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제5장 컴퓨터의 탄생
제5장 컴퓨터의 탄생
ENIAC에서 애플까지, 세상을 바꾼 계산기
미래의 컴퓨터는 진공관이 1,000개밖에 없고 무게도 1.5톤이 채 안 될 것이다.
— 《Popular Mechanics》, 1949년 3월호
열렬한 컴퓨팅 기술 지지자가 되다
온라인 카지노 게임이 계산기계에 관심을 갖게 된 것이 전쟁 기간 중 1943년에(당시 온라인 카지노 게임은 해군에 근무하다가 6개월간 영국을 비밀리에 방문하였다) 영국에서 만났던 앨런 튜링의 영향이었을까?
아마도 두 사람은 서로 영향을 주고받았을 가능성이 높다. 온라인 카지노 게임이 그때 영국에서 어떤 일을 겪었건, 미국으로 돌아온 그는 로스앨러모스에서 가장 열렬한 ‘컴퓨팅 기술 지지자’가 되어 있었다.
1944년 1월에 그는 과학연구개발국의 응용수학부 책임자인 워런 위버(Warren Weaver)에게 보낸 편지에서 “미국에서 제일 빠른 계산기계를 찾아달라”고 요청했다. 내파 장치에 필요한 계산량이 감당할 수 없을 정도로 많아졌기 때문이다.
위버는 하버드 대학교의 물리학자 하워드 에이킨(Howard Aiken)을 소개해주었다. 그는 전자식 계산기를 설계해서 IBM에서 출시되었는데, 이 계산기는 'Automatic Sequence Controlled Calculator'로 불리다가 나중에 ‘하버드 마크 I(Harvard Mark I)으로 개명되었다.
[하워드 에이컨과 하버드 마크 I 출처 구글 이미지]에이킨을 만난 후 로스앨러모스로 돌아온 온라인 카지노 게임은 자신이 풀던 기밀 문제 중 하나를 골라서 용도를 지워버리고 에이킨에게 보냈다. 에이킨은 전혀 모르고 있었지만, 사실 그것은 로스앨러모스에서 설계한 폭탄의 충격파 시뮬레이션이었다.
전자식 컴퓨터를 최초로 학술적 연구에 사용했던 천문학자 마틴 슈바르츠실트(Martin Schwarzschild)는 이렇게 말했다. “전쟁이 끝난 후 현대식 계산기가 설치된 곳에 가면 충격파 문제와 씨름하는 사람이 항상 있었다. 그들에게 ‘누가 이런 일을 의뢰했습니까?’라고 물으면 예외 없이 ‘노이만’이라는 이름이 튀어나왔다. 현대식 컴퓨터로 가는 길목에서 온라인 카지노 게임은 이런 식으로 곳곳에 발자국을 남기고 다닌 것이다.”
온라인 카지노 게임은 1944년여름 탄도학연구소에서 회의를 마치고 애버딘 역에서 집으로 가는 기차를 기다리던 중 헤르만 골드스타인(미시간대 수학과 교수로 전쟁에 참전해 ‘탄도학연구소’에서 일하던 중이었다)으로부터 ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Computer, 전자식 수치적분 및 계산기)에 대한 이야기를 우연히 듣게 되었다.
당시 하버드 마크 I이나 콘라드 제우스 Z3(Konrad Zeus’s Z3) 같은 초기 계산기계는 톱니와 기어, 그리고 계전기 스위치를 이용하여 숫자를 표현한 반면, 무어스쿨의 ENIAC은 움직이는 부품이 하나도 없었다. 설계자들은 ENIAC이 진공관과 전기 회로만으로 기계식 컴퓨터보다 수천 배 이상 빠른 속도를 낼 수 있다고 장담했다.
그로부터 얼마 지나지 않은 8월 7일, 골드스타인은 한창 제작 중인 계산기계가 있는 무어스쿨로 온라인 카지노 게임을 데려갔다. “그날 이후로 노이만의 삶은 완전히 달라졌습니다. ENIAC이 그의 삶을 송두리째 바꿔놓은 거지요.”
폭 9미터, 길이 17미터짜리 연구실의 벽을 따라가며 설치된 ENIAC은 1만 8,000개의 진공관과 거미줄 같은 전선, 그리고 수많은 스위치가 달린 2.4미터 높이의 계기판으로 이루어져 있었다.
[헤르만 골드스타인과 무어스쿨에 설치된 ENIAC 출처 본문]ENIAC의 탄생
ENIAC은 1930년대 경제 대공황 때문에 학자의 꿈을 접은 전직 물리학 교사 존 모클리(John W. Mauchly)의 작품이다. 1941년(당시 34세)에 그는 무어스쿨에서 전시에 과학자들의 재교육을 위해 개설된 전자공학 과정을 수강하다가 그곳에서 22세의 새파란 청년 프리스퍼 에커트(J. Presper Eckert)를 알게 되었다.
[모클리와 애커트 출처 구글 이미지]대포를 다루는 포병들에게 가장 중요한 ‘사표(firing table)’에는 다양한 발사 각도와 지형 조건, 대포와 포탄의 종류 등에 따른 포탄의 궤적과 사거리가 빼곡하게 적혀 있다. 수십, 수백 줄의 숫자열로 이루어진 사표에서 단 한 줄의 결과를 얻으려면 숙련된 직원이 탁상용 컴퓨터 앞에 앉아서 꼬박 이틀 동안 작업해야 한다.
그러나 1930년대에 매사추세츠 공과대학(MIT)의 버니바 부시가 발명한 미분분석기(differential analyzer)를 이용하면 동일한 계산을 단 20분 만에 끝낼 수 있었다. 웬만한 방을 가득 채울 정도로 덩치가 컸던 이 기계는 나사가 잔뜩 박힌 탁상용 축구 게임기를 연상시킬 정도로 용도를 짐작하기가 어려웠다고 한다.
[버니바 부시의 미분 분석기 출처 구글 이미지]모클리는 1941년 9월에 무어스쿨의 조교수로 임용된 후 분석기 주변을 훑어보면서 전자기기를 이용하여 작업 속도를 높이는 방법을 연구하다가 ‘고속진공관을 이용한 계산법’이라는 아이디어를 떠올리고 메모지에 기록해 놓았다.
그 후 1943년 봄에 골드스타인이 이 메모를 발견하고 모클리의 아이디어에 완전히 매료되어 탄도학연구소의 담당자를 찾아가 필사적으로 설득했다. “이거 진짜 물건이에요. 계산 속도가 엄청 빨라질 겁니다. 정말이라니까요!“
1944년 8월, 노이만이 무어스쿨을 처음 방문했을 때 ENIAC은 완공일을 1년 이상 앞두고 있었다. 그가 했던 첫 번째 일은 지원금이 계속 들어오도록 군 당국을 설득한 것이었다. ENIAC에게 주어진 첫 번째 임무는 사표 계산이 아닌 로스앨러모스의 수소폭탄 개발 프로젝트였던 것이다.
“텔러의 슈퍼(Super, 수소폭탄)를 점화시키려면 그 비싼 티타늄(titanium)이 얼마나 필요한가?”로스앨러모스에서 필요했던 이 문제의 답을 구하려면 편미분방정식 3개를 풀어야 했고, 이 일을 원하는 시간 안에 처리할 수 있는 기계는 ENIAC뿐이었다.
하지만 ENIAC의 설계자들은 프로젝트 초기부터 기계에 단점이 많다는 것을 잘 알고 있었다. 150킬로와트(kW)에 달하는 소비전력의 절반 이상이 진공관을 달구거나 식히는 데 소비되었고, 각 부위의 계산 부하량을 고려하여 배치를 아무리 열심히 조절해도 이틀에 한 번꼴로 진공관이 파열되었다.
ENIAC 운영팀은 프로젝트를 진행하는 동안 나름대로 기계의 단점을 인식하고 해결책을 물색해 왔는데, 여기에 노이만이 합류하여 날개를 단 셈이 되었다. 이들은 후속 컴퓨터 개발계획서를 빠르게 작성하여 탄도학연구소에 제출했고, 8월 29일 지휘부 회의에서는 골드스타인과 노이만이 지켜보는 가운데 이 계획을 승인했다.
그리고 낭보를 전해 들은 무어스쿨의 연구팀은‘프로젝트 PY’라는 암호명을 붙이고 곧바로 열띤 토론에 들어갔다. 이들은 다음 해 3월까지 노이만이 토론 결과를 요약해 줄 것으로 기대했지만, 실제로 온라인 카지노 게임은 기대를 훨씬 뛰어넘는 엄청난 기여를 하게 된다.
그는 공학자가 아니라 복잡한 문제를 가장 근본적인 질문으로 바꾸는 데 능통한 수학자였기에, 중구난방으로 제기되는 ENIAC 팀의 아이디어를 체계적으로 정리하는 쪽에 쓰기로 했다.
흥미로운 것은 노이만이 20세기 초에 수학에 닥쳐온 위기를 극복하면서 연마한 실력이 첨단 컴퓨터의 탄생에 결정적 기여를 했다는 점이다. 현대 컴퓨터의 지적 기원이 완전하고 결정 가능한 수학 체계를 세우려는 힐베르트의 시도와 맞물려 있는 것이다.
온라인 카지노 게임은 현대식 컴퓨터의 개념을 구체화할 때 힐베르트의 시도를 무산시킨 괴델과 튜링의 논리 체계를 가이드라인으로 삼았는데, 이들 사이의 연결고리는 컴퓨터 역사상 가장 중요한 논문으로 꼽히는 온라인 카지노 게임의 역작 「EDVAC*에 대한 첫 번째 보고서(First Draft of a Report on the EDVAC)」에 잘 나와 있다.
* EDVAC: Electronic Discrete Variable Automatic Computer
20세기 최고의 지적 쾌거
괴델이 계산법(computing) 분야에서 이룩한 연속 안타 중 첫 번째 홈런은1930년에 수학의 기초를 주제로 쾨니히스베르크에서 3일 동안 열린 학회의 마지막 날 쟁쟁한 학자들이 보는 앞에서 터져 나왔다(그 자리에는 젊은 온라인 카지노 게임도 있었다).
괴델은 “내용상으로는 참이지만 고전 수학의 형식으로는 증명 불가능한 명제가 존재합니다. ‘골드바흐의 추측’이나 ‘페르마의 마지막 정리’가 그런 종류에 속합니다.”라는 폭탄선언을 하였다. 다시 말해, 수학에는 ‘수학으로 증명할 수 없는 참인 명제’가 존재한다, 더 간단히 줄이면 ‘수학은 태생적으로 불완전하다’는 뜻이다.
그것은 인류가 20세기에 이룩한 최고의 ‘지적 쾌거’ 중 하나였다.하지만 회의에 참석한 수학자들은 디너파티에서 불청객의 불쾌한 농담은 들은 사람처럼, 괴델의 폭탄선언을 애써 무시했다. 다행히도 좌중에는 괴델이 이룬 업적의 의미를 간파한 사람이 한 명 있었다. 힐베르트 프로그램의 선교사를 자처했던 온라인 카지노 게임은 괴델의 옷소매를 잡고 조용한 곳으로 끌고 가서 질문을 퍼붓기 시작했다.
사람들은 괴델이라는 이름을 들으면 논리적 역설을 떠올리지만, 사실 그는 역설 외에도 많은 업적을 남겼다. 그가 이룩한 모든 증명은 산술적 언어인 "수학정리(mathematical theorem)"로 표현된다. 괴델은 논리적 서술에 숫자를 할당하고 엄밀한 규칙과 대수적 공리에 따라 조작하는 독창적인 체계를 개발했는데, 이것을 ‘괴델 기수법(Gödel numbering)’이라 한다.
괴델은 자신이 구축한 계에서 진행되는 모든 논리연산(logical operation)이 그에 해당하는 산술연산을 갖고 있음을 확인했다. 그러므로 연달아 이어지는 서술(삼단논법 등)의 괴델수 사이에는 특정한 대수적 관계가 성립한다. 각 서술들이 논리법칙에 따라 연결되어 있는 것과 같은 이치다.
괴델이 고안한 코딩 시스템(수학적 서술을 숫자로 바꾸는 시스템)을 이용하면 임의의 증명을 간단한 수학으로 검증할 수 있다. 우선 괴델의 ‘복구 규칙’에 따라 주어진 증명에 대응하는 괴델수를 분해한다. 이 과정을 거치면 증명의 기초가 되었던 ‘공리’에 대응하는 괴델수가 드러날 것이다.
다음에 할 일은 공리의 괴델수가 주어진 계(즉 『수학원리』의 공리)에서 허용된 수인지 확인하는 것이다. 이 과정은 반복해서 되풀이된다. 그래서 괴델은 ‘원시재귀함수(primitive recursive functions)’(본질적으로 ‘수학적 고리(loop)’에 해당함)의 조합을 정의하여, 모든 정리를 검증할 수 있는 일종의 증명 검증용 기계, 즉 알고리듬(algorithm)을 만들었다. 즉 ‘정리의 타당성을 묻는 질문’을 ‘숫자를 더하는 문제’로 바꾼 것이다.
괴델의 증명에 도전한 학자들
그 후로 여러 세대에 걸쳐 철학자와 신비론자들은 괴델의 정리의 아류를 양산해왔고. 내용도 뒤로 갈수록 거칠어졌다. 미국의 인지과학자 더글러스 호프스태터는 자기참조형 루프(loop of self-reference)에서 인간 의식의 본질을 발견했고, 심지어는 신의 존재를 증명했다는 사람도 나타났다. 특히 괴델이 세상을 떠난 후 '신의 존재에 대한 괴델의 미완성 증명'이 발견되면서 이런 류의 주장이 더욱 빈번하게 제기되었다.
괴델은 프로그램 가능한 컴퓨터가 등장하기 한참 전인 1930년부터 컴퓨터 프로그램을 작성했다. 그는 구문(syntax, 단어와 형태소 등이 어울려 문장을 이루는 방식)과 데이터의 차이를 일거에 날려버렸고, (컴퓨터의 명령어와 비슷한) 논리적 서술이 숫자로 표현되는 엄밀한 체계를 구축할 수 있다는 것도 보여주었다.
미국의 수학자 마틴 데이비스(Martin Davis)는 괴델의 논리와 컴퓨터의 유사성에 대해 다음과 같이 설명했다. “프로그래밍 언어를 잘 아는 사람이 ‘결정 불가능성(undecidability)’에 대한 괴델의 논문을 읽는다면, 번호가 매겨진 45개의 공식들이 마치 컴퓨터 프로그램처럼 보일 것이다."
그 후에 발표한 괴델의 ‘제2 불완전성 정리’의 결과는 먼저 발표한 ‘제1 불완전성 정리’보다 훨씬 충격적이었다. 온라인 카지노 게임은 괴델이 “아리스토텔레스 이후 가장 위대한 논리학자”라며 수학의 기초를 다지는 연구에 더 이상 손을 대지 않기로 마음먹었다.
1938년에 나치독일이 오스트리아를 강제로 합병했을 때 괴델은 “유태인 거주 지역을 자주 방문했다”는 이유로 빈 대학교 교수 임용에 탈락했고, 이 소식을 전해 들은 온라인 카지노 게임은 그를 프린스턴으로 데려오기 위해 백방으로 뛰어다녔다.
노이만의 노력은 결실을 거두었다. 얼마 후 프린스턴으로 이주한 괴델은 집에 있는 냉장고과 방열기(라디에이터)에서 유독가스가 나온다며 내다 버렸고, 처음 몇 년 동안은 겨울마다 날씨가 너무 춥다면서 바깥출입을 하지 않았다. 다만 노이만의 집에 와서 책을 읽거나 아인슈타인이 함께 산책하는 것이 유일한 낙이었다고 한다.
1950년대에 아인슈타인과 노이만이 죽고 난 후 괴델은 외부 접촉을 전혀 하지 않고 편집증으로 아내 아델이 주는 음식 외에는 손을 대지 않았는데, 아델이 병에 걸려 입원한 후 다른 사람들의 음식을 거부하다가 1979년 1월 14일에 30킬로그램의 야윈 몸으로 세상을 떠났다.
튜링 머신의 등장
1931년에 괴델은 “수학이 완전하거나 자체 모순이 없음을 증명하는 것은 불가능하다”는 것을 증명했다. 그로부터 5년 후, 앨런 튜링은 힐베르트가 제기한 세 가지 질문 중 마지막 질문, 즉 “수학은 결정 가능한가(decidable)?”라는 질문에 부정적인 답을 내놓았다.
튜링은 1936년에 발표한 그의 유명한 논문 「계산 가능한 수와 결정 문제의 응용에 관하여(on computable numbers with an application to the entscheidungsproblem)」에서 기호를 쓰고 지울 수 있는 무한히 긴 테이프와, 이 테이프에 기록된 기호를 읽는 상상의 기계를 제안했다[이것이 그 유명한 튜링머신(Turing Machine)이다].
이 기계의 헤드는 한 번에 한 칸씩 좌우로 움직이면서 기호를 읽어 들이고, 기호의 내용에 따라 인쇄, 삭제, 이동 등 미리 정해진 기능을 수행한다. 테이프는 작은 정사각형으로 나뉘어 기계가 사각형 구획을 읽을 때마다 하는 일은 튜링이 말했던 ‘m-configuration’에 의해 결정되며, 기계의 내부 상태도 사각형에 기록된 내용에 따라 달라질 수 있다. 여기서 튜링은 기계가 빈 테이프에 무한히 긴 이진수 01010101…을 써나가는 간단한 사례를 제시한다.
적절한 명령이 주어지면 그가 떠올린 상상 속의 기계는 덧셈이나 곱셈 등 기초 수학 연산을 수행할 수 있다. 그러나 튜링은 굳이 이것을 증명하지 않고, 그 대신 특정 기호를 검색 또는 교체하거나 지우는 등 다양한 보조 임무를 위한 일련의 명령서(instruction table)를 작성했다. 그리고 논문의 끝부분에서 이 명령서를 이용하여 임의의 튜링머신을 똑같이 흉내 낼 수 있는 ‘범용계산기계’를 제안했다.
단 하나의 작업만 수행할 수 있는 초간단 튜링머신은 ‘프로그램 제어 컴퓨터(program-controlled computer, ‘프로그램으로 제어되는’ 컴퓨터)’라 하는데, 최신형 세탁기가 대표적 사례이다. 세계 최초의 컴퓨터로 알려진 ENIAC도 프로그램 제어 컴퓨터였다.
그러나 튜링의 ‘범용계산기계’는 이들과 사뭇 달라서 다른 튜링머신의 명령서를 이 기계에 입력하면 똑같은 명령을 수행할 수 있다. 튜링의 설명은 기계가 알아들을 수 있도록 명령서를 변환하는 것으로 시작된다.
이 명령은 테이프에 기록된 일련의 문자열이다. 튜링은 이것을 머신의 ‘표준서술(standard description)’이라 불렀는데, 요즘은 ‘프로그램(program)’이라는 용어로 불리고 있다. 프로그램은 내장되어 있지 않고 컴퓨터의 메모리에 저장된다.
튜링이 정의한 서브루틴 라이브러리(subroutine library, 다양한 서브루틴이 저장되어 있는 곳)와 명령서를 재료 삼아 공들여 만든 범용계산기계는 구조가 꽤 복잡하지만 크기는 유한하다.
튜링은 그 유명한 논문에서 단 4페이지만을 할애하여 이 놀라운 기계의 작동 원리를 완벽하게 설명했다. 적절한 명령서가 주어지면 범용계산기계는 무한히 다양한 직업을 수행할 수 있다.
튜링의 '범용계산기계'는 학계로부터 대단한 호응을 받았고, 튜링도 실제로 컴퓨터를 설계한 적이 있으며(1945년에 영국 물리학연구소(National Physical Laboratory)에서 사용할 컴퓨터 ACE 설계에 참여), 인공지능(AI) 분야에도 많은 기여를 했기 때문에, 많은 사람들이 튜링을 ‘컴퓨터의 최초 발명자’로 알고 있다.
[튜링이 개발에 참여했던 1950년 ACE 출처 구글 이미지]사실 튜링의 논문에 등장하는 모든 논리적 도구는 오직 ‘결정 문제 해결’이라는 한 가지 목적으로 조립된 것이었다. 튜링은 이렇게 조립된 기계를 이용하여 “1차논리(술어 해석)에서 파생된 서술의 증명 가능성을 판단하는 일반적이고 체계적인 과정은 존재하지 않는다”는 것을 증명함으로써, 힐베르트의 마지막 꿈을 좌초시켰다.
튜링은 논문 마지막 부분에서, 자신이 고안한 기계(튜링머신)가 사람(컴퓨터)이 수행하는 모든 알고리듬을 똑같이 수행할 수 있다고 주장했다. 물론 사람도 튜링머신에서 이루어지는 계산을 모두 수행할 수 있지만(도중에 지루해서 죽지만 않는다면), 머신이 할 수 없는 일은 사람도 할 수 없다.
튜링의 논문이 발표되기 12개월 전에 세상을 떠들썩하게 만들었던 슈뢰딩거의 고양이처럼, 튜링머신도 머릿속에서만 진행되는 일종의 사고실험이었다. 미국의 역사학자 토머스 헤이그는 말한다. “슈뢰딩거의 의도가 ‘고양이 안락사 장치 발명’이 아니었던 것처럼, 튜링의 목적도 새로운 계산기계를 만드는 것이 아니었다.”
당시 튜링이 컴퓨터 분야에 실질적으로 기여한 부분은, 파인홀의 연로한 학자들에게 ‘기계를 이용한 계산’에 대해 긍정적인 마인드를 심어줬다는 점이다. 온라인 카지노 게임은 튜링의 논리 덕분에 ‘메모리에 저장된 명령을 이용하면 구조가 이미 결정된 단일 기계로 명령서에 기록 가능한 모든 명령을 수행할 수 있다’는 사실을 깨달았다.
온라인 카지노 게임은 1945년 6월 30일에 EDVAC 보고서를 완성함으로써, 괴델과 튜링의 추상적인 생각을 ‘프로그램 저장형 계산기(stored-program computer)’의 표준 청사진으로 바꿔놓았다.
인공지능의 기본 개념을 수립하다
온라인 카지노 게임이 제출한 「EDVAC에 대한 첫 번째 보고서」는 참으로 유별난 보고서였다. 이 글에서 ‘전자 부품’이라는 단어는 “전자 부품에 대해 굳이 설명하지 않는 이유”를 제시할 때만 등장한다. 보고서의 목적은 세부적인 공학에 얽매이지 않고 컴퓨터 시스템 전체를 포괄적으로 서술하는 것이었다.
“본 보고서에서는 자잘한 세부사항을 피하기 위해, 원리적으로 진공관과 동일한 기능을 수행하는 가상의 부품에 기초하여 논리를 진행해나갈 것이다.” 그가 말하는 ‘가상의 부품’이란, 복잡한 생리학적 요소를 제거하여 가장 이상적으로 단순화시킨 뉴런(neuron, 신경단위)을 의미한다.
온라인 카지노 게임이 EDVAC 보고서에 언급한 이상적 뉴런은 신경생리학자 워런 매컬러(Warren McCulloch)와 수학자 월터 피츠(Walter Pitts)가 1943년에 발표한 논문에서 차용한 개념이다. 두 사람은 뉴런을 몇 개의 입력 신호로 단순화 시킨 후, 신호의 합이 임계값을 초과하면 뉴런으로부터 신호가 방출된다고 가정했다.
온라인 카지노 게임은 최초의 프로그램 저장형 계산기의 원리를 설명할 때 매컬러와 피츠가 도입했던 용어와 표기법을 그대로 사용했고, 노이만이 EDVAC 보고서에서 인용한 문헌은 매컬러와 피츠의 논문 단 하나뿐이다.
[맥컬러와 피츠, 뉴론 구조 출처 구글 이미지]노이만이 서술한 조립법에는 총 5개의 ‘기관organ(부품)’이 등장하는데, 처음 3개는 덧셈이나 곱셈 같은 수학 연산을 수행하는 ‘중앙산술장치(central arithmetic unit)’와 명령이 올바른 순서로 실행되도록 제어하는 ‘중앙제어장치(central control unit)’, 그리고 계산기의 코드와 숫자를 저장하는 ‘메모리(memory)’였다. 나머지 네 번째와 다섯 번째는 계산기의 내부와 외부로 데이터를 전송하는 입력 및 출력 장치이다.
지금도 컴퓨터 설계자들은 컴퓨터의 전체적인 구성을 ‘폰 노이만 구조(von Neumann architecture)’라 부르고 있으며, 요즘 사용되는 대부분의 컴퓨터(스마트폰, 노트북, 데스크톱 등)는 이 원칙에 따라 제작된다.
[폰 온라인 카지노 게임 구조 출처 나무위키]온라인 카지노 게임은 EDVAC 보고서의 상당 부분을 ‘지연선(delay line)’을 설명하는 데 할애했다. 지연선은 1944년에 프리스퍼 에커트가 발명한 회로소자로서, 이것을 적용하면 저렴한 가격으로 저장 용량을 크게 늘릴 수 있다. 그 후 에커트는 ‘수은 지연선’이 데이터를 저장하고 검색하는 데 사용될 수 있음을 깨달았다.
ENIAC에 설치된 1만 8,000개의 변덕스러운 진공관 중 1만 1,000개는 데이터 저장용이었다. 반면에 EDVAC을 모델로 한 1세대 컴퓨터는 수은 튜브에서 음향 신호를 순환시키는 식으로 데이터를 저장했기 때문에, 진공관의 수가 10분의 1로 줄어들었다. 그러나 지연선은 전성기를 제대로 누리지 못하고 물러나게 된다.
[EDVAC과 폰 온라인 카지노 게임 출처 구글 이미지]이후 형광면에 하전입자로 점을 새겨서 데이터를 저장하는 음극선관(cathode ray tube)이 새로 등장했고, 세라믹 고리의 자화상태(magnetization)를 뒤집어서 0 또는 1을 저장하는 자기코어 기억장치(magnetic-core memory)가 연이어 발명되었기 때문이다. 게다가 이 모든 것들은 저장 용량이 수은튜브의 수백만 배에 달하는 소형 트랜지스터와 이들로 구성된 반도체 메모리칩이 등장하면서 역사의 뒤안길로 사라졌다.
EDVAC 보고서는 완성되지 않았다. 1945년 여름에 노이만에게 더욱 시급한 임무가 떨어졌기 때문이다. 그러나 미완성 상태의 보고서만으로도 뛸 듯이 기뻤던 골드스타인은 부족한 부분을 대충 채워 넣어서 보고서를 마무리한 후, 노이만과 모클리, 그리고 에커트에게도 알리지 않은 채 미국을 비롯한 여러 나라에서 컴퓨터를 설계 중인 과학자와 공학자들에게 배포했다.
노이만의 보고서가 모든 사람에게 환영받은 것은 아니었다. 골드스타인은 보고서를 마무리하면서 표지에 노이만의 이름만 적어놓았는데, 이것이 불씨의 화근이었다. 컴퓨터 설계도로 특허 출원을 마음에 두고 있었던 에커트와 모클리는 자신의 이름이 누락되었다며 크게 분노했고, ENIAC을 만든 사람들은 노이만이 전임자가 했던 일을 그대로 따라 하면서 자신의 역할을 부풀렸다고 주장했다.
모클리와 에커트는 온라인 카지노 게임이 수백만 달러를 훔쳤다며 맹렬히 비난했고. 온라인 카지노 게임이 그들(모클리와 에커트)의 가장 큰 경쟁사로부터 수천 달러를 받고 자문 계약을 체결했다는 소식을 들었을 때에는 거의 이성을 잃을 정도로 격분했다. “온라인 카지노 게임은 우리가 개발한 모든 아이디어를 IBM에 알뜰히 팔아넘겼습니다. 그것도 앞문이 아닌 뒷문으로 말이죠.” * IBM은 여러 해 동안 매년 한 달씩 자문을 받는 대가로 노이만에게 거의 1년 치 연봉을 지불했지만, 노이만이 IBM과 일하기 시작한 것은 1951년부터였다.
소송전에 휘말린 EDVAC
1946년에 에커트와 모클리가 대노했다는 소식을 접했을 때, 온라인 카지노 게임은 “EDVAC의 일부는 완전히 나 혼자 만든 작품이며, 나머지 부분에 대해서도 공동 소유권이 있다”면서 불쾌한 속내를 드러냈다. “내가 무어스쿨에서 자문해줬던 사람들이 장사꾼 집단이라는 걸 진작 알았다면, 처음부터 그곳에 발을 들이지도 않았을 겁니다.”
이후 고등연구소의 컴퓨터에 대한 특허권은 1947년에 미국 정부의 소유로 넘어갔고, 고등연구소 컴퓨터 설계팀은 자세한 보고서를 작성하여 전 세계 175개 연구소에 보내는 등 컴퓨터 시대를 앞당기는 데 커다란 역할을 했다.
ENIAC과 EDVAC에 대한 지적재산권 및 특허권 관련 소송은 향후 수십 년 동안 계속되었다. 노이만이 살아 있었다면 1973년 10월 19일에 내려진 최종 판결에 매우 흡족했을 것이다. 그때 담당 판사는 디지털 전자 컴퓨터를 ‘만인의 소유’로 선언하면서 기나긴 논쟁에 마침표를 찍었다.
미국 법상 '발명가는 발명품의 정상 작동 여부가 확인된 날부터 1년 안에 특허를 신청'해야 한다. ENIAC은 1945년 12월에 로스앨러모스에서 요청한 계산에 착수했고 1946년 2월에 <뉴욕타임스의 1면에 실리면서 일반 대중에게 공개되었지만, 특허는 그 존재가 공개되고 16개월 후인 1947년 6월에 접수되었다.
담당 판사는 1945년 중반부터 배포되기 시작한 노이만의 EDVAC 보고서가 디지털 전자 컴퓨터의 핵심 아이디어를 공동 발명자의 허락 없이 일찍 공개했으며, 디지털 컴퓨터는 에커트와 모클리의 발명품이 존 빈센트 아타나소프(John vincent Atanasoff)의 아이디어에서 비롯된 것이라고 판결했다. 연방법원의 최장기 재판 기록을 세운 이 기나긴 소송전에서 결국 법정은 20세기 최고의 발명품에 “어느 누구도 독점할 수 없다”는 판결을 내렸다.
그로부터 약 10년 후, 미국에서는 “기업 비밀을 지양하고, 가능한 한 많은 정보를 공유하여 공동의 이익을 추구하자”는 오픈소스운동(open source movement)이 일어나 수많은 발명가와 혁신가들이 꿈을 펼칠 수 있는 토대가 마련되었고, 이는 노이만 덕분이라고 해도 과언이 아닐 것이다.
온라인 카지노 게임은 무어스쿨을 정기적으로 방문해오다가 특허권 분쟁으로 연구팀이 사분오열된 1946년부터 발길을 끊었다. EDVAC은 노이만의 보고서 덕분에 가장 널리 알려진 '이론적 기계'가 되었지만, 정작 EDVAC이라는 이름이 붙은 실물 컴퓨터는 1949년에 배에 실려 탄도학연구소로 배달된 후 문제를 해결하기 위해 진공관이 계속 추가되어 노이만이 작성한 보고서의 의도로부터 멀어지면서 점차 이상한 괴물로 변해갔다.
프린스턴 고등연구소 프로젝트를 시작하다
온라인 카지노 게임은 새로운 컴퓨터 프로젝트를 유치하려는 명문 대학들로부터 수많은 러브콜을 받았다. 특히 노버트 위너는 노이만을 MIT로 데려오기 위해 다음과 같은 편지를 보냈다. "당신의 계획이 프린스티튜트(Princetitute, 노이만이 있는 프린스턴과 위너가 있는 MIT의 합성어)에 잘 어울 어울릴 것 같지 않나요? 컴퓨터를 만들려면 크고 좋은 실험실이 필요할 겁니다. 물론 이론만 캐는 상아탑에는 그런 실험실이 없겠지요?”
열띤 스카우트 열풍에 위기감을 느낀 프린스턴 고등연구소 소장 프랭크 에이들럿(Frank Aydelotte)은 이사회를 찾아가 연구비 10만 달러를 당장 온라인 카지노 게임에게 지급하라고 강력하게 주장했고, 당시 온라인 카지노 게임에게 필요한 연구비는 30만 달러였는데, 나머지 20만 달러는 군부로부터 지원받았다. 온라인 카지노 게임이 육, 해, 공군의 장성들을 찾아가 끈질기게 설득했기 때문이다.
온라인 카지노 게임은 육군과 해군 장성들에게 컴퓨터의 단기적이고 실용적인 용도를 강조한 반면, 동료 과학자와 고등연구소의 임원들 앞에서는 장차 컴퓨터를 통해 해결될 학술적 문제를 나열하면서 거창한 청사진을 보여주었다.
컴퓨터가 수학자와 물리학자 등 여러 분야의 학자들에게 새로운 지식의 장을 열어준다는 점에는 의심의 여지가 없습니다. 직경 5미터짜리 천체망원경이 등장하면서 관측 가능한 우주가 엄청나게 넓어진 것처럼, 컴퓨터는 과학이 탐구할 수 있는 영역을 과거와 비교가 안 될 정도로 넓혀줄 것입니다.
[프린스턴 고등연구소 컴퓨터 프로젝트 팀(1952년) 출처 본문]고등연구소 프로젝트는 서서히 탄력을 받기 시작했고, 온라인 카지노 게임은 골드스타인과 아서 벅스를 첫 팀원으로 고용했다(골드스타인은 프로젝트 책임자로 임명되었다). 에커트는 프로젝트 참여를 거절하고 모클리와 함께 사업가로 변신했다. 온라인 카지노 게임은 에커트를 대신할 수석엔지니어를 찾기 위해 사방을 물색하다가, 전시에 위너에게 스카우트된 후 MIT에서 줄곧 일해온 줄리안 비글로(Julian Bigelow)에게 시선이 꽂혔다.
온라인 카지노 게임은 헤르만 골드스타인, 아델 골드스타인(두 사람은 부부이다)과 함께 ENIAC 개조 계획을 수립했다. 당시 아델은 26세의 젊은 나이였지만 수학 석사학위 과정을 마쳤고 ENIAC을 속속들이 알고 있었다. 그해 7월에 그녀는 프로그램에 사용할 51개의 명령어와 ENIAC이 명령을 해독하고 수행하는 데 필요한 배선 및 스위치 설정을 일목요연하게 정리하여 변환 계획서를 만들었다.
[줄리안 비글로, 헤르만 골드스타인, 오펜하이며, 폰 노이만 출처 구글 이미지]ENIAC의 운영자 중 한 사람이었던 진 바틱(Jean Bartik, 원래 이름은 베티 진 제닝스Betty Jean Jennings임)은 1947년 3월에 프로그램 전문가로 고용되었는데, 오직 이 업무 하나를 위해 사람이 고용된 것은 역사상 처음이었다. 그러나 로스앨러모스에는 핵무기와 관련된 기밀사항을 누설할 염려가 없으면서 ENIAC의 단점을 속속들이 알고 있는 인력이 필요했고, 거기에 딱 맞는 사람은 온라인 카지노 게임의 아내 클라라였다.
몬테카를로와 컴퓨터 시뮬레이션의 탄생
전쟁이 끝난 후 처음 찾아온 크리스마스에 클라라는 남편이 근무하는 비밀 연구소를 방문했다. 드디어 온라인 카지노 게임의 삶을 가리고 있던 비밀의 커튼이 걷히고, 끈끈한 동료애로 뭉친 로스앨러모스의 과학자들은 클라라를 열렬히 환영해주었다.
어느 날, 클라라가 노이만의 연구팀이 만든 프로그램에서 ‘버그bug(프로그램상의 사소한 오류. 논리적 오류는 버그가 아니라 재앙 또는 대형 참사에 속한다)’를 발견했다. 감탄한 온라인 카지노 게임은 클라라를 한껏 치켜세웠고, 자신감을 얻은 그녀는 ENIAC과 함께 보내는 시간이 점점 많아지다가 1947년 여름에 로스앨러모스 연구단지의 자문위원이 되었다.
훗날 클라라는 이 시절을 회상하며 말했다. “그 시기에 제가 한 일은 대수방정식을 수치 형식(numerical form)으로 바꾼 후, 이것을 기계가 알아들을 수 있는 기계어로 변환하는 것이었습니다. 당시에는 잘 몰랐지만, 내가 바로 최초의 코더coder(프로그래머)였던 셈이죠.”
온라인 카지노 게임과 울람은 전통적인 방법으로 풀 수 없는 방정식의 대략적인 해를 구하기 위해, 확률을 이용한 새로운 방법을 개발했다.클라라가 하는 일은 ENIAC의 수치 처리 능력을 최대한으로 발휘하여 핵폭탄 안에서 사방으로 퍼져나가는 중성자의 궤적을 계산하는 것이었는데, 노이만과 울람의 아이디어를 테스트하기에 딱 좋은 문제였다. 온라인 카지노 게임은 이것을 ‘몬테카를로’라고 이름 붙였다(온라인 카지노 게임과 클라라가 처음 만난 곳은 몬테카를로의 한 카지노였다).
울람은 현실 세계에서 직면하는 많은 문제들도 본질적으로 솔리테어 게임에서 이긴 횟수를 세는 것과 비슷하다는 것을 깨달았다. “폭탄 1개를 직접 만들어서 터뜨리는 것보다, 폭탄이 터지는 과정을 컴퓨터로 수천 번 모방하는 게(즉 시뮬레이션하는 게) 훨씬 싸게 먹히지 않는가!”
몬테카를로가 등장하면서 연쇄반응을 컴퓨터로 흉내 내는 것이 처음으로 가능해졌다. 핵폭탄 속에서 중성자가 취할 수 있는 거동은 너무 많아서 계산이 거의 불가능하지만, 이 과정을 컴퓨터로 수백, 수천 번 반복하면 핵반응의 전체적인 양상을 거의 정확하게 알 수 있다. 즉 내부 구성이 어떤 배열일 때 폭탄의 효율이 극대화되는지 오직 컴퓨터만으로 알 수 있다는 뜻이다. 로스앨러모스에서 원하던 분석법이 바로 이것이었다.
그 후 1947년 3월에 온라인 카지노 게임은 11페이지짜리 「전자 컴퓨터를 이용한 몬테카를로 폭탄 시뮬레이션 계획서」를 작성하여 로스앨러모스의 이론분과 책임자인 로버트 리히트미어(Robert Richtmyer)에게 보냈다. 요즘 컴퓨터는 하루에도 수천 번씩 몬테카를로 시뮬레이션을 수행하면서 주식투자 전략을 짜고, 신소재의 특성을 실험하고, 대학원생들의 적분을 도와주고 있다.
온라인 카지노 게임은 난수(random number, 정해진 범위 안에서 아무런 규칙 없이 생성된 수)를 이용하여 폭탄 안에서 움직이는 중성자 100개의 궤적을 그려서 모든 가능한 상호작용의 결과를 수집한다는 계획을 세웠다. 여기에는 중성자 1개의 몬테카를로 시뮬레이션에 필요한 81단계의 계산 과정도 포함되어 있었다.
그 후로 노이만과 골드스타인은 몇 개월에 걸쳐 이 계획을 프로그램으로 구현하는 보고서와 몬테카를로 프로그램의 진행 순서를 한눈에 보여주는 순서도(flowchart 또는 흐름도)를 작성했다(순서도는 요즘 컴퓨터 알고리듬에도 여전히 사용되고 있다).
[몬테카를로 시뮬레이션 출처 구글 이미지]이후 아델 골드스타인과 리히트미어는 얼마 지나지 않아 ‘하마 프로젝트(Project Hippo)’라는 또 다른 핵폭탄 개발 계획에 차출되어 프린스턴을 떠났고, 그 후로 클라라가 책임자로 임명되어 노이만이 그린 순서도를 컴퓨터 언어로 변환하는 작업에 착수했다.
첫 번째 몬테카를로 시뮬레이션은 4월 28일에 시작해서 5월 10일에 종료되었다. 울람은 곧바로 노이만에게 편지를 썼다. “방금 닉하고 통화했는데, ENIAC이 정말로 기적 같은 일을 해냈어요. 무려 2만 5,000장의 카드가 생성되었답니다!” 그리고 최근 들어 역사학자들이 이때 실행된 두 번째 몬테카를로 시뮬레이션 프로그램을 발견했는데, 클라라가 직접 작성한 코드는 28페이지나 되고, 계산은 11월 7일에 완료되었다.
클라라는 세 번째 몬테카를로 시뮬레이션을 앞두고 울람에게 편지를 썼다. “상황이 반전된 것 같아요. 저를 위해 기도해주시고, 행운을 빌어주세요,” 1949년 6월 24일에 마지막 시뮬레이션을 성공적으로 끝낸 후, 거의 탈진 상태에 이른 클라라는 같은 달 28일에 비밀문서를 들고 프린스턴의 집으로 돌아왔다.
1950년에 그녀는 마지막으로 애버딘을 방문하여 “핵분열 폭탄으로 핵융합 폭탄을 점화시킬 수 있는지” 확인하는 텔러의 슈퍼폭탄 테스트 작업에 참여했다. 그러나 시뮬레이션 결과 텔러의 설계로는 충분한 열이 발생하지 않는 것으로 판명되었고, 결국 그 설계도는 서랍 속으로 들어갔다.
“이제 우리는 결코 예전으로 돌아갈 수 없을 것이다”
클라라는 1950년에 수소폭탄과 관련된 계산을 마친 후 컴퓨터의 최전선에서 은퇴했고, 얼마 후 로스앨러모스에는 메트로폴리스의 지휘하에 제작된 ‘MANIAC I'이 가동되기 시작했다.
클라라는 은퇴 후에도 도와달라는 요청이 사방에서 쇄도했는데, 불안감과 우울증에 시달리던 그녀는 남편이 설계한 고등연구소 컴퓨터가 안정적으로 가동되기 시작한 1952년부터 더 이상 코딩 작업을 하지 않았다.
지금도 일각에서는 개조된 ENIAC이 진정한 프로그램 저장형 컴퓨터였는지 여부를 놓고 격렬한 논쟁을 벌이는 중이다. 그러나 클라라의 몬테카를로 코드가 “복잡하면서도 유용한” 최초의 현대식 프로그램이라는 데에는 이견의 여지가 없다.
[클라라와 당시 기상 예측 순서도 출처 구글 이미지]1951년개발 일정에 차질을 빚었던 고등연구소 컴퓨터가 드디어 첫 가동에 들어갔다. 완벽주의자였던 수석엔지니어 줄리안 비글로는 골드스타인과 궁합이 맞지 않았는지 거의 모든 문제에서 의견 충돌을 겪었고, 꾸준히 진도를 나가는 사람은 노이만뿐이었다.
고등연구소 컴퓨터를 거대한 엔진에 비유했던 작가 조지 다이슨(George Dyson)의 이야기를 들어보자. “그 기계는 높이 1.8미터, 폭 60센티미터, 길이 2.4미터짜리 V-40(40기통) 터보차저 엔진 같았다. 컴퓨터 본체는 알루미늄 프레임으로 덮여 있고, 크랭크 케이스 안에는 양쪽으로 20개의 실린더가 달려 있으며, 실린더 안에는 피스톤 대신 1,024비트의 메모리 튜브가 장착되어 있다.”
[1952년 프린스턴 고등연구소 컴퓨터 출처 본문]이후 많은 후속 컴퓨터들이 뒤를 이었지만 가장 주목을 끈 것은 1953년에 대중에게 공개된 IBM의 701과 모클리와 애커트가 만든 최초의 상업용 컴퓨터 UNIVAC (Universal Automatic Computer)*였다. 과학 연구 목적 IBM 701은 주 매출원이 펀치카드 제표기(punch card tabulator)였던 IBM에 커다란 전환점이 되었다.
[최초의 상업용 컴퓨터 UNIVAC 출처 구글 이미지]노이만과 수많은 컴퓨터에 자극받은 IBM은 기존의 '기계식 지향형' 방침을 대대적으로 수정하여 EDVAC에 기초한 프로그램 저장형 디지털 기기를 생산했고, 1960년대 전 세계 전자 컴퓨터의 70퍼센트를 생산하는 초대형 기업으로 성장했다. 텔러는 IBM이 벌어들인 돈의 절반이 노이만에게 진 빚이나 다름없다고 했다.
온라인 카지노 게임은 자신이 발명한 기계의 잠재적 가치를 알고 있었을까? 그렇다. 누구보다 정확하게 알고 있었다. 그는 1955년에 컴퓨터의 전체적인 능력이 1945년 이후로 매년 거의 두 배씩 향상되어왔음을 지적했고, 그 후에도 이런 추세가 계속될 것이라고 했다.
온라인 카지노 게임의 예측은 집적회로(integrated circuit)에 들어가는 회로소자의 개수가 매년 두 배씩 증가한다는 ‘무어의 법칙(Moore’s law)’을 연상시킨다. 이것은 인텔(Intel)의 공동 창업주였던 고든 무어(Gordon Moore)가 1965년에 했던 말인데, 연도로 보나 경험치로 보나 온라인 카지노 게임이 원조였음은 두말할 필요도 없다.
현대 컴퓨터의 기초인 논리학과 수학을 누구보다 깊이 이해했던 사람이 그것을 구현하는 데 필요한 기술과 영향력, 그리고 운영 능력을 최고 수준으로 발휘하면서 더욱 강력한 기계가 만들어지도록 밀어붙이는 추진력까지 갖췄다니, 인류의 역사에 이런 인물이 또 나올 수 있을지 의심스럽다.
온라인 카지노 게임이 세상을 떠난 후, 비글로는 다음과 같은 글로 그를 추모했다. “온라인 카지노 게임은 우리 마음속에 엉켜 있는 거미줄을 말끔하게 제거했다. 그가 아니고서는 도저히 할 수 없는 일이다. 과거와는 비교할 수 없을 정도로 막강해진 계산 능력이 과학을 비롯한 모든 분야에 침투하여 세상을 완전히 바꿔놓았다. 이제 우리는 결코 예전으로 돌아갈 수 없을 것이다.”
<5편에서 계속
