인사할 시간도 없습니다. 안 될 거 하게 레알 짧은 과학, 긴급과학의 공진입니다. 스마트폰이나 개인용 컴퓨터의 시대가 이

정도까지 발전할 줄은 생각조차 못했던 시절, 하나의 트랜지스터에서 시작해 이제는 그 개수조차 가늠할 수 없는

반도체 소자들이 우리의 세상을 가득 메우고 있습니다. 그렇게 벌써 반도체의 시대가 75년의 시간을 지나 새로운 국면에 들어서고

있는데요. 그렇습니다. 오늘은 세계적인 학술지 사이언스가 최근 11월 집중 조명한 트랜지스터 역사의 75주년에 대한

이야기입니다. 2022년 11월 18일 사이언스의 메인 표지에는 반도체 트랜지스터 등장의 75주년을 기념하면서

1959년 프랑스 파리에서 열렸던 제21회 라디오 텔레비전 쇼에 선보인 휴대용 라디오의 모습을 보여주었습니다.

지금은 터무니없이 커 보이는 라디오이지만 그 당시에는 한 손에 들어올릴 수 있는 라디오의 모습 자체가 매우 충격적인 사건 중 하나였을 겁니다. 사실 당장 그보다 고작 십몇 년 전에 나왔던 애니악이라는 초창기 컴퓨터가 무려

30톤에 가까운 거대한 장치였기 때문이었죠. 이렇게 전자기술이 건물만 한 컴퓨터의 시대를 종식시키고 손 안에 들어올 수 있게 된 계기는 바로 지금으로부터 75년 전인 미국의 한 연구소의 과학자들 덕분에 가능해졌습니다. 2차 세계대전이 끝난 지

얼마 되지 않았던 1947년 11월 미국의 벨 연구소에서는 거대한 컴퓨터에 궁극적인 원인이었던 진공관 스위치를 대체할 엄청난 발견이 시작되고 있었습니다. 바로 윌리엄 쇼클리, 존 바딘, 월터 브래튼 이 세 사람은 당시

반도체 물질의 외부 전기장을 가해 전도도에 영향을 미치는 연구를 하고 있었고 한동안은 아무런 진전도 없었던

상황이었죠. 그러던 때 오랜 시간에 걸쳐 진공을 만드는 실험 셋업에 지친 브레튼이

아예 실리콘 반도체를 물속에 집어넣고 실험을 하자 눈앞에 실리콘 반도체에서 신호가 크게 증폭되는 것을 발견합니다.

그 사건은 쇼클리, 벨과 바딘으로 하여금 1947년 세계 최초의 반도체 트랜지스터를 탄생시키는 계기가 되었고

그것은 손바닥만한 진공관이 아닌 미세먼지만큼 작은 정기 스위치를 만드는 기술의 시대를 열게 되었죠.

이 혁명적인 발견은 곧이어 애니악이라는 거대 컴퓨터를 개인용 컴퓨터로 이끌 초석을 만들게 되었습니다.

그렇게 이 팀을 운영하고 이후 한 단계 더 구조의 형태를 발전시킨 윌리엄 쇼클리와 함께

존 바딘, 월터 브래튼이 세 명의 과학자들은 트랜지스터 탄생에 대한 공로로 1956년 노벨상을

수여받습니다. 그렇습니다. 윌리엄 쇼클리는 이 트랜지스터 탄생에 있어 빼놓을 수 없는 주인공 중 한

명입니다. 그럼에도 불구하고 트랜지스터 75주년 사이언스 특집 4회 글을 기리는 페이지의 제목은 흥미롭게도

그의 다른 이면에 집중합니다. 제목부터 '박스엠 쇼콜리는 인종차별자이자 무생학자였다.' 물론 그는 불에 등과

바딘이 발견한 최초 자신이 리더로서 먼저 제안한 프로젝트였다는 이유로 특허권을 단독으로 올리려 했던

악명으로도 과거에 유명했지만, 그럼에도 쇼클리는 트랜지스터의 공동 발명가이자 뛰어난 과학자로서 모두에게 인정을

받아왔습니다. 그런데 이 사이언스의 기고문에서는 그 후 쇼클리의 인생 후반부가 어떻게 진행되어 왔는지를 과거 사이언스의

수록되었던 내용들을 되짚어보며 다시 한번 조명하는데요. 50년 전으로 돌아가 1968년 사이언스에는 이러한 기고문이 실립니다.

그것은 쇼클리에게 예정되었던 브루클린 폴리테크닉 연구소의 연설이 취소된 것에 대한 사설이었습니다.

쇼클리는 그 연설에서 지능의 인종적인 차이가 있고 흑인의 지능이 열등하다는 주장을 펼칠 계획이었죠. 그는 흑인

인구 중 백인 조상의 유전자가 1%가 추가될 때마다 평균 IQ가 1%씩 증가한다는 황당한 주장을 하기도

했습니다 그 주장에는 과학계에서 당연하게 진행되어야 하는 동료 평가도 거치지 않은 내용이었으며 그것은

단순히 쇼클리 스스로가 지지하기 시작한 우월한 유전자에 대한 학문인 우생학 홍보를 위한 것이었습니다

그렇게 그는 과학계에서 트랜지스터 그 외 주목할 만한 과학적 커리어들을 뒤로한 채 인종차별주의자로서 악명을

떨치기 시작했습니다 1989년 그가 세상을 떠나자 네이처는 그를 위한 기고문을 게재했습니다 그가 트랜지스터로 노벨상에서 받은 상금과

대중의 존경심을 우생학과 인종차별에 바쳐왔던 사실에 함께 회상하면서 말이죠

기고문에는 그가 심지어 천재를 생산하는 유전자의 번식을 돕기 위해 남북 캘리포니아에 있던 정자은행에

자신의 정자를 기여한 사실도 되짚었죠. 안타깝게도 그의 정자는 생각보다 너무 노쇠해서 임신에 실패했지만 말입니다.

노벨상을 받은 석학의 어두운 이면을 제공했던 네이처는 얼마 뒤 그와 비슷한 길을 걷고 있던 친한 동료의

항변을 같은 해 다음 기고문에 실어 중립을 유지합니다. 그 동료는 쇼클리와 비슷하게 물리학 경력을 쌓은 후

비물리학적인 활동을 이어왔었던 오래된 동료 프레데릭 세이치였습니다. 그는 다행히 쇼클리의 우생학은 인기 없는

주장에 불과했다고 그 자체를 옹호하지는 않았지만, 쇼클리가 그렇게 된 이유가 1960년에 쇼클리가

당했던 큰 교통사고의 후유증 때문일 수 있다고 항변했습니다. 그는 정말 친구였죠. 그러자 컨트롤 비트를

다운받은 사이언스 가이를 놓칠세라 스위치의 네이처 기고문에 대한 바통을 이어봤습니다 1990년 사이언스에는

이러한 제목의 편지자 기고문이 실립니다 쇼콜리 쇼코 그 의미가 충격적인 쇼클리인지 아니면 자동차 사고로부터

충격을 받은 쇼클레인지는 모르겠으나 그 무엇보다 깔끔한 라임이 돋보인 제목이었죠 첫 줄부터 사이언스는

인종과 IQ에 대한 윌리엄 쇼클리의 그 인기 없는 생각이 과연 머리를 감타당한 결과였을까라는 질문을 던지며

네이처에서 발표된 두 기고문에 대해 짚고 넘어갑니다 과학자들과는 쇼클리를 둘러싼 컨트롤

버릇 대전은 여기서 끝나지 않았습니다 뒤이어 사이언스 다음 호에는 더 악명 높은 우생학자였던 필립 러시튼의

기고문이 실립니다. 제목은 '쇼콜리 쇼코의 대적할 타이틀 쇼콜라 즉 충격적인 쇼콜라가 아닌 학자

쇼콜리였죠. 그는 쇼클리에 대해 이러한 주장을 사이언스가 홍보하는 것은 명백히 인신공격이며 부끄러운 일이라고

저격했죠. 흥미롭게도 사이언스의 편지자는 이 기고문 아래에 답변까지 남깁니다. 쇼클 비판은 의도하지 않았습니다.

이 기고문은 세이치라는 저명한 과학자가 쇼콜리를 특이하게 방어한 것에 대한 보고서였습니다라고 말이죠. 사이언스

편집자가 직접 해명문을 내놓다니 정말 흥미롭네요. 다시 돌아와 30년이란 세월이 흘러 이번 트랜지스터 75주년

기념일에 사이언스는 이러한 자신들의 지난 과거들을 스스로 들춰내면서 이번 기회를 빌어 소클리에 대한 사이언스의

입장을 확실히 하고자 한 것 같습니다. 특히 마지막 주를 보면 말이죠. 실수하지 마세요. 쇼클리는 인종차별

지지하였습니다. 쇼클리는 우생학자였습니다. 그게 다입니다. 그러면서 중요한 말도 하나 덧붙이는데요. 과하게 과정은 끊임없는 수정의

과정이지만 또한 양심을 가져야 하는 과정이기도 하다는 말이었죠. 비록 쇼클리의 삶은 그리 아름답지

않았지만 그렇다고 해서 그의 반도체 트랜지스터에 대한 공원이 훼손되어서는 안 됩니다. 그는 여전히 실리콘밸리의

실리콘을 가져온 사람이며 그의 밑에서 일하다 떠난 많은 과학자들은 인텔의 전신인 페어차일드 반도체 회사를 차려

실리콘밸리의 시대를 열었습니다. 그 중에는 무어의 법칙으로도 유명한 고든 무어도 있었죠.

트랜지스터 75주년의 역사에서 빼놓을 수 없는 사람 중에 한 명은 당연히 고든 무어일 것입니다

물론 고든 무어가 자신의 여정을 시작한 계기를 마련했다고 해도 과언이 아닌 그 배경에는 트랜지스터와 다른

반도체 소재들 그리고 이들을 연결하는 초소형 칩 설계의 기반인 집적 회로를 1958년에 처음으로 개발한 텍사스

인스트루먼트의 잭 킬비 그리고 1960년 전자제품형 트랜지스터의 대표적인 구조인 MOS 트랜지스터를 최초로 개발한

강대원 박사와 모하메드 아탈라 박사가 있었다는 것을 잊어서는 안 됩니다. 그렇게 이들의 노고와 발견을 토대로

고든 무어는 1965년 일렉트로닉스라는 잡지에 트랜지스터 기술의 미래에 대한 청사진을 내놓았습니다

물론 이 논문의 가장 유명한 부분은 바로 칩당 반도체 소자 혹은 트랜지스터의 개수가 매년 두 배로

증가할 것이라는 부분입니다. 추후 수정을 거쳐 2년마다 두 배 증가할 것으로 정정했지만 말이지요. 그러나 고든 무어가 예측한 것은 그것을

넘어서는 미래에 대한 전망이었습니다. 그는 이러한 반도체 직접 회로 기술이 발전하면서 집집마다 하나씩은 있게 될

가정용 컴퓨터를 만들 것이며 심지어 자동차를 자동화 컨트롤러 그리고 개인 휴대용 전자기기 더 나아가

디스플레이가 있는 전자 손목시계가 가능한 시대가 올 것이라고 앞날을 내다봤습니다. 무려 60년 전인

1965년에 말이죠. 사이언스는 이 번호에서 무어의 법칙과 함께 증가한 칩당 트랜지스터의 수가 오늘날의

이르러 무려 1000억 개까지 확장되었다는 것을 소개합니다 그리고 트랜지스터의 크기가 오늘날 나노미터

즉 원자 단위의 크기로 줄어들면서 우리는 무어의 법칙의 끝에서 있습니다 무어의 법칙은 어떻게

앞으로 나아갈 수 있을까요 새로운 접근 방식은 이제 2차원 반도체 평면에서 트랜지스터의 밀도를

높이는 것이 아니라 3차원으로 집적 트랜지스터의 수를 늘리는 방향으로 초점을 맞추는 3차원 칩 설계에 대한

논의가 이어지고 있습니다 이러한 시도는 메모리와 CPU가 하나의 집적 회로에 구성되는 컴퓨팅인 메모리와 같은 새로운 컴퓨팅 패러다임을 불러올

수도 있지요 그러나 이러한 심플한 아이디어와는 달리 3차원 칩 설계는 다양한 장벽을 뛰어넘어야만 합니다

반도체 공정에 필요한 고온 성장 및 물질 증착 단계가 3차원에서도 문제가 없으려면 새로운 층에 반도체 회로를

제작할 때 이미 처리된 아래 반도체 회로 층에 영향을 주지 않아야만 하지요. 계란후라이를 2차원 평면에 프라이팬에서 튀기는 것은 쉽지만 이미

만들어진 계란후라이를 태우지 않으면서 그 위에 새로운 계란후라이를 튀기는 것은 쉽지 않을 테니 말이죠. 이러한

문제들을 해결하려면 동일한 동작이 가능하면서 저온에서 공정이 가능한 새로운 물성의 반도체 및 유전재료들이

필요해지게 될 것입니다. 또한 3차원으로 쌓인 반도체가 동작할 때 그 사이에 생기는 발열을 어떻게 제어하고 제거할 것인가에 대한 문제도 고민해야

될 것입니다. 기존의 CPU는 한층의 모든 반도체가 구성되어 있었기 때문에 바닥면을 통해 쿨링이 가능했지만 3차원으로 쌓인

회로 구조는 층간의 열을 제어하는 것이 생각보다 복잡하기 때문이죠. 그 외 다양한 방법들이 또 다른 형태의

무어의 법칙을 이어가는데 새로운 역할을 하게 될 수도 있습니다. 이제 반도체 기술과 전자제품은 시대의

변곡점에 와 있습니다. 75년 동안 트랜지스터를 더 작게 만드는 것이 가능했지만 이제는 동일한

방법이 앞으로의 발전에 대한 원동력이 되지는 못할 것입니다. 그럼에도 불구하고 지금의 시대를 잊기엔 기술의

변화에는 7 과학자가 발견한 트랜지스터의 존재로부터 가능했음을 우리는 잊어서는 안 됩니다. 사이언스에서는 윌리엄

쇼클리, 고든 무어와 함께 또 다른 과학자의 사진을 실어 2번 트랜지스터 특집 포르 장식했습니다. 바로 아폴로

11호에 탑재된 최초의 트랜지스터 기반 컴퓨터용 소프트웨어를 개발한 과학자는 마가렛 해밀턴이었죠. 아폴로

11호가 달착륙에 성공한 1969년에 사진 속 해밀턴은 아폴로에 탑재될 컴퓨터에 포함되는 자신의 연구팀이

개발한 소프트웨어 목록들을 발표하면서 그 산더미처럼 쌓인 소프트웨어 목록들

앞에서 사진을 찍었죠. 1969년에는 이제 막 컴퓨터라는 하드웨어 개발이 기지개를 펴고 있던 중이었으며 지금의

대학교에서 흔히 볼 수 있는 컴퓨터공학이 전혀 흔하지 않던 시절이었습니다. 그녀는 트랜지스터의

발명을 통해 기지개를 펴고 있던 컴퓨터 하드웨어의 성장만큼 그것을 인간이 자유롭게 운영할 수 있는

프로그램에 대한 성장이 필수적이 될 것이라고 내다봤습니다. 그렇습니다. 마가렛 해밀턴은 소프트웨어

공학이라는 단어를 처음으로 만들어낸 과학자 중 한 명이었죠. 그녀의 아폴로 11호 컴퓨터용 소프트웨어 길이

없었으면 인류의 달착륙은 어쩌면 다음 세대로 넘어가실지도 모릅니다. 이제 트랜지스터로 시작된 반도체

기술은 모든 가정과 개인의 손에 작은 컴퓨터를 선물했고 해밀턴이 시작한 소프트웨어 공학은 21세기에 더 큰

반도체 트랜지스터 75주년 기념! Science가 밝힌 그 충격적 역사, 그리고 미래? [안될과학 - 긴급과학]

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