도서요약

Rebooting the IT Revolution

The marvelous advances in computing and communications that have revolutionized our lives and businesses over the past few decades have been driven by relentless progress in semiconductor technology. From computers that filled entire rooms in the 1960s to those that now fit on the edge of a coin, devices are increasingly smaller and more powerful.

Now, as the technology is increasingly embedded in everyday objects connected to the Internet of Things (IoT) it’s crucial that the United States remains at the forefront of the Digital Revolution.

According to a report issued by the Semiconductor Industry Association (SIA) and the Semiconductor Research Corporation (SRC), the U.S. will need to invest $500 million in a focused research initiative over the next five years, to avoid losing its technology leadership.

That amount seems reasonable considering that the payoff will be many times greater. As reported on BGR.com, Cisco CEO John Chambers told an audience at the Consumer Electronics Show that by 2024, fifty billion devices will be connected to the IoT, and they will create $19 trillion in “economic benefit and value.”1 While BGR points out that Chambers didn’t provide a source for this estimate, the Trends editors suspect he mistakenly moved a decimal point in the research firm Gartner’s prediction that the IoT will generate $1.9 trillion in value.

The disparity between these numbers?$17.1 trillion, or the size of the national debt in 2013?highlights how hype and high expectations are running wild as the future of technology unfolds, shattering paradigms and threatening the balance of power in the global tech hierarchy.

Yet, even the lower figure of $1.9 trillion is substantial. It’s precisely the amount that Boeing believes the explosive growth of the Asia-Pacific market will be worth over the next twenty years to the airline industry in the form of 13,000 new jet airliners, according to an unrelated YouTube video by Saxo Bank and TradingFloor.com.2

But just as the IoT represents an opportunity for American tech firms, it’s also a threat. The report from the SIA and the SRC cautions that the ocean of data produced by the IoT is likely to exceed the capabilities of the industry’s current processing and storage technology.3 According to SRC president Ken Hansen, “The IoT, from ubiquitous sensor nodes to the cloud, will be orders of magnitude larger and more complex than anything we know today.”

That leaves only two options, according to John Neuffer, SIA president and CEO, “We either aggressively invest in research to foster new, semiconductor-driven technologies?such as the Internet of Things?that will shape the future of the digital economy, or we risk ceding ground to competitors abroad.”4

Overseas competitors aren’t just publishing reports about the IoT market; they’re making aggressive investments in the future of the industry. For example, South Korean company Samsung Electronics announced in June that it plans to invest $1.2 billion in the U.S. over four years in IoT technologies.5

According to the Wall Street Journal, “The electronics giant said the funds would be split evenly between internal research and development and investments in startups. Executives said … the new funding represents an acceleration of the company’s attempt to compete with Intel Corp., Qualcomm Inc. and others to create chips and other hardware that manufacturers can incorporate into gadgets to make them internet-connected.”

Among the IoT applications that Samsung is targeting are digital health devices; “smart machines,” including drones, robots, and autonomous vehicles; and software firms that are focusing on processing the data generated by Internet-connected devices.

Fortunately, some U.S. tech companies are also funding research into the Internet of Things. For example, IBM intends to invest $3 billion over four years to establish a business unit with more than 2,000 consultants, researchers, and developers focused on the IoT. It plans to create an open cloud-based platform for collecting and interpreting data captured from the billions of devices that will be connected. Meanwhile, Cisco is investing $150 million in startup companies that are developing IoT offerings.

But according to the report from SIA and the SRC, investments by the private sector in the U.S. won’t be enough. Instead, those efforts must be supported by government-funded programs, such as the National Strategic Computing Initiative, the Grand Challenges funded by the National Nanotechnology Initiative, and a project called BRAIN, an acronym for Brain Research through Advancing Innovative Technologies.

Which areas of research are critical? According to experts from industry, government, and academia who participated in a recent workshop called “Rebooting the IT Revolution”, the six most urgent priorities are:6

1. Energy-efficient sensing and computing. Billions of cheap sensors will need to operate at low energy in order to provide the data needed for driverless vehicles to avoid accidents, for power companies to monitor consumers’ usage, and for doctors to keep track of elderly patients’ activities, among millions of other applications. There will be so many of these sensors surrounding us that it simply won’t be possible to replace batteries in them the way that homeowners replace batteries in smoke detectors. So they will need to derive power from other sources of energy, such as sunlight or biotech innovations, in order to operate without interruption. At the other extreme, advanced processors will need to overcome existing limitations on their performance that can cause overheating.

2. Intelligent storage. With fifty billion sensors constantly churning out data, there will be a crucial need for innovative technologies that can store all that data.

3. Real-time communication ecosystem. As the amount of data soars, the need for instantaneous wireless communications bandwidth will also surge. The report asserts that “Research is needed on advanced antenna arrays and the design of reliable and resilient communication networks that are capable of self-organizing and self-reconfiguring.”

4. Multilevel and scalable security. With hundreds of internet-connected devices in every home, the risks of penetration by hackers will multiply. Add in the threat of ransomware that could seize control of the steering, acceleration, or braking of autonomous cars, as discussed recently in Trends, and the need for a robust security system is indisputable.

5. Insight computing. As the knowledge from the data harvested from all those inputs leads to new insights, tomorrow’s computer systems will continue to improve. Among the research areas that will need funding are machine learning, data analytics, neuromorphic computing, and user-machine interfaces.

6. An IoT test platform. To model different approaches to the Internet of Things, the industry will need a test platform to determine how well different solutions would work. The platform would need to be available to researchers from universities, tech companies, and government agencies.

Based on this trend, we foresee the following developments:

First, the U.S. government is likely to fund an initiative similar to the one outlined in the report from the SIA and the SRC.

The National Computing and Insight Technology Ecosystem (N-CITE) will focus on achieving energy efficient computing and sensing, intelligent storage, a real-time communication ecosystem, multilevel and scalable security, insight computing, and an IoT test platform. This will require an unprecedented level of collaboration between tech companies and the government, as well as academia. This will go a long way toward ensuring that the United States will maintain its competitive position in the Deployment Phase of the Fifth Techno-Economic Revolution.

Second, innovation will also accelerate as the result of Grand Challenge competitions that offer prizes to any innovators who can invent solutions to important problems.

For example, one challenge is to create “devices no bigger than a grain of rice that can sense, compute, and communicate without wires or maintenance for ten years,” and another is to “create computer chips that are one hundred times faster, yet consume less power.”7

Third, despite naysayers, the United States will dominate the remainder of the digital revolution.

America’s risk-taking business culture, its unrivaled research universities, its enormous defense budget, and its advantages in terms of attracting and keeping the best talent from around the world already provide huge advantages. When complemented by targeted medium-term initiatives, like N CITE, it is hard to see how any other country could surpass the United States. Only excessive regulation and a failure to safeguard intellectual property could cause it to relinquish leadership.

References
1. com, February 26, 2014, “‘Internet of Things’ Will Be Worth More than the National Debt,” by Ben Zigterman. ⓒ 2014 BGR Media LLC. All rights reserved. http://bgr.com/2014/02/26/internet-of-things-market-value/2. To find out how much growth Boeing believes the Asia-Pacific market holds over the next twenty years, visit the YouTube website at: https://www.youtube.com/watch?v=pUa5k6x-xaU3. The VAR Guy, September 6, 2015, “‘Semiconductor Groups: $500 Million Needed for Coming IoT Data Flood,” by DH Kass. ⓒ 2015 Penton. All rights reserved. http://thevarguy.com/big-data-technology-solutions-and-information/090615/semiconductor-groups-500-million-needed-coming-iot-dat4. iBid.5. The Wall Street Journal, June 21, 2016, “Samsung to Invest $1.2 Billion in ‘Internet of Things’ Startups and Research in U.S.” by Christopher Mims. ⓒ 2016 Dow Jones & Company. All rights reserved. http://www.wsj.com/articles/samsung-to-invest-1-2-billion-in-internet-of-things-startups-and-research-in-u-s-14665140056. To access the report “Rebooting the IT Revolution: A Call to Action,” visit the Semiconductor Industry Association website at: http://www.semiconductors.org/document_library_and_resources/research_and_technology/rebooting_the_it_revolution_a_call_to_action/?query=category.eq.Research and Technology&back=DocumentSIA7. CBS News, April 6, 2015, “This Is the World’s Smallest Computer,” by Rex Sakamoto. ⓒ 2015 CBS Interactive Inc. All rights reserved. http://www.cbsnews.com/news/the-worlds-smallest-computer-university-of-michigan-micro-mote/

America
IT 혁명을 재점화하다 Rebooting the IT Revolution

일본과 한국, 대만 등의 국가들의 IT에 대한 역량이 세계 최고 수준이긴 하지만, 그럼에도 미국은 디지털 혁명의 진앙지이고 여전히 전 세계 IT의 헤게모니를 장악하고 있다. 그러나 영국이 철도 혁명의 리더십을 미국에게 빼앗겼듯 미국 또한 디지털 혁명을 주도하는 역량에 있어 자기만족에 빠질 형편은 되지 못한다. IT에 있어 현재와 미래는 무엇인가?

지난 수십 년 동안 우리의 삶과 비즈니스에 혁명을 일으킨 컴퓨팅과 정보통신 분야의 놀라운 발전은 반도체 기술의 끊임없는 진보에 의해 주도되었다. 1960년대 방안 전체를 채우는 컴퓨터에서부터 이제는 동전의 가장자리에 장착될 만큼 작아진 컴퓨터에 이르기까지 해당 분야의 장치는 점점 더 작아졌지만 그 성능은 과거와 비교 불가능할 정도로 더 강력해졌다.

오늘날, 이러한 반도체 기술이 사물인터넷(IOT, Internet of Things)에 연결된 거의 모든 사물에 탑재되면서, 미국이 현재 이 디지털 혁명의 최전선에 서 있는지는 중요한 질문이 되었다.

미 반도체산업협회(SIA, Semiconductor Industry Association)와 미 반도체연구협회(SRC, Semiconductor Research Corporation)가 발표한 보고서에 따르면 미국이 기술 주도권을 잃지 않으려면 향후 5년간 이 분야에 5억 달러를 투자하여 집중적 연구 활동을 해야 한다.

5억 달러는 매우 크지만, 합리적인 투자 금액이기도 하다. 이 연구 활동에 따른 이익이 투자금 5억 달러보다 몇 배나 더 클 것이기 때문이다. BGR.com에 따르면, 시스코 사의 CEO 존 챔버스(John Chambers)는 세계가전전시회(Consumer Electronics Show)에서 "2024년까지 50억 개의 장치가 사물인터넷에 연결되어 19조 달러의 경제적 이익과 가치를 창출할 것"이라고 발표했다. BGR.com은 챔버스가 그의 예상에 대한 근거를 밝히지 않았다고 지적했지만, 아마도 그의 예상은 리서치 회사인 가트너가 사물인터넷이 1조9천억 달러의 가치를 창출할 것이라는 예측치에 대한 소수점 상의 혼동은 아닌지 의심된다.

그러나 17조1천억 달러라는 이들 수치에 대한 격차(이 액수는 2013년의 미 국가부채규모 수준이기도 하다)는 기술의 미래가 전개되면서 기존 패러다임을 산산조각 내고 글로벌 기술 권력구조를 구성하는 힘의 균형을 위협하면서, 여기에 따른 예측과 기대가 얼마나 높게 형성되고 있는지를 잘 보여주는 것이다.

사실, 최저치로 보이는 1조9천억 달러도 상당한 액수다. 삭소은행(Saxo Bank)과 트레이딩플러오닷컴(TradingFloor.com)이 제작한 유튜브 영상에 따르면 보잉 사는 아시아 태평양 시장의 폭발적인 성장이 향후 20년 동안 13,000대의 새로운 제트 여객기의 형태로 항공 산업에 큰 가치를 가져올 것이라고 믿고 있다. 보잉 사가 예측한 그 향후 20년 간의 가치가 정확하게 1조9천억 시장이다.

그러나 사물인터넷이 미국의 기술 기업들에게 기회를 제공하는 것처럼, 그것은 또한 위협을 가져오기도 한다. SIA와 SRC의 보고서는 사물인터넷으로 인해 발생하게 될 데이터의 바다(ocean of data)가 현재 이 산업의 프로세싱(processing)과 스토리지(storage) 기술의 능력을 능가할 것이라고 경고한다. SRC 회장 켄 한센(Ken Hansen)은 "유비쿼터스 센서 노드에서 클라우드에 이르기까지 사물인터넷은 오늘날 우리가 알고 있는 것보다 훨씬 더 거대하고 복잡한, 급수가 다른 규모가 될 것"이라고 말했다.

SIA의 회장이자 CEO 존 노이퍼(John Neuffer)는 "우리는 사물인터넷과 같은 새로운 반도체 주도 기술을 육성하기 위한 연구에 적극적으로 투자하고 있다. 이 새로운 기술은 디지털 경제의 미래를 형성할 것이다. 우리가 하지 않는다면, 해외 경쟁자들에게 기반을 내줘야 하는 위기에 직면할 것이다"라고 말한다.

해외 경쟁자들은 사물인터넷 시장에 대한 보고서만 작성하는 것이 아니라, 미래 산업에 적극적인 투자를 단행하고 있다. 예를 들어, 한국의 삼성전자는 2016년 6월에 사물인터넷 기술에 4년 동안 미국에 12억 달러를 투자할 계획이라고 발표했다.

「월 스트리트 저널」지에 따르면, "이 거대한 전자 회사는 그 투자금이 내부 연구 개발과 신생 기업 투자간에 균등하게 분배될 것이라고 밝혔다. 삼성전자의 임원들의 말을 해석하면, 이 새로운 자금 지원은 인텔과 퀄컴(Qualcomm), 그 외 다른 업체와 경쟁하기 위한 회사(삼성)의 관심과 노력을 가속화하는 것으로 다양한 제조업체들이 (사물들을) 인터넷에 연결될 수 있도록 각 도구에 통합할 수 있는 칩과 기타 하드웨어를 만들어내도록 할 것이다."

삼성전자가 목표로 삼고 있는 사물인터넷 애플리케이션에는 디지털 의료 기기, 드론과 로봇, 자율 주행 차량을 포함한 스마트 머신이 포함되어 있으며, 인터넷에 연결된 장치로 생성된 데이터를 처리하는 데 주력하고 있는 소프트웨어 회사들도 삼성전자의 관심 대상이다.

다행히도 미국의 일부 기술 기업들 또한 사물인터넷의 연구에 자금을 지원하고 있다. 예를 들어, IBM은 4년 동안 30억 달러를 투자하여 사물인터넷에 중점을 둔 2천 명 이상의 컨설턴트, 연구원, 개발자와 함께 사업 단위를 꾸리려 하고 있다. 이들은 앞으로 연결될 수십억 개의 장치에서 생성되는 데이터를 수집하고 분석하기 위한 개방형 클라우드 기반 플랫폼을 만들 계획이다. 한편 시스코는 사물인터넷 제품을 개발하고 있는 신생 기업들에게 1억 5,000만 달러를 투자하고 있다.

그러나 SIA와 SRC의 보고서에 따르면 미국의 민간 부문 투자는 충분하지 않을 것이다. 대신 이러한 민간의 노력과 시도는 국가전략컴퓨팅계획(NSCI, National Strategic Computing Initiative), 국가나노전략(NNI:National Nanotechnology Initiative)의 그랜드 챌린지(Grand Challenges), 브레인[BRAIN, 첨단 혁신 신경 공학을 통한 뇌 연구(Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies)]으로 불리는 프로그램과 같은 정부 자금지원 프로그램에 의해 뒷받침되어야 한다.

그렇다면 어떤 분야의 연구가 중요할까? 최근 IT혁명 재부팅(Rebooting the IT Revolution)이라는 워크샵에 참석했던 산업계, 정부, 학계 전문가들에 따르면, 가장 급박한 우선순위는 다음과 같다.

1. 에너지 효율적인 감지(sensing) 및 컴퓨팅
수백만 가지의 응용 분야 중에 무인 자동차가 능동적으로 사고를 피하기 위해, 전력 회사가 소비자의 전력 사용 내역을 모니터링하기 위해, 의사가 노인 환자의 일상 활동을 추적하기 위해 필요한 데이터를 제공받으려면 수십 억 개의 저렴한 센서들이 에너지를 적게 쓰면서 작동되어야 한다. 다만 우리 주변에는 이러한 센서들이 너무나 많아서 주택 소유자들이 연기 감지기의 배터리를 교체하는 방식처럼 이 수많은 센서의 배터리를 교체하는 것은 가능한 일이 아니다. 그래서 센서들이 중단없이 작동되도록 햇빛이나 생명공학 기술혁신과 같은 다른 에너지원으로부터 전력을 끌어내야 한다. 다른 극단에서는 첨단 프로세서가 과열을 유발할 수있는 기존 성능의 제한을 극복해줘야 할 것이다.

2. 지능형 스토리지
50억 개의 센서가 끊임없이 데이터를 대량 생산하기 때문에, 모든 데이터를 저장할 수 있는 혁신 기술이 절실히 필요하다.

3. 실시간 커뮤니케이션 생태계
데이터 양이 늘어남에 따라 즉각적인 무선 통신 대역폭에 대한 수요도 급증할 것이다. 한 연구 보고서에 따르면, "첨단 안테나 어레이(antenna array)와 자체 구성/재구성이 가능한 신뢰성 있고 탄력있는 통신 네트워크 설계에 대한 연구가 필요하다."

4. 다단계(multilevel) 및 확장 가능한 보안
모든 가정에 수백 개의 인터넷 장치가 연결되면 그만큼 해커가 공격할 침투할 위험도 커지게 될 것이다. 따라서 자율 차량의 조향, 가속, 혹은 제동을 제어할 수있는 랜섬웨어(ransomware)의 위협에 대한 대응, 그리고 강력한 보안 시스템에 대한 니즈가 분명히 발생할 것이다.

5. 인사이트 컴퓨팅(Insight computing)
모든 인풋(input, 입력)에서 수집된 데이터로 얻게 되는 지식이 새로운 통찰력으로 이어지면서, 내일의 컴퓨터 시스템은 지속적으로 개선될 것이다. 자금지원이 필요한 해당 연구 분야로는 기계 학습(machine learning), 데이터 분석, 인공두뇌(neuromorphic, 뇌신경 모방, 뉴로모픽) 컴퓨팅, 및 사용자-기계 인터페이스 등이 있다.

6. 사물인터넷 테스트 플랫폼
사물인터넷에 대한 다양한 접근 방식을 모델링하려면 해당 업계에는 다양한 솔루션이 얼마나 잘 작동할 것인가를 측정하는 테스트 플랫폼이 필요하다다. 대학, 기술 기업 및 정부 기관 연구소가 이 플랫폼을 이용할 수 있어야 한다.

이러한 트렌드에 기반하여, 우리는 다음 3가지의 전개 방향을 예측할 수 있다.

첫째, 미 정부는 SIA와 SRC의 보고서에서 제안한 것과 비슷한 계획에 자금을 조달할 것 같다.

N-CITE(National Computing and Insight Technology Ecosystem, 미국 컴퓨팅 인사이트 기술 생태계)는 에너지 효율적인 컴퓨팅 및 감지, 지능형 스토리지, 실시간 통신 생태계, 다단계 및 확장형 보안, 인사이트 컴퓨팅 및 사물인터넷 테스트 플랫폼을 구현하는 데 중점을 둔다. 이를 위해서는 기술 기업과 정부, 학계 사이에 전례없는 수준의 협력이 필요하다. 이것은 미국이 제5차 기술-경제 혁명 전개 단계에서 경쟁 우위를 유지하는 데 큰 도움이 될 것이다.

둘째, 혁신은 중요한 문제에 대한 해결책을 제시할 수 있는 혁신가에게 상을 제공하는 그랜드 챌린지(Grand Challenger) 대회의 결과로 가속화될 것이다.

예를 들어, 하나의 도전 과제는 "10년 동안 유선 장치와 유지 보수없이 감지하고 컴퓨팅하고 커뮤니케이션할 수 있는, 그러면서 크기는 쌀알보다 작은 장치"를, 또 하나는 "더 적은 전력을 소비하면서 현재보다 백배 더 빠른 컴퓨터 칩"을 만드는 것이다.

셋째, 부정하는 사람들도 있겠지만, 앞으로도 미국은 디지털 혁명의 시작과 끝에 대한 지배력을 유지할 것이다.

위험을 감수하는 미국의 비즈니스 문화, 경쟁자가 없을 정도의 연구 중심 대학들, 천문학적인 국방 예산, 전세계 최고의 인재를 유치하고 유지하는 인력풀은 이미 엄청난 이득을 갖고 있는 것이다. N-CITE와 같은 명확한 타깃이 설정된 중단기 목표가 정해지면, 미국을 능가할 수 있는 국가를 찾아보기란 쉬운 일이 아니다. 과도한 규제와 지적 재산 보호 실패만 없다면 미국이 리더십을 잃는 경우란 거의 없을 것이다.

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