디논과 통시를 만든 사람?

"전기전자공학 분야에서 가장 큰 영향을 끼친 사람은 누구일까?"

 전기전자공학이라는 분야가 다양하고 복잡하기 때문에 정확한 한 명을 선택하는 것은 어렵다. 그럼에도 불구하고, 한 명을 고른다면 '클로드 섀넌'이다. '학부 수업이 커버하는 수준의 이론을 얼마나 만들어냈는가?'를 기준으로 한다면 '클로드 섀넌'이 유력한 후보이다. 클로드 섀넌은 디지털논리회로(EEE2040), 디지털통신시스템(EEE3440), 정보이론(EEE6112)의 이론적 기반을 다진 사람이다.

디논 교재 1~3장의 2진수 계산과 이를 논리 게이트로 구현하는 것은 섀넌의 작품이다. 불 대수와 논리학(1847년), 그리고 기회이의 키르히호프 전압/전류 법칙(1845)을 하나로 엮었다. 즉, 디지털 세계의 논리학과 아날로그 세계의 물리학을 연결했다. 섀넌과 그의 후예들 덕분에 오늘날 회로쟁이들이 먹고 살고 있다.

흥미로운 점은 이러한 업적이 그의 석사 논문(1938년)에서 나왔다는 것이다. 온라인에서 그의 논문을 찾아보면 학부 2학년 수준의 지식으로도 읽을 수 있다.



더불어, 그의 중요성은 디지털 논리 뿐만 아니라 정보 이론에서도 부각된다. 아날로그 통신의 목표는 원래 신호를 최대한 유지하는 것이 최선의 목표였으며 기술을 향상시켜도 100%에 가까워지는 것이 최대였다. 완벽한 통신(정확히는 reliable communication으로 신뢰가능한 통신이라 말하는 것이 정확한 것이다. 편의상 완벽한 통신이라 가정해서 쓴다.)이라하면, 유튜브 영상을 볼 때 영상이 안 나올지언정 잘못된 비트로 인한 잘못된 소리나 픽셀이 디바이스에서 나타나면 안 된다. 오류로 인해 해당 데이터를 못쓴다고 하면 이를 정확히 판별해야 한다. 

 

그러나 섀넌은 정보의 엔트로피 개념을 도입하여 완벽한 디지털 통신이 가능함을 입증했고, 주어진 SNR(Signal to Noise ratio)에서의 최대 데이터 전송률(Shannon Limit)을 제시했다. 섀넌에서 모든 디지털 통신이 시작했다 말해도 과언이 아니다. 한 예로, 퀄컴을 세운 Irwin Jacobs와 Andrew Viterbi의 정보이론과 디지털통신 전공자였다. 

뿐만 아니라, 신호 및 시스템에서는 'Nyquist-Shannon 샘플링 이론'을 소개했다. 이는 디지털화하려는 아날로그 신호의 2배 주파수로 샘플링해야 한다는 중요한 원리다. Nyquist와 Shannon은 독립적으로 이를 발견했다.

내 졸필과 지식의 한계로 클로드 섀넌의 삶과 업적의 흥미로운 측면을 다루지는 못했다. 디지털 통신과 디지털 논리에 관심 있는 분이라면 아래 책을 읽어보면 좋을 것이다. 짧지만 무척 재미있다!

책 글귀

(저글러, 땜장이, 놀이꾼, 디지털 세상을 설계하다)
  "지나친 전문화와 세분화를 지향하는 요즈음, 넓이와 깊이를 겸비한 것으로 유명한 레오나르도 다 빈치나 벤저민 프랭클린이 다시 태어나도 버티기 힘들다는 점을 명심해야 합니다."  - 바네바 부시
  "하나의 작은 분야에만 관심을 갖고 다른 부문에는 전혀 무관심한 청년들이 넘쳐나고 있어 걱정입니다...... 한 명의 총명하고 창의적인 천재가 현대판 수도실에 머물기를 고집한다는 것은 불행한 일입니다."

(p93)
부시 박사님께
저는 지금까지 세 가지 문제를 동시에 다뤄왔습니다. 그런데 이상하게도 한 가지 문제에 집중하는 것보다 그게 훨씬 더 생산적입니다. 요즘도 가끔식 시간을 내어 전화기, 라디오, TV, 전신기 같은 일반적인 정보전달 시스템의 기본 속성 중 일부를 분석하고 있습니다.

(p112)
  클로드 섀넌의 재능은 '아인슈타인적 다양성'에 부합했다. 즉 그는 문제의 세부 단계에 별로 신경 쓰지 않고 '강력한 직관'을 이용해 문제의 차원을 느끼는 재능을 갖고 있었다. 그는 이런 문제 해결 방식을 다음과 같이 기술했다.
  "나는 기호를 쓰기보다는 심상에 의존하는 편이라 일단 감을 잡으려고 노력한다. 방정식은 나중 문제다."
  "그는 기이한 통찰력이 있어서 사물을 꿰뚫어볼 수 있었습니다. 그는 '이건 왠지 참인 것 같다'고 말하곤 했는데, 그의 말은 늘 옳았지요. 최고의 직관이 없다면 무에서 유를 창조할 없습니다.

p301
  "과학의 역사를 돌이켜볼 때, 가치있는 결과는 종종 단순한 호기심에서 비롯됨을 알 수 있다"

 

 

 

추천 도서

1. 저글러, 땜장이, 놀이꾼, 디지털 세상을 설계하다 [지미 소니, 로브 굿맨, 2020-02]
https://www.aladin.co.kr/shop/wproduct.aspx?ItemId=233747074
2. 열정이 있는 지식기업 퀄컴 이야기 [데이브 목, 2007-12]
https://www.aladin.co.kr/shop/wproduct.aspx?ItemId=1027534&start=slayer


참고 연도
(1847년, Boole) Boolean logic 
(1845년, Kirchhoff) Kirchhoff's circuit laws 
(1904, Fleming) 첫 Vacuum tube 
(1938, Shannon) 디지털논리회로의 시작
(1948, Shannon) 통신시스템의 시작
(1959, Atalla and Kahng) 첫 MOSFET  
(1967, Viterbi) Viterbi algorithm 
(1985, Irwin Jacobs, Andrew Viterbi, ...) Qualcomm 설립

 

논문
[1] Shannon, C. E. (1938). "A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits" (PDF). Trans. AIEE. 57 (12): 713–723. doi:10.1109/T-AIEE.1938.5057767. hdl:1721.1/11173. S2CID 51638483.
https://www.cs.virginia.edu/~evans/greatworks/shannon38.pdf

[2] Shannon, C.E. (1948), "A Mathematical Theory of Communication", Bell System Technical Journal, 27, pp. 379–423 & 623–656, July & October, 1948.
https://math.harvard.edu/~ctm/home/text/others/shannon/entropy/entropy.pdf

 

 

2023년 2월 24일 책 글귀 작성

2024년 1월 26일 작성