5G 관련 산업에 대하여

학교 보고서인데 평가용으로 쓰고 버리기 아까워서 올려본다.

'코리아 5G+ 핵심산업 & 킬러 서비스 빅콘서트 2019'라는 세미나에 다녀온 후 쓴 것.

뭐.. 당시에 워낙 바뻐서 대충대충 휘갈겨썼고 쪽수 제한이 있어서 딱히 특별한 내용은 없지만 전반적인 맥락을 짚어주기엔 좋은듯.

 

예를 들어 스타디아에 관련된 예측은 정확히 맞아 떨어졌다.

4K용 정액제+별도의 게임비용. 완전 미친짓이자 기술적 기만이다.

 

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1. 개요.

5G는 2Gbps의 속도, 1ms의 지연, 백만 개/㎢의 연결을 가질 수 있는 통신 방식이다.
따라서 용량이 큰 4K나 VR, AR 콘텐츠를 빨리 다운로드 받을 수 있고, 드론 제어와 자율주행 그리고 게임을 실시간으로 하며, 다양한 IOT 기기들을 이용한 스마트팩토리와 스마트시티가 탄생할 수 있다.

5G 주요 내용과 산업

 

2. 미디어.

5G 킬러콘텐츠 후보와 현 상황

VR과 AR은 하드웨어(디스플레이), 자율주행은 안전성, IOT는 보급, 드론은 관련 프로토콜개발 등의 한계 때문에 현 상황에서 5G의 장점을 바로 흡수할 수 있는 것은 게임이라고 한다.
그렇다면 모든 실시간 게임을 하기 좋은가?

 

제 결론은 그렇지 않다.
특히 커스텀 요소가 많은 게임일수록 힘들 것이라고 예상한다.

 

왜냐하면, 변경되지 않는 영상 등의 정적인 요소는 예측할 수 있고 커다란 단위로 전송을 할 수 있지만, 게임의 동적인 요소(사용자의 입력)는 예측하기가 힘들므로 큰 단위로 묶을 수 없고 작은 단위로 전송을 할 수밖에 없다. (커다란 단위로 전송하면 버려지는 리소스가 많아져 비효율적)
그런데 오버헤드 작업(TCP로 치면 RTT)이 있으므로 작은 단위의 속도는 우리가 생각했던 것만큼 빨라지기 힘들며, 현재 게이밍 시장을 보면 60Hz(1프레임당 16.666ms) 모니터도 느리게 보인다며 144Hz(이론상 1프레임당 6.944ms, 현재 그래픽카드의 사양이 받쳐주지 못함) 모니터로 넘어가는 상황이라 프레임이 매우 중요한 격투나 FPS 게임, 커스텀 요소가 많은 게임은 현실적으로 우리의 환상을 만족시켜주지 못할 거라 예상한다.
사실 특수상대성이론을 따라 빛은 우주의 최고속도인데(지구 한 바퀴에 133.333ms) 4개의 권역으로 나뉘어 서비스해도 33.25ms의 지연시간을 가질 수밖에 없으므로 물리적으로도 한계가 존재한다고 할 수 있다.

구글의 스타디아가 4K 60프레임을 지원한다고 광고하지만 5G가 보급된다고 하더라도 환상적인 지연시간을 보여주진 않을 거로 예측할 수 있다. 또한, 완전한 클라우드 기반의 게임의 연산비용은 인코딩을 해두면 끝인 영상과 달리 매우 크므로 결국 소비자가 떠맡게 되므로 소비자에겐 오히려 전반적인 비용의 증가로 돌아온다.

대신, 강연자는 다른 대안을 제안했다.
2G 때는 벨소리와 컬러링, 3G 때는 사진, 4G는 영상이 콘텐츠를 주도했다면 5G 시대는 AI를 이용한 콘텐츠가 주가 될 수 있다고 이야기했다. 그 이유로 소비자들이 갈수록 동적인 콘텐츠를 소모하는 추세며 동시에 생산(예: 유튜브, 스냅챗)함을 들었다.

따라서 작곡, 작문 등을 보조해주는 AI가 등장하여 소비자가 쉽고 간단한 방법으로 콘텐츠를 생산하고 배포할 수 있다는 뜻이었는데 완전히는 아니지만, 어느 정도 동의한다. 저 같은 경우는 실시간 콘텐츠와 관련된 AI 기술이 가능성 있다고 생각합니다.

 

3. 양자통신과 기술.

5G의 구현방식 중 New Radio는 보안이 약하다는 말이 많아 양자암호를 적용하는 실험 중이라 연관이 있었다.
양자역학의 성질인 중첩성(0, 1이 동시에 존재), 비가역성(복제 불가하며 상태 값 확정 후 되돌리기 불가), 불확정성(위치와 운동량을 동시에 알 수 없음), 얽힘(거리와 무관하게 두 양자 쌍에는 특수한 상관관계가 존재) 4가지 특성 때문에 일어나는 일들이다.

양자 컴퓨터부터 차근차근 알아보자.
보통 반도체는 크지 않은 밴드 갭을 가지고 있고, 전압을 걸어주어 역치를 넘어서면 전류가 흐르기 시작하는 원리로 0과 1의 상태를 가진다. 따라서 비트 수($n$)가 증가할수록 $2n$으로 처리할 수 있는 명령어가 증가한다. 그러나 양자 컴퓨터의 큐비트는 중첩 가능하므로 $2^n$으로 증가한다. 게다가 얽힘을 사용하면 병렬계산하기 편하므로 성능이 향상될 여지는 더욱 커진다. 따라서 양자 컴퓨터가 상용화하게 되면 소인수분해의 계산시간이 많이 걸리는 것을 이용한 현대암호체계는 위험해진다.

 

양자암호 통신 구성

그럼 무결성을 가질만한 암호기술은 없을까?
역시 양자의 특성에 해법은 숨어있다. 우선 양자의 스핀은 8가지 위상($x$, $y$, $z$축으로 $+-$)이 가능하다. 스핀 값이 바로 암호화 시 나타낼 수 있는 값이며 편광필터를 이용해 생성하고, 측정해 보관할 수 있다.
해커가 중간에 정보의 탈취 시 들키지 않을 경우의 수는 모든 위상을 맞추는 딱 1번뿐이다. 우선 양자의 상태는 복제 불가하고 중첩된 상태로 전송되므로 원래의 상태를 알 수 없다. 이러한 상황에서 만약 다른 위상을 골랐다면 관찰이 되었으므로 양자의 상태가 붕괴하여 정보의 무결성이 훼손되고 원 수신자는 해킹 시도가 있었음을 알 수 있다. SKT의 경우 세종시-SKT 대전사옥, 서울과 대전의 5G망에 양자 통신망을 적용한 상태다.

또 다른 양자기술을 이용한 보안기술에는 양자난수생성기가 있다.
LED 같은 광원 내의 원자에서 빛이 발생하는 시점은 예측 불가능하다는 점을 이용하여 만들어졌으며 암호화키를 만들 때 도움이 된다.

 

4. 커넥티드카.

스마트시티의 구조물, 주변의 자율주행차량과 짧은 지연시간으로 주고받는 정보로 인해 센서의 음영지역(예: 사거리)을 보완하여 더욱 안전한 자율주행(Level 4)을 구현할 수 있다.

자율주행을 위한 통신

커넥티드카 사업에 관심이 가는 이유는 자동차 산업이 완전히 서비스업과 결합 될 가능성이 보이기 때문이다.
완벽에 가까운 자율주행이 나오면 더는 사람이 운전을 신경 쓸 필요가 없으며(운전사 고용비) 핸들, 운전석 등 자리 차지하는 공간을 모두 없애고(디자인) 영화, 게임 등 멀티미디어 공간, 이동형 카페와 식당 등으로 쓰일 수 있다. (서비스업)

SW(유료 프로그램보다 광고), 피시방 같은 사업의 변화(비싼 이용비 대신 음식)들을 보면 앞으로 자동차 대여비(기본비)는 싸게 유지하면서 멀티미디어나 각종 서비스로부터 마진을 끌어내는 사업이 유행하리란 것은 충분히 예측할 수 있다. 현재 ‘타다’처럼 자동차 대여 + 대리기사로 법을 우회하는 방식도 아닌지라 자율주행만 보장된다면 무조건 가능한 사업이다.

 

스마트팩토리에서 장소 스캔 중

커넥티드카에 사용되는 자율주행기술의 완성 전에 스마트팩토리에서 상용화할 수 있다.
공장의 상황은 도로에 비하면 통제된 공간이고, 미리 시각적 또는 전자적인 태그를 부착해둘 수 있으므로 자율주행의 제약을 덜 받는다.

 

5. IOT와 엣지 컴퓨팅.

IOT와 MEC

아마존 대시나 스마트 홈스피커 같은 것만 아니라 앞서 다룬 자율주행에서도 각종 IOT 센서가 쓰일 예정이다.
5G의 초연결성 덕에 많은 IOT가 인터넷에 연결되어 정보를 전달하거나 전달받는데 생성되는 데이터의 양이 어마어마하다. (자율주행 자동차를 예로 들면 하루에 4000GB) 그래서 엣지(가장자리) 단에서 데이터들을 처리할 수 있는 엣지 컴퓨팅이 주목받고 있다.

MEC(Multi-Access Edge Computing) 기술은 중앙화된 클라우드 대신 네트워크의 엣지로 트래픽과 컴퓨팅 자원들을 이동시킨 후 엣지에서 데이터를 분석, 처리, 저장하여 클라우드보다 트래픽을 아끼고 저지연성을 가진다.
또한, 망사업자들은 아마존, 마이크로소프트, 구글 등 대형 클라우드 업체에 넘어가는 데이터 처리 주도권을 자신들이 가져올 수 있다고 믿기 때문에 관심을 가지는 중이라 한다.

 

6. 소감.

단순히 5G에 대해서 아는 것이 아니라 미래에 일어날 산업지형 변화를 고민해보고, 각종 기술들을 정리해 볼 수 있었던 시간이었던 것 같다.