 방정식은 정확한 해가 없어 풀이 방법이 연구자마다 다르다. 수학자들이 이 문제를 좋아하는 이유다. 처리 속도가 빠르고, 표현이 자연스러운 CG 영상을 만들 수 있는 새로운 방정식 풀이가 계속해서 시뮬레이션에 적용되고 있다. 과거 애니메이션보다 최신작에 등장하는 파도가 더 자연스러운 이유도 더 나은 방법이 개발되고 있기 때문이다.

○ 살아 있는 물 나타내는 새 시뮬레이션 기법 적용

테란 교수 연구진은 모아나 제작에 새로운 시뮬레이션 기법(APIC·The Affine Particle-in-cell)을 사용했다. 과거 기법에서는 물 움직임의 지속성이 떨어져 에너지가 부족했고, 에너지를 올리면 물 표면에 잡티가 많아지는 단점이 있었다. APIC 기법은 기존과 같은 조건에서도 움직임이 오래 지속됐고, 안정적이면서도 자연스러운 CG를 만들 수 있었다. 연구진은 관련 내용을 담은 논문을 '전산물리학 저널(Journal of Computational Physics)' 최신호에 공개했다.

테란 교수는 "기존 시뮬레이션으로 '모아나'의 바다를 표현했다면 관객은 수영장에 떠있는 배라고 생각했을지도 모른다"며 "이번 연구로 부자연스러움을 줄이고, 바다의 거친 파도와 항해하는 배의 움직임, 물의 입자까지 세세하게 표현할 수 있었다"고 말했다.

염지현 동아사이언스 기자 ginny@donga.com

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CG의 진화 어디까지... 감쪽같은 '수학으로 만든 바다'

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애니메이션 '모아나' 바다 CG 화제 애니메이션 '모아나'의 두 주인공은 수학으로 만든 바다 위에서 모험을 펼치며 위기를 극복한다(위). 조지프 테란 미국 로스앤젤레스 캘리포니아대(UCLA) 교수팀이 새롭게 선보인 시뮬레이션 기법(APIC)을 사용하면 기존 기법(PIC 또는 FLIP)을 사용하는 것보다 더 자연스러운 유체 영상을 표현할 수 있다.

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양자 컴퓨팅은 환경, 농업, 의료, 에너지, 기후, 재료 과학 및 아직 접하지 않은 다른 분야에서 지구의 가장 큰 도전 과제 중 일부를 해결할 것이라고 약속하고 있습니다. 이러한 문제 중 일부에서는 시스템 크기가 증가하면서 일반 컴퓨팅이 점점 어려워지고 있습니다.

양자 컴퓨터는 양자 물리학의 속성을 활용하여 계산을 수행하는 제어 가능한 양자 역학 장치입니다. 일부 계산 작업의 경우 양자 컴퓨팅이 기하급수적인 속도 향상을 제공합니다. 이러한 속도 향상은 양자 역학의 세 가지 현상인 중첩, 간섭 및 얽힘 덕분에 가능합니다.

비트가 클래식 컴퓨팅에서 정보의 기본 개체인 것처럼 큐비트(양자 비트)는 양자 컴퓨팅에서 정보의 기본 개체입니다. 비트 또는 이진수는 0 또는 1을 값으로 가질 수 있지만, 큐비트는 0, 1 또는 0 및 1의 양자 중첩을 값으로 가질 수 있습니다.

일반 컴퓨터와 양자 컴퓨터의 기본적인 차이점은 양자 컴퓨터의 프로그램은 본질적으로 확률적이지만 일반 컴퓨터는 일반적으로 결정적이라는 것입니다. 양자 알고리즘에서 가능한 각 결과에는 확률 진폭이 연결되어 있습니다. 측정 후에는 가능한 상태 중 하나를 특정 확률로 얻을 수 있습니다. 이러한 사실은 특정 비트가 결정적으로 0 또는 1만 될 수 있는 일반 컴퓨팅과 대조적입니다.

양자 컴퓨팅의 시작 및 동기에 대한 자세한 내용은 양자 컴퓨팅의 역사 및 배경 을 참조하세요.

양자 컴퓨팅은 어디에 사용할 수 있나요?

양자 컴퓨터는 모든 작업을 더 빠르게 수행할 수 있는 슈퍼컴퓨터는 아닙니다. 양자 컴퓨팅 연구의 목표는 기존 컴퓨터를 사용할 때보다 양자 컴퓨터를 사용할 때 더 빠르게 해결할 수 있는 문제와 가속 수준을 연구하는 것입니다.

양자 컴퓨터는 여러 가지 가능한 조합을 계산해야 하는 문제를 탁월하게 해결합니다. 이러한 유형의 문제는 여러 영역에서 찾을 수 있습니다.

양자 시뮬레이션

양자 역학은 우주의 기본 '운영 체제'입니다. 자연의 기본 구성 요소가 어떻게 작동하는지를 알려주죠. 화학 반응, 생물학적 반응, 물질 형성과 같은 자연의 행태에는 다체 양자 상호 작용이 관여하고 있는 경우가 많습니다. 분자와 같은 양자 역학 시스템의 본질적인 시뮬레이션에서는 양자 컴퓨팅이 유망합니다. 큐비트는 궁금한 자연 상태를 나타내는 데 사용할 수 있기 때문입니다.

양자 암호화

암호화는 특정 작업의 연산적 해결 어려움을 활용하는 등의 물리적 또는 수학적 방법을 사용하여 기밀 정보를 숨기는 기법입니다. 클래식 암호화는 정수 인수 분해 또는 이산 로그와 같이 다루기 힘든 문제의 영향을 받으며, 이 중 상당 부분은 양자 컴퓨터를 사용하여 더 효율적으로 해결할 수 있습니다.

1994년에 피터 쇼어는 데이터를 안전하게 전송하기 위해 전자상거래에서 널리 사용되는 RSA(Rivest-Shamir-Adleman) 체계와 같은 기존 암호화 체계를 확장성 있는 양자 컴퓨터로 뚫을 수 있다는 것을 보여주었습니다. 이 체계는 기존 알고리즘을 사용하여 소수 인수 분해의 실질적 어려움을 기반으로 합니다.

양자 암호화를 이용하면 복잡성 추정이 아닌 기본 물리학을 사용하여 정보 보안을 보장할 수 있습니다. RSA는 지금은 안전한 방법인데, 확장형 양자 컴퓨터가 아직 지원되지 않기 때문입니다. 하지만 양자 컴퓨터가 대규모로 구축되면 다항 시간 양자 알고리즘이 이러한 암호화 시스템의 기본 수학 문제를 공격할 수 있습니다.

충분히 크고 내결함성이 있는 양자 컴퓨팅의 예측을 통해 다음을 위한 활발한 연구가 진행되고 있습니다.

양자 이후 환경에서 비트 길이가 주어진 암호 체계의 보안을 예측합니다.

현재 암호 체계를 새 암호 체계로 마이그레이션하는 데 걸리는 시간을 예측합니다.

검색 알고리즘

1996년 Lov Grover는 비정형 데이터를 검색하는 솔루션의 속도를 획기적으로 높여 클래식 알고리즘보다 더 적은 수의 단계로 검색을 실행하는 양자 알고리즘을 개발했습니다.

검색 문제는 기본적으로 제네릭입니다. 사실, 특정 값 $x$가 유효한 해("예 또는 아니요 문제")인지 확인할 수 있는 문제는 검색 문제의 측면에서 작성할 수 있습니다. 예는 다음과 같습니다.

부울 충족 가능성 문제: 부울 값 집합 $x$가 지정된 부울 수식을 충족하는 해석(변수에 대한 값 할당)인가?

외판원 문제: $x$가 모든 도시를 연결하는 가능한 최단 루프를 설명하는가?

데이터베이스 검색 문제: 데이터베이스 테이블에 레코드 $x$가 포함되어 있는가?

정수 소인수분해 문제: 고정소수점 수 $N$를 수 $x$로 나눌 수 있는가?

이러한 문제 중 일부는 다른 알고리즘보다 Grove의 알고리즘을 사용하는 것이 더 적합합니다. 자세한 내용은 Grover의 검색 알고리즘 이론을 참조하세요. 수학적 문제를 해결하는 Grover 알고리즘의 실질적인 구현 방법은 이 Grover의 검색 알고리즘 구현 가이드 에서 확인할 수 있습니다.

양자 기계 학습

클래식 컴퓨터의 기계 학습은 과학과 비즈니스의 세계를 혁신적으로 변화시키고 있습니다. 그러나 모델 학습에 들어가는 높은 계산 비용은 이 분야의 개발 및 범위를 넓히는 데 방해가 됩니다. 양자 기계 학습 영역은 클래식 컴퓨터보다 더 빠르게 실행되는 기계 학습을 가능하게 하는 양자 소프트웨어를 고안하고 구현하는 방법을 검색합니다.

Microsoft의 QDK(Quantum 개발 키트)는 하이브리드 양자/클래식 기계 학습 실험을 실행할 수 있는 양자 기계 학습 라이브러리 와 함께 제공됩니다. 이 라이브러리는 샘플과 자습서를 포함하고 있으며, 감독된 분류 문제를 해결하기 위해 새 하이브리드 양자 클래식 알고리즘인 회로 중심 양자 분류자를 구현하는 데 필요한 도구를 제공합니다.

양자 컴퓨팅은 문제를 어떻게 해결하나요?

일부 계산 작업의 경우 양자 컴퓨팅이 기하급수적인 속도 향상을 제공합니다. 이러한 속도 향상은 양자 역학의 세 가지 현상인 중첩, 간섭 및 얽힘 덕분에 가능합니다.

중첩

거실에서 운동하고 있다고 상상해 보세요. 왼쪽으로 완전히 돈 다음, 오른쪽으로 완전히 돕니다. 이제 왼쪽 및 오른쪽으로 동시에 돌아 보세요. 이렇게 돌 수는 없습니다(적어도 자신을 둘로 쪼개지 않는 한). 분명히 두 상태에 동시에 있을 수 없습니다. 즉 왼쪽 및 오른쪽으로 동시에 향할 수는 없습니다.

그러나 양자 입자인 경우 중첩(또는 결집 이라고도 함)이라는 현상으로 인해 좌향 및 우향 에 대한 특정 확률이 있을 수 있습니다.

전자와 같은 양자 입자에는 자체의 "좌향 또는 우향" 속성이 있습니다. 예를 들어 스핀 이 있으며, 위 또는 아래로 언급되거나 클래식 이진 컴퓨팅에서 더 공감대를 형성할 수 있도록 1 또는 0일 수 있습니다. 양자 입자는 중첩 상태에 있는 경우 1과 0 사이의 무한 수의 상태에 대한 선형 조합이지만, 실제로 보기 전에는 어떤 상태인지 알 수 없으므로 다음 현상인 양자 측정 이 제기됩니다.

얽힘

양자 역학의 가장 흥미로운 현상은 둘 이상의 양자 입자가 서로 얽히는 능력입니다. 입자가 얽히게 되면 한 입자의 양자 상태를 다른 입자의 양자 상태와 관계없이 설명할 수 없도록 단일 시스템을 형성합니다. 즉, 한 입자에 적용하는 작업 또는 프로세스가 다른 입자와도 관련이 있습니다.

이러한 상호 종속성 외에도, 입자는 엄청나게 멀리 떨어져 있어도 이 연결을 유지할 수 있습니다. 또한 양자 측정의 효과는 얽힌 입자에도 적용되므로 한 입자가 측정되어 붕괴되면 다른 입자도 붕괴됩니다. 얽힌 큐비트 간에 상관 관계가 있으므로 한 큐비트의 상태를 측정하면 다른 큐비트의 상태에 대한 정보가 제공됩니다. 이 특정 속성은 양자 컴퓨팅에 매우 유용합니다.

참고

두 큐비트 간의 모든 상관 관계가 두 큐비트의 얽힘을 의미하는 것은 아닙니다. 고전적 비트도 상관 관계를 가질 수 있습니다. 두 개의 큐비트가 고전적 비트를 사용하여 재현할 수 없는 상관 관계를 보일 경우 이들은 얽힌 것입니다. 고전적 상관 관계와 양자 상관 관계 간의 이러한 차이는 미묘하지만 양자 컴퓨터에서 제공되는 속도 향상에 반드시 필요합니다.

자세한 내용은 Q#으로 양자 얽힘 살펴보기 자습서를 참조하세요.

큐비트 및 확률

클래식 컴퓨터는 정보를 비트 단위로 저장하고 처리합니다. 이 비트의 상태는 1 또는 0일 수 있지만 둘 다일 수는 없습니다. 양자 컴퓨팅에서 이에 해당하는 것은 양자 입자의 상태를 나타내는 큐비트 입니다. 중첩으로 인해 큐비트는 1 또는 0 또는 그 사이의 어떤 값일 수 있습니다. 해당 구성에 따라 큐비트의 특정 붕괴 확률 은 1 또는 0입니다. 큐비트가 한쪽 방향 또는 다른 방향으로 붕괴될 확률은 양자 간섭 에 의해 결정됩니다.

사진을 찍고 있던 친구를 기억하나요? 간섭 필터라는 특수 필터가 카메라에 있다고 가정합니다. 70/30 필터를 선택하고 사진을 찍기 시작하면 70%는 왼쪽을 향하고 30%는 오른쪽을 향하게 됩니다. 필터는 카메라의 일반적인 상태를 간섭하여 해당 동작의 확률에 영향을 줍니다.

마찬가지로 양자 간섭은 측정하는 동안 특정 결과의 확률에 영향을 주기 위해 큐비트의 상태에 영향을 주며, 이 확률 상태는 양자 컴퓨팅의 뛰어난 기능이 됩니다.

예를 들어 클래식 컴퓨터에서 두 개의 비트를 사용하면 각 비트에서 1 또는 0을 저장할 수 있으므로 네 개의 가능한 값( 00, 01, 10 및 11)을 저장할 수 있지만 한 번에 하나의 값만 저장할 수 있습니다. 그러나 중첩 상태의 두 개의 큐비트를 사용하면 각 큐비트가 1, 0 또는 둘 다 일 수 있으므로 동일한 네 개의 값을 동시에 나타낼 수 있습니다. 세 개의 큐비트를 사용하면 8개의 값, 네 개의 큐비트를 사용하면 16개의 값 등을 나타낼 수 있습니다.

양자 컴퓨터와 양자 시뮬레이터의 비교

양자 컴퓨터는 기존 컴퓨팅과 양자 컴퓨팅의 성능을 결합하는 컴퓨터입니다. 현재 양자 컴퓨터는 하이브리드 모델, 즉, 양자 프로세서를 제어하는 기존 컴퓨터에 해당합니다.

양자 컴퓨터 개발은 아직 초기 단계입니다. 양자 하드웨어 및 유지 관리 비용이 많이 들고, 대부분의 시스템이 대학과 연구소에 있습니다. 클래식 컴퓨터는 익숙한 실리콘 기반 칩을 사용하지만, 양자 컴퓨터는 원자, 이온, 광자 또는 전자와 같은 양자 시스템을 사용합니다. 양자 컴퓨터는 양자 속성을 사용하여 1과 0의 서로 다른 양자 중첩에서 준비할 수 있는 비트를 나타냅니다. 그러나 이 기술은 발전하고 있으며 일부 시스템에 대한 퍼블릭 액세스는 제한되어 있습니다.

양자 하드웨어

양자 컴퓨터는 큐비트를 저장하는 디바이스, 큐비트에 대한 양자 연산(양자 게이트라고도 함)을 수행하고 측정하는 방법, 프로그램을 실행하고 명령을 보내는 클래식 컴퓨터라는 세 가지 주요 부분으로 구성됩니다. 양자 컴퓨터를 만들기 위해 선택하는 큐비트 형식에 따라 구현 방법이 결정됩니다.

큐비트에 사용되는 양자 물질은 취약하고 환경 간섭에 매우 민감합니다. 예를 들어 초전도 큐비트의 경우 큐비트를 저장하는 장치는 결집을 최대화하기 위해 절대 0(영)도 바로 위의 온도로 유지됩니다. 다른 유형의 큐비트 저장에서는 진동을 최소화하고 큐비트를 안정화하는 데 도움이 되는 진공 챔버를 사용합니다.

큐비트 유형에 따라 극초단파, 레이저, 전압 등의 다양한 방법으로 연산 또는 양자 게이트를 수행할 수 있습니다.

양자 컴퓨터는 올바르게 작동하기 위한 많은 과제를 마주하고 있습니다. 양자 컴퓨터의 오류 수정은 중요한 문제이며, 확장(더 많은 큐비트 추가)은 오류 비율을 높입니다. 이러한 제한으로 인해 데스크톱용 양자 PC는 아직 멀지만 상업적으로 실행 가능한 랩 기반 양자 컴퓨터는 가까이 있습니다.

Microsoft는 위상 큐비트를 기반으로 하는 양자 컴퓨터를 개발하고 있습니다. 위상 큐비트는 환경 변화의 영향을 덜 받으므로 필요한 외부 오류 수정의 정도를 줄일 수 있습니다. 위상 큐비트는 환경 소음에 대한 안정성과 저항성이 향상되어 더 쉽게 크기 조정하고 더 오래 안정적으로 유지할 수 있습니다.

퀀텀 시뮬레이터

지금은 리소스 및 예산으로 인해 실제 양자 하드웨어의 사용이 제한적입니다. 그 동안 양자 시뮬레이터로 양자 알고리즘을 실행하여 알고리즘을 쉽게 테스트 및 디버그하고, 결과가 예상과 일치한다는 확신이 들면 실제 하드웨어에서 실행합니다.

양자 시뮬레이터는 클래식 컴퓨터에서 실행되며 큐비트가 다른 작업에 반응하는 방식을 예측하는 환경에서 양자 프로그램을 실행하고 테스트할 수 있도록 하는 소프트웨어 프로그램입니다. Microsoft의 QDK(Quantum 개발 키트)에는 노이즈가 있을 때 양자 알고리즘을 시뮬레이션하는 노이즈 시뮬레이터와 리소스 예측 도구 를 포함하여 동일한 양자 알고리즘을 시뮬레이션하는 다양한 방법을 나타내는 다양한 양자 시뮬레이터 클래스가 포함되어 있습니다.

자세한 내용은 양자 시뮬레이터 를 참조하세요.

양자 컴퓨팅 프로세스

양자 컴퓨터 또는 양자 시뮬레이터에서 계산을 수행하는 작업은 다음과 같은 기본 프로세스를 따릅니다.

큐비트에 액세스

큐비트를 원하는 상태로 초기화

큐비트 상태를 변환하는 작업수행

새 큐비트 상태 측정

큐비트 초기화 및 변환은 양자 연산(양자 게이트라고도 함)을 사용하여 수행됩니다. 양자 연산은 AND, OR, NOT 및 XOR과 같은 클래식 컴퓨팅의 논리 연산과 비슷합니다. 연산은 1에서 0으로 큐비트의 상태를 대칭 이동하거나 한 쌍의 큐비트를 얽는 것처럼 기본적으로 여러 개의 연산을 직렬로 사용하여 중첩된 큐비트가 한 방향 또는 다른 방향으로 붕괴될 확률에 영향을 줄 수 있습니다.

참고

Q# 라이브러리 는 하위 수준 퀀텀 연산의 복잡한 조합을 정의하는 기본 제공 연산을 제공합니다. 라이브러리 연산을 사용하여 큐비트를 변환하고 더 복잡한 사용자 정의 연산을 만들 수 있습니다.

계산 결과를 측정하면 답이 나오지만, 일부 양자 알고리즘의 경우 정답이 반드시 맞는 것은 아닙니다. 일부 양자 알고리즘의 결과는 양자 연산으로 구성된 확률을 기반으로 하므로 이러한 계산은 여러 번 실행되어 확률 분포를 얻고 결과의 정확도를 향상시킵니다. 연산에서 정답을 반환했는지 확인하는 작업은 양자 확인이라고 하며 양자 컴퓨팅에서 중요한 과제입니다.

Azure Quantum 컴퓨팅 하드웨어 파트너

Microsoft는 개발자에게 양자 하드웨어에 대한 클라우드 액세스를 제공하기 위해 양자 하드웨어 회사와 파트너 관계를 맺고 있습니다. 개발자는 Azure Quantum 플랫폼과 Q# 언어를 활용하여 퀀텀 알고리즘을 검색하고 다양한 유형의 퀀텀 하드웨어에서 퀀텀 프로그램을 실행할 수 있습니다.

Honeywell 양자 솔루션: 충실도가 높고 완전히 연결된 큐비트와 중간 회로 측정을 수행할 수 있는 기능을 갖춘 트랩 이온 시스템.

IONQ: 최대 11개의 완전히 연결된 큐비트에 대해 동적으로 재구성 가능한 트랩 이온 양자 컴퓨터로, 모든 쌍 간에 2큐비트 게이트를 실행할 수 있습니다.

Quantum Circuits, Inc: 오류 수정을 가능하게 하는 강력한 실시간 피드백을 제공하는 빠르고 충실도가 높은 초전도 회로.

자세한 내용은 전체 양자 컴퓨팅 대상 목록 을 참조하세요.

다음 단계

# data[].attributes.attachment_link.description
양자 컴퓨팅은 환경, 농업, 의료, 에너지, 기후, 재료 과학 및 아직 접하지 않은 다른 분야에서 지구의 가장 큰 도전 과제 중 일부를 해결할 것이라고 약속하고 있습니다. 이러한 문제 중 일부에서는 시스템 크기가 증가하면서 일반 컴퓨팅이 점점 어려워지고 있습니다. 양자 컴퓨터는 양자 물리학의 속성을 활용하여 계산을 수행하는 제어 가능한 양자 역학 장치입니다.

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정부가 50큐비트(qubit, 양자컴퓨터의 연산단위) 양자컴퓨터를 구축하겠다는 야심찬 계획에 본격 착수했다.

이종호 과학기술정보통신부(과기정통부) 장관은 9일 대전 한국표준과학연구원(표준연)에서 '50큐비트 양자컴퓨터 구축 및 양자인터넷 개발 착수 보고회'를 열었다.

이번 보고회는 2030년 양자기술 4대 강국'을 목표로 양자컴퓨팅·양자통신 분야에서 선도국과의 기술 격차를 빠르게 만회하고, 대규모 양자시스템 사업에 우리나라가 본격적으로 착수했음을 알리기 위해 마련됐다.

선발국가들 사례를 보면 미국 IBM은 127큐비트를 처리하는 프로세서를 발표했고, 구글은 53큐비트 제품을 내놨다. 중국도 50큐비트 양자컴퓨터를 구축했고, 영국과 호주에서도 100큐비트 양자컴퓨터를 개발하고 있다.

양자컴퓨터에서 '50큐비트'는 2의 50승 규모의 정보를 연산할 수 있는 수준으로, 양자컴퓨터가 적어도 일부 문제에서는 디지털 컴퓨터를 능가할 수 있어 이른바 '양자 우위'(quantum supremacy)가 있는 기준점으로 간주된다.

업계 관계자에 따르면 우리나라의 경우 연구실에서 10큐비트 이하의 양자컴퓨터 실험에만 성공한 상황으로, 선발 국가들에 비해 연구 결과나 기술 수준뿐만 아니라 관련 연구생태계 전반이 미흡하다는 평가가 나온다.

◇ 향후 3년간 20큐비트 구축이 우선 목표...'양자 얽힘' 기술 연구도

우리나라가 이번에 추진하는 사업은 '양자컴퓨팅 연구인프라 구축'과 '양자인터넷 핵심원천기술 개발' 등 크게 2가지로, 올해부터 2026년까지 각각 490억원과 456억원을 투자한다.

이날 보고회에서 표준연의 이용호 사업단장은 50큐비트 양자컴퓨터 구축 추진계획을 발표했다.

표준연은 1단계로 2024년 말까지 20큐비트의 양자컴퓨터를 구축하고 클라우드 서비스 시연을 시도한다.

2년 뒤인 2026년 말까지 2년 동안 50큐비트 양자컴퓨터를 개발해 국내 연구자에게 양자컴퓨팅 서비스를 제공한다는 계획이다.

이용호 단장은 이런 계획을 소개하면서 "국내 여건만으로는 어려워 해외 전문가 자문을 구하기도 하고 필요하다면 국내 연구자를 해외로 연수를 보내야한다"며 "관련 활용기업이 긴밀히 협력해 국내 역량을 총동원해야하는 과제"라고 강조했다.

2026년까지 진행할 양자인터넷 핵심원천 기술 세부 과제는 주성진 ETRI 사업단장이 설명했다.

양자정보를 전달하기 위해 필요한 얽힘전송 기술을 개발하고, 이를 토대로 양자중계기의 핵심 기술인 양자메모리에 대한 연구를 진행한다는 계획이다.

이후 5년 단위로 양자 중계기 개발 추진 및 필드 테스트(2027∼2031년, 2단계), 양자 라우터(N:N) 개발 및 양자인터넷 시범 서비스 (2032∼2036년, 3단계)를 이룬다는 장기 계획을 발표했다.

아울러 양자인터넷 소재·부품·장비 개발에 ETRI와 한국과학기술연구원(KIST)를 양자인터넷 허브로 지정한다.

◇ 이종호 장관 "어려운 도전이지만 반드시 가야할 길"

이종호 과학기술정보통신부 장관은 이날 보고회를 시작하며 "우리가 지금 신속하게 기술 추격에 나서지 않을 경우 향후 양자기술 경쟁력 확보를 위한 재도전의 기회는 없을지도 모른다"며 절박감을 표현했다.

이어 "아직까지는 선도국에 비해 기술수준이 낮고 투자·인력 규모가 절대적으로 부족한 상황으로 이러한 격차를 조기 만회하기 위해서는 보다 도전적이고 압축적인 연구개발이 필요하다"며 "우리의 기술수준과 인력규모 등을 감안 시 어려운 도전임에 분명하지만, 양자기술 대도약을 위해 반드시 가야만 하는 길"이라고 강조했다.

이 장관은 양자암호통신에 대해서도 "양자기기간 연결을 위한 양자인터넷은 아직 기초기술의 부족으로 기술 선도국 추격을 위한 산학연 역량 결집이 절실하다"고 협력을 촉구했다.

한편, 이날 행사에는 표준연, ETRI 등 24개 사업 참여기관과 서울대, 한국과학기술원(KAIST), 포항공과대학교(포스텍) 등 여러 대학 관계자가 모였다.

또 LG 계열사·삼성디스플레이·포스코·리큐온 등 양자컴퓨팅 구축·활용 협력기업 29개사 등 50개가 넘는 기관에서 모여 양자 산업과 관련된 국내 산학연이 총결집했다.

이들은 사업에서 각각의 역할을 맡아 연구초기단계부터 출연연 등과 협력하며 관련 산업생태계를 구성하고 서비스를 창출하는데 협력한다.

아울러 이날 양자컴퓨팅 구축·활용 협력기업의 협약식도 함께 진행됐다.

협의체에는 양자컴퓨팅 수요기업, 알고리즘·SW 개발 및 컨설팅 기업, 클라우드 서비스 사업자, 투자사 등 34개 기업이 참여했다.

이들은 50큐비트 양자컴퓨터 구축사업에서 시스템 요구사항과 클라우드 서비스 운영방안을 자문하는 등 국내 하드웨어(HW) 개발과 운용에 협조할 계획이다. 공식 협의체는 이달 말에 발족한다.

(726)

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"한국도 50큐비트 양자컴퓨터 만든다"...정부·산학연 총결집(종합) - Sciencetimes

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정부가 50큐비트(qubit, 양자컴퓨터의 연산단위) 양자컴퓨터를 구축하겠다는 야심찬 계획에 본격 착수했다. 이종호 과학기술정보통신부(과기정통부) 장관은 9일 대전 한국표준과학연구원(표준연)에서 '50큐비트 양자컴퓨터 구축 및 양자인터넷 개발 착수 보고회'를 열었다. 이번 보고회는 2030년 양자기술 4대 강국'을 목표로 양자컴퓨팅·양자통신 분야에서 선도국과의 기술 격차를 빠르게 만회하고, 대규모 양자시스템 사업에 우리나라가 본격적으로 착수했음을 알리기 위해 마련됐다.

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에듀진 인터넷 교육신문

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기자명 홍석준 기자

입력 2022.07.06 09:05

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[ 컴퓨터공학과 ]
컴퓨터하드웨어, 소프트웨어, 멀티미디어, 임베디드시스템 등 컴퓨터와 관련한 지식과 기술을 익혀 다양한
분야에 컴퓨팅 할 수 있는 공학인 양성을 목적으로 하는 학과이다.

관련 고등학교 선택 과목
▶ 일반 선택 미적분, 확률과 통계, 물리학Ⅰ, 화학 I, 정보 등
▶ 진로 선택 기하, 인공지능 수학, 물리학Ⅱ, 화학Ⅱ, 인공지능 기초 등

대학 전공 과목
기초과목 디지털공학, 소프트웨어공학, 프로그래밍언어, 논리회로, 컴퓨터구조, 운영체제, 마이크로프로세서, 컴퓨터실험, 설계프로젝트 등
심화과목 컴퓨터보안, 네트워크, 멀티미디어공학, 멀티미디어실험, 데이터베이스시스템, 임베디드시스템 프로그래밍, 컴퓨터그래픽스, 모바일소프트웨어, 인공지능 등

이런 학생에게 권한다
▶ 기본적으로 컴퓨터 하드웨어와 다양한 응용소프트웨어에 대한 관심과 흥미가 높아야 하며 공학 및 과학에 근거한 논리적 추리력과 창의력 필요
▶ 공학 분야에 비해 발전속도가 빠른데 이런 새로운 것에 대한 호기심과 관심이 큰 학생
▶ 수리능력·논리적인 사고력과 함께 물리학 등의 기초과학 분야에 관한 흥미와 재능이 있는 학생

관련 정보
유사 학과
AI컴퓨터공학부, 멀티미디어공학과, 컴퓨터시스템공학과, 컴퓨터과학부, 컴퓨터학부, IT학부 등

개설 대학
▶ 서울 건국대, 고려대, 광운대, 동국대, 동덕여대, 삼육대, 상명대, 서강대, 서경대, 서울과학기술대, 서울대, 서울시립대, 세종대, 숙명여대, 숭실대, 연세대, 한양대, 홍익대 등
▶ 수도권 가천대, 가톨릭대, 경기대, 경희대, 단국대, 명지대, 성결대, 수원대, 안양대, 인천대, 인하대, 한국외대(글로벌)한국항공대 등
▶ 지방 강원대, 경북대, 인천대, 전북대, 충남대, 충북대 등

졸업 후 진로
프로그래머 및 시스템 전문가 컴퓨터 관련 대기업, 외국기업, 벤처기업과 금융계, 공공기관, 국가출연연구소 등 컴퓨터 전문 기술을 기반으로 한 정보 통신, 인터넷, 정보 보안, 전자상거래 등의 분야
가상현실 관련 분야 전문가 웹, 게임, 디지털 방송, 멀티미디어, 애니메이션, 그래픽스 등
학계/연구소 대학원 진학, 연구원 등

관련 자격 및 시험
게임기획 전문가, 게임프로그래밍 전문가, 멀티미디어콘텐츠제작 전문가, 반도체설계기사, 반도체설계산업기사, 전자계산기기사, 전자계산기조직응용기사, 전자기사, 전파전자통신기사, 정보처리기사, 정보통신기사 등

*출처=2015 개정 교육과정 선택 과목 안내서

*에듀진 기사 URL: http://www.edujin.co.kr/news/articleView.html?idxno=39228
기사 이동 시 본 기사 URL을 반드시 기재해 주시기 바랍니다.

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AI컴퓨터공학부, 멀티미디어공학과, 컴퓨터시스템공학과, 컴퓨터과학부, 컴퓨터학부, IT학부 등

개설 대학
▶ 서울 건국대, 고려대, 광운대, 동국대, 동덕여대, 삼육대, 상명대, 서강대, 서경대, 서울과학기술대, 서울대, 서울시립대, 세종대, 숙명여대, 숭실대, 연세대, 한양대, 홍익대 등
▶ 수도권 가천대, 가톨릭대, 경기대, 경희대, 단국대, 명지대, 성결대, 수원대, 안양대, 인천대, 인하대, 한국외대(글로벌)한국항공대 등
▶ 지방 강원대, 경북대, 인천대, 전북대, 충남대, 충북대 등

졸업 후 진로
프로그래머 및 시스템 전문가 컴퓨터 관련 대기업, 외국기업, 벤처기업과 금융계, 공공기관, 국가출연연구소 등 컴퓨터 전문 기술을 기반으로 한 정보 통신, 인터넷, 정보 보안, 전자상거래 등의 분야
가상현실 관련 분야 전문가 웹, 게임, 디지털 방송, 멀티미디어, 애니메이션, 그래픽스 등
학계/연구소 대학원 진학, 연구원 등

관련 자격 및 시험
게임기획 전문가, 게임프로그래밍 전문가, 멀티미디어콘텐츠제작 전문가, 반도체설계기사, 반도체설계산업기사, 전자계산기기사, 전자계산기조직응용기사, 전자기사, 전파전자통신기사, 정보처리기사, 정보통신기사 등

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[선택과목 가이드] 정보컴퓨터 계열 '컴퓨터공학과'

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컴퓨터공학과 ] 컴퓨터하드웨어, 소프트웨어, 멀티미디어, 임베디드시스템 등 컴퓨터와 관련한 지식과 기술을 익혀 다양한분야에 컴퓨팅 할 수 있는 공학인 양성을 목적으로 하는 학과이다.

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교육부가 7일 열린 국가재정전략회의에서 첨단분야 신ㆍ증설을 위해 대학 정원 기준을 완화하겠다고 밝혔다. 명시하지는 않았지만 반도체 인력 양성을 위해, 현재 묶여 있는 수도권 대학 학부 정원의 증원을 허용하겠다는 의미로 해석된다. 연구인력 확보가 어려워 수도권 대학 반도체 관련 학과의 정원 증원을 요구하는 관련 기업들의 주장에 귀를 기울인 것이다.

문제는 비수도권대의 거센 반발이다. 이들은 교육부 계획대로라면 학령인구 감소와 수도권 편중으로 이미 어려움을 겪고 있는 비수도권대의 사정이 더욱 나빠질 것이라고 주장한다. 이 문제를 둘러싼 수도권대와 비수도권대의 인식은 천양지차다. 최근 전국대학총장들을 대상으로 실시한 설문조사에서 수도권대 첨단분야 학과 정원 확대에 수도권대는 85.7%가 찬성한 반면, 비수도권대는 92.9%가 반대했다.

비수도권 127개 대학 총장들은 이날 정부 계획을 강하게 비판하고 나섰다. 이들은 수도권을 제외한 9개 광역지자체 국ㆍ공립ㆍ사립대 10여 개에 대학별로 평균 반도체 관련 인력 60여 명씩을 양성하도록 하고 수도권 대학은 대학 내 정원 조정으로 인력을 확보해야 한다고 주장했다. 지역균형발전 측면에서 합당하지만 기업의 요구와는 상충되고 실효성도 의문이다. 실제로 기업의 수요가 높고 취업이 보장되는 수도권 반도체 학과는 경쟁률이 치열하다. 그러나 2022년 반도체학과를 운영하는 비수도권대 8곳 가운데 3곳은 정시모집에서 미달 사태가 발생했다. 수도권을 제외하고 비수도권 중심으로 관련 인력을 양성해야 한다는 주장이 현실성이 낮은 이유다.

교육부가 반도체 인력 양성을 둘러싼 수도권과 비수도권대 간 첨예한 갈등을 해소할 복안을 갖고 있는지 궁금하다. 비수도권대 총장들의 기자회견을 통제하는 식의 거친 방법으로는 문제가 악화할 뿐이다. 이달 중 교육부가 내놓기로 한 반도체 인력 양성 방안에 수도권대와 비수도권대 간 갈등을 조율할 수 있는 정교한 해법이 담겨야 하는 이유다.

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학과정원대의반도체수도권위해대학이다교육부인력 양성

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수도권·지방대 반도체 인력 갈등... 정교한 해법 필요

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교육부가 7일 열린 국가재정전략회의에서 첨단분야 신ㆍ증설을 위해 대학 정원 기준을 완화하겠다고 밝혔다. 명시하지는 않았지만 반도체 인력 양성을 위해, 현재 묶여 있는 수도권 대학 학부 정원의 증원을 허용하겠다는 의미로 해석된다. 연구인력 확보가 어려워 수도권 대학 반도체 관련 학과의 정원 증원을 요구하는 관련 기업들의 주장에 귀를 기울인 것이다. 문제

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"올 하반기 반도체 경기 전망 매우 시끄러워져"
애플·인텔·엔비디아·AMD 등 반도체 주문량 축소
"삼성전자, 실적 방어 위해 원가 절감 가능성"

이재용 삼성전자 부회장이 지난달 14일 네덜란드 에인트호번에 위치한 ASML 본사에서 피터 베닝크(Peter Wennink) ASML CEO와 협력 방안을 논의하고 나오는 모습 [사진=삼성전자]

코로나19(신종 코로나바이러스 감염증) 이후 수년간 호황을 누렸던 반도체 산업에 위기 경보 신호가 곳곳에서 포착된다. 메모리반도체 가격 하락 징후가 뚜렷해지는 것은 물론 애플, 엔비디아, AMD 등의 업체들이 주문량을 축소했다는 소식이 들려오면서다. 글로벌 인플레이션으로 인해 소비자들이 지갑을 닫으면서 스마트폰, PC, 가전 등 정보기술(IT) 기기의 수요가 쪼그라드는 것이 요인이라는 분석이다. 잇단 악재 속에서도 반도체로 실적 방어를 해오던 삼성전자는 내부적으로 큰 위기감을 느끼고 있는 것으로 전해졌다.

D램·낸드플레시 가격 하락 전망 나와

9일 글로벌 시장조사업체 트렌드포스는 "반도체 수요가 불확실해진 상황에서 재고 물량에 대한 압박으로 D램 공급업체들이 가격 인하 의사를 보이기 시작했다"며 "올 3분기 D램 가격은 2분기보다 10% 가까이 떨어질 것"이라고 예상했다. 그러면서 "공급업체들의 판매 경쟁으로 가격 전쟁이 촉발되면 가격 하락률은 10%를 넘을 수도 있다"고 경고했다. 당초 트렌드포스는 3분기 D램 가격이 전분기보다 3~8% 수준 선에서 하락할 것으로 전망한 바 있다.

PC용 D램의 경우 3분기에 5~10%가량 가격 하락세를 보일 것으로 전망됐다. 서버용 D램 가격도 재고 압박을 받으면서 3분기 5~10% 떨어질 것으로 예상됐다. 모바일 D램 가격 역시 3분기에 하락폭이 8~13%까지 확대될 것으로 내다봤다. D램 시장의 전반적 가격 하락 폭이 기존 관측(3~8%)보다 더 큰 수준일 것이라는 데 이견이 없는 상황이다.

낸드플래시 가격 하락세도 불안 요인이다. 시장조사업체 D램익스체인지에 따르면 지난달 PC용 D램 범용제품(DDR4 1Gbx8)의 고정거래 가격은 평균 3.35달러로 지난해 3월(3달러) 이후 가장 낮은 수치를 기록했다. D램 고정거래가격은 지난해 7월 4.10달러로 정점을 찍은 뒤 같은 해 10월 3.71달러(-9.51%), 올해 1월 3.41달러(-8.09%) 등 상당한 하락세를 이어오고 있다.

반도체 웨이퍼 [사진=게티이미지뱅크]

이처럼 반도체 가격이 하락하는 이유는 무엇보다 수요가 줄고 있어서다. 월스트리트저널(WSJ)은 지난 4일 "세계적으로 품귀 현상을 일으킨 반도체의 팬데믹(세계적 대유행) 시대 붐이 처음으로 약해지고 있다는 신호를 보이고 있다"고 분석하며 반도체 산업 호황이 꺾였다고 봤다.

이 매체는 또 코로나19 당시 수요가 폭발했던 PC나 스마트폰과 같은 전자 기기 판매가 줄고 지난 5월 한국형 가상자산(암호화폐) 테라UST·루나 폭락에서 시작된 암호화폐 시장 혼란이 반도체 시장에 타격을 줬다고 했다.

코로나19로 수요가 크게 늘었던 IT 기기의 판매가 줄어드는 건 수치로 확인되고 있다. 시장조사업체 가트너는 올해 전 세계 PC 출하량이 3억1000만대로 전년 대비 9.5% 감소해 모든 IT 기기 중 가장 가파른 하락세를 보일 것으로 전망했다. 이는 한 달 전 시장조사업체 IDC가 내놓은 전망치와 비교하면 1100만대 이상 줄어든 것이다.

가트너는 러시아-우크라이나 전쟁과 중국-대만 간 긴장 고조 등 불안정한 지정학적 상황, 높은 인플레이션, 환율 변동, 공급망 붕괴 등을 주요 원인으로 꼽으면서 스마트폰이나 태블릿 PC 등 IT 기기 판매가 지속 감소할 것으로 예상했다.

또 다른 시장조사업체 카운터포인트리서치 역시 올해 세계 스마트폰 출하량을 전년보다 3% 줄어든 13억5700만대로 예상했다. 실제로 지난 5월 세계 스마트폰 판매량은 9600만대로 2020년 코로나19 대유행 이후 처음 1억대 미만을 기록했다.

인텔·엔비디아·AMD 등 수요 축소에 적극 대응

반도체 업계는 수요 축소에 적극 대응하는 모양새다. 데이비드 진스너 인텔 최고재무책임자(CFO)는 "올 하반기 경기 전망이 매우 시끄러워졌다"며 "소비와 투자를 그에 맞춰 조정하겠다"고 말했다. 인텔은 일시적으로 지난달 PC 반도체 부문의 고용을 동결했고 긴축 경영 조치를 시행 중이다.

리사 수 AMD 최고경영자 [사진=AMD]

엔비디아는 암호화폐 채굴과 영상 게임 업계 둔화로 반도체 수요가 감소하면서 채용을 줄이기로 한 상태다. 엔비디아 반도체는 주로 암호화폐 채굴과 같이 고난도 컴퓨팅 작업이나 코로나19 시기 집에서 즐길 수 있는 비디오 게임이 필요한 그래픽 카드에 주로 사용됐다. 하지만 수요가 줄면서 엔비디아 주가는 올 상반기에만 48%나 곤두박질쳤다.

AMD의 리사 수 최고경영자(CEO)는 지난달 PC 반도체 부문에 보수적 시각을 드러냈고 "향후 수년간 수요가 늘지 않은 채 유지될 것"이라며 회의적으로 내다봤다. 컴퓨터 제조업체 HP와 델 테크놀로지도 저가형 소비자 PC 수요가 완만해질 것으로 보고 있다. 미국 메모리반도체 업체인 마이크론 역시 지난주 실적 발표를 통해 "PC와 스마트폰 판매 감소로 업계 수요 환경이 약화하고 있다"는 메시지를 내놨다.

대만 디지타임스는 최근 TSMC의 3대 고객사인 애플, 엔비디아, AMD가 파운드리(반도체 위탁생산) 물량을 축소하거나 납기일을 미뤄줄 것을 요청했다고 보도했다. TSMC 최대 고객사인 애플은 오는 10월 신제품 공개 행사에서 선보일 '아이폰 14' 시리즈 목표 출하량을 전작보다 10% 줄인 9000만 대로 하향 조정했다.

AMD도 오는 4분기와 내년 1분기 생산이 예정된 6·7나노 칩 주문량을 약 2만 개 줄이겠다고 통보했다. AMD는 고성능 가속처리장치(APU), 그래픽처리장치(GPU) 등에 탑재할 칩 대부분을 TSMC에 위탁생산하고 있다. 엔비디아도 주문량을 조정하기 위해 TSMC과 협상 중인 것으로 알려졌다. 이들 업체가 지난해 4분기 선제적 파운드리 물량 확보를 위해 TSMC에 거액의 선불금을 지급했던 것과는 대조적이다.

TSMC 로고 [사진=TSMC 홈페이지]

삼성전자, 사실상 비상경영 체재 분위기

삼성전자도 상황이 녹록치 않다. 반도체가 들어가는 각종 전자제품 수요가 줄면서 삼성전자 재고도 쌓이고 있다. 시장조사업체 디스플레이서플라이체인(DSCC)에 따르면 삼성전자의 2분기 재고회전일수는 평균 94일로 예년보다 2주 정도 늘어났다.

재고회전일수는 보유 중인 재고가 매출로 발생하기까지 걸리는 시간으로, 기간이 짧을수록 제조사는 비용 부담이 적다. 제조사는 평균 70~80일, 유통회사는 평균 50~60일의 재고회전일수를 유지하는 것으로 알려졌다.

금융감독원 전자공시시스템에 공시된 삼성전자의 올 1분기 재고자산은 49조8477억원으로 전년 동기(32조3775억원) 대비 53.9%나 늘었다. 그중 조립이 완료된 제품이나 상품이 14조6929억원어치에 달한다. 재고가 늘면서 삼성전자는 부품 공급 업체에도 물량 조절을 통보한 것으로 알려졌다.

이재용 삼성전자 부회장이 2021년 1월 경기도 평택 3공장 건설 현장을 점검하는 모습 [사진=삼성전자]

삼성전자 내부 사정에 정통한 한 관계자는 "기술 개발도 중요하지만 영업 자체가 워낙 어려워지는 환경으로 바뀌고 있어 내부 위기감이 크다"며 "주가가 워낙 안 좋아 '비상경영' 같은 단어조차 꺼내지 못하고 있지만 사실상 비상경영 체제로 가는 분위기"라고 전했다.

업계 관계자는 "반도체 가격 하락은 이미 올 상반기에 예상이 됐던 사안이다. '연착륙'을 하는 게 중요하다"며 "삼성전자가 하반기 실적 방어를 위해서 적극적으로 원가 절감에 나설 가능성이 높다"고 말했다.

강경주 한경닷컴 기자 qurasoha@hankyung.com

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"반도체 호황 끝나간다" 곳곳 신호...위기론 퍼지는 삼성전자 [강경주의 IT카페]

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코로나19(신종 코로나바이러스 감염증) 이후 수년간 호황을 누렸던 반도체 산업에 위기 경보 신호가 곳곳에서 포착된다. 메모리반도체 가격 하락 징후가 뚜렷해지는 것은 물론 애플, 엔비디아, AMD 등의 업체들이 주문량을 축소했다는 소식이 들려오면서다. 글로벌 인플레이션으로 인해 소비자들이 지갑을 닫으면서 스마트폰, PC, 가전 등 정보기술(IT) 기기의 수요가 쪼그라드는 것이 요인이라는 분석이다.

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