미래원천기술개발사업 추진

-------------------------

과학기술처 기계전자연구조정관실 504-2363

<> 과학기술처는 21세기 국가경쟁력에 결정적 역할을 하게될 핵심원천 기술

을 도출하여 집중적이고 장기적으로 지원하는 "미래원천기술개발사업"을

착수함.

<> 본 사업의 투자규모는 기술적 난이성과 국내 연구인력의 준비상태를 감

안 우선 1단계 3년간 800억원('96년 60억원, '97년 300억원, '98년 440

억원)정도 예상하고 있으며 2, 3단계 투자규모는 1단계 연구성과에 따라

조정 예정임. 약 1년간의 연구기획과정을 거쳐 발굴된 4개 과제가 금년

에 착수되고 매년 2-3개 과제를 발굴 추가 할 계획임.

<> 발굴된 4개의 연구과제는 다음과 같음.

1. 차세대 초고밀도 반도체기억소자개발음 목표로한 "극미세구조기술개

발"

o 만약 이 과제가 성공한다면 기존 기억소자 제조기술상의 한계로 보는

4G DRAM의 범위를 넘어서 2010년경 1 Tera DRAM급 기억소자를 개발할

수 있을 것으로 봄.

2. 현재 통신, 컴퓨터, 계측기 등에 근본적인 역할을 하는 "전자"를 "광

자"로 대체하기 위한 "광기술 개발"

o 전자를 이용하는 기술을 전자파 간섭에 의한 오작동 또는 발열로 인

한 고장 등 피할 수 없는 문제점을 갖고 있지만 광자를 이용하면 지

금까지의 기술과는 전혀 다른 기술산업의 발전이 예측됨.

3. 병렬형 컴퓨터의 활용과 응용을 위한 "초고속컴퓨터기반 S/W 및 응용

기술개발"

o 분자설계 물질특성규명, 장기 기후예측 등에서 초고속 연산의 수요는

급속히 증가할 것으로 예상되며 고효율 저비용 연산방식인 병렬형 컴

퓨터 H/W개발(통산부, 정통부 주관)과 병행하여 과학기술분야에서의

용이한 활용을 위한 알고리즘 개발과 응용S/W를 개발코자함.

4. 유전 자원확보와 그 산물 연구를 통해 특유산물을 개발키 위한 "게놈

해석 및 이용 연구개발"

o 선진국들은 이미 유전자 기능분석단계에 들어가 있는 시점이므로 우

리도 본격적으로 게놈연구를 시작해야 할 시기임. 우선 본 과제에서

는 질병관련 유전자 결정, 게놈위치결정 및 기능분석 등이 연구될 것

임.

<> 이러한 과제들은 선진국에서도 거의 연구 초기단계에 머무르고 있어, 본

사업의 성공 여부는 참여하는 우리 과학자의 창의성.탁월성.국제성에 달

려있다고 봄. 따라서 이제까지 해온 특정연구와는 다른 몇가지 관리방식

을 채택하였음.

1. 전체규모의 30%는 자유응모 과제를 지원함으로써 창의적인 연구원의

참여를 보장함.

2. 연구주관기관은 의무적으로 40% 이상의 연구비를 공동 협동연구비에

할애함으로써 지방대학이 참여할 수 있는 여지를 최대한 확대함.

3. 기업참여조건을 완화함.

4. 상호경쟁을 유도하기 위하여 평가결과에 따라 일정률씩 탈락시키고 신

규과제로 대체할 예정임.

5. 연구도중에 발생하는 의문점이나 기술적 문제를 토론할 수 있도록 인

터넷 웹 홈페이지(http://ra.stepi.re.kr)을 운영할 것임.

<> 이번 사업은 10월 30일 공고하고 11월 1일 사업설명회를 개최하며 12월

부터 연구가 개시될 예정임.

<<미래원천기술개발연구(기술내용요약)>>

1. 극미세구조기술

현대의 고도 정보통신기술은 고집적데이터 저장기술의 끊임없는 발전을

요구하고 있으며, 우리나라의 반도체 기억소자 산업은 가장 중요한 산업

중의 하나로서 차세대 초고밀도 반도체 기억소자 기술에 대한 연구는 반

도체 산업의 국제 경쟁력 확보는 물론 정보통신기술 발전을 위해서는 필

수적이다.

현재의 반도체 기억소자를 살펴보면 64M DRAM은 전자 백만 개로 1bit의

정보를 기억하고 있으며, 지금까지의 메모리 발전속도를 감안하면 2010년

에는 전자 10개 이하로 1bit의 정보를 저장하게 될 것이라고 예측되고 있

다. 그러나, 기존의 기억소자구조와 공정방법으로는 기술이 발전하더라도

4G DRAM이 한계이므로 새로운 형태의 차세대 기억소자에 대한 연구가 시

급히 요구되고 있다. 최근 세계적으로 차세대 기억소자의 하나로 강력히

대두되고 있는 것 중의 하나는 단전자 트랜지스터이다. 단전자 트랜지스

터란 소자의 크기가 1mm의 십만분의 일 정도로 작아지면 전자 개개의 움

직임을 외부에서 조절해 줄 수 있다는 현상을 응용하여 개발된 것으로 이

소자에서는 전자 1개가 1bit의 정보를 저장할 수 있다. 따라서 단전자 트

랜지스터를 이용하면 1Tera DRAM급 이상의 기억소자를 개발할 수 있다.

관련 전문가들은 단전자 트랜지스터가 약 2010년 경에는 실용화 될 것이

라고 전망하고 있다.

2. 광기술

오늘날과 같을 과학기술 발전의 초석은 20세기 초에 발명된 트랜지스터에

있다고 하여도 과언이 이나다. 트랜지스터의 발명은 라디오, 전신기 등과

같은 간단한 방송, 통신장비에서부터 시작하여 컴퓨터, 인공위성과 같은

최첨단 장치에 이르기까지 여러분야에서 다양한 형태로 발전되어 사용되

고 있다.

이 트랜지스터는 전자라는 작은 전기 알맹이를 이용하는 것으로 원리적으

로 볼 때 현대 과학기술의 근간을 바로 이전자를 다루게 됨으로써 가능해

진 것이다. 그러나 전자를 이용하는 기술에는 그 한계가 있다. 예를 들면,

병원에서 사용하는 첨단 의료장비가 휴대폰의 통신 신호에 의해 오동작을

한다든가, 비행기가 휴대용 컴퓨터의 통신에 의해 방해를 받는 것과 같이

전자파에 의해 간섭을 받을 수 있다는 것이다. 뿐만 아니라 컴퓨터를 오

랫동안 사용하다 보면 열이 발생하게 되고, 이 때문에 고장이 발생할 수

도 있는데, 이것은 컴퓨터를 구성하는 반도체 소자 속에서 전자가 활발하

게 움직이므로써 발생하는 열 때문이다.

광기술은 전자가 갖는 이런 단점을 극복하기 위하여 전자 대신에 빛 알맹

이인 광자를 이용하는 기술을 말한다. 광자가 갖는 특별한 성질 즉, 아주

빠르고, 여러 가지 색깔이 있으며, 동시에 여러 가지 빛을 사용할 수 있

는 것을 이용하면, 지금까지의 전자를 이용한 기술과는 전혀 다른 과학

기술의 발전이 기대된다.

본 "광기술 분야"의 연구에서는 광자의 이런 특성을 차세대에 필요한 초

고속, 다차원으로 정보를 처리하는 기술을 연구하고, 원자를 우리가 원하

는 대로 조작할 수 있는 기술을 확보하며, 지금까지의 기술과는 전혀 다

른 새로운 원리에 바탕을 둔 측정 및 진단기술을 개발하고자 한다. 이런

기술들이 확보되면, 인공지능을 갖춘 정보처리 및 연산소자를 만들 수 있

고, 단원자 수준에서 조작되는 새로운 물질을 창출할 수 있고, 원자 레이

저나 원자 간섭계의 제작이 가능해지며, 생체 및 대기등의 상태에 대해

더 정밀하게 진단할 수 있게 될 것이다.

3. 초고속전산 및 응용기술

산업화는 인류로부터 육체적인 노동의 많은 부분을 기계로 대체하는 혁신

을 가져왔던 것과 마찬가지로 정보화 시대와 더불어 컴퓨터는 반복적이고

복잡한 정신적인 노동을 줄여 왔다. 그와 동시에 수행하고 책임져야할 정

신적인 노동의 양과 복잡성은 날로 늘어가고 있다. 예를 들면 미래의 날

씨를 예측, 새로운 분자 물질을 설계, 망원 관측 사진으로부터 근원을 해

석하고 첨단 항공기 설계를 위한 유체 해석 등은 현재의 컴퓨터는 충분히

빠르지 않을 뿐 아니라 수백억원 규모의 벡터형 슈퍼 컴퓨터 또한 만족할

만한 속도를 제공하지 못하고 가격이 비싸 엄두를 못낼 지경에 있다.

따라서 90년대에 들어 부담할 수 있는 가격에서 원하는 고성능의 컴퓨팅

자원을 원할 때 초병렬 컴퓨터(Massively Parallel Processor Computer)

의 활용을 하나의 접근 가능한 방법으로 제시되었다.

병렬처리 계산은 시스템의 성능을 극적으로 향상시킬 수 있는 하나의 방

법이다. 기존의 순차 계산에서는 모든 연산이 동시에 수행된다. 병렬 컴

퓨터는 인체에서 100억개의 계산요소(neurons)를 가지는 두뇌에 비유할

수 있다. 인간의 두뇌는 숨을 쉬고 커피를 마시고 논리적인 사고를 하는

연관성이 없는 많은 일을 동시에 조정하며 지시한다. 인간의 두뇌와 마찬

가지로 병렬 컴퓨터는 비교적 단순하고 많은 프로세서를 통합으로 각 프

로세서가 동시에 독립적인 일을 수행하여 병렬 컴퓨터의 성능을 달성한다.

현재로서는 최소의 비용으로 컴퓨터의 속도를 증가시킬 수 있는 유일한

방법이다.

많은 장점에도 불구하고 병렬 컴퓨터가 연구용으로 제한적으로 이용되고

있는 이유는 병렬 프로그래밍의 복잡성으로 인하여 사용자가 병렬 프로그

램을 쉽게 작성할 수 있는 병렬 프로그래밍 도구 기술과 병렬 응용 소프

트웨어의 부족 때문이다. 또한 과학계산을 위해 병렬 컴퓨터의 장점인 확

장성, 계산처리 속도, 입출력 기술 등의 기술개발이 필요하며 본 분야는

선진국에서도 근래에 연구를 시작한 분야로서 새로운 개념의 도입 등의

연구자의 창의성이 기대되는 연구 분야이다.

초고속 응용기술은 초고속 컴퓨터 자원을 활용하여 기존의 방법으로는 해

결할 수 없는 매우 거대하거나, 매우 미세하거나, 매우 위험하거나 등의

극심상황 또는 실험 과정이 수십년 또는 수백년의 미래 상황 예측 등의

실험을 가능하게 하는 첨단 분야이다.

물질특성 규명과 분자설계 등과 같은 미세분야에서는 기존의 실험을 수행

하기 많은 비용과 시간이 소요될 뿐만 아니라 구조 등을 시각적으로 표현

하여 해석을 하기 위해서는 계산과학에 의한 분자의 구조 계산이 필수적

이며 고성능 컴퓨터를 활용한 초고속 계산과학기술이 없이는 장기적 기후

예측은 불가능한 실정이다. 현재 선진국에서는 이러한 기술 개발을 위하

여 초병렬 컴퓨터를 도입하여 병렬컴퓨터에서의 과학계산 시뮬레이션 기

술을 개발하고 신약설계, 신물질 개발, 지구환경개선, 첨단 항공기 설계

등에 활용하기 위한 연구가 진행중에 있다.

초고속 계산과학기술은 각 응용분야의 신기술 개발과 병행하여 개발이 가

능하며 새로운 이론을 실험에 도입하기전에 실험의 타당성을 검증하는데

도 많이 활용되고 있으며 특히 미세구조인 물질 특성 연구와 분자 설계

분야에서의 초고속 계산과학의 기술은 기술적 뿐만 아니라 미래산업의 경

제적 파급 효과가 큰 기반 기술이며 미래의 날씨, 기후 변화를 예측하기

위해서는 대기과학에서의 초고속 계산기술은 필수적인 핵심 기술중 하나

이다. 이러한 계산과학기술은 응용기술과 전산기술이 접목되어 학제간의

많은 교류를 요구하며 새로운 기술의 생성을 가져올 수 있는 가능성이 큰

기술 분야이다.

4. 게놈해석 및 이용연구

생물의 전 유전형질정보가 담겨있는 생체물질을 "게놈(genome)"이라 한다.

현재 세계 주요 생물관련연구기관에서는 인체게놈연구사업(Human Genome

Project)을 위시하여 생물의 게놈연구를 수행하고 있다. 이는 사람과 생

물의 게놈에 담겨있는 모든 유전정보를 해독하자는 연구이다. 그런데 왜

게놈연구를 하는가? 그것도 천문학적인 연구비를 들여서, 이는 21세기에

주도할 생물산업의 산업정보와 새로운 과학기술을 확보하자는 것이다. 사

람의 경우 게놈 DNA안에 30여억개의 정보가 수록되어져 있는 것으로 알려

졌다. 이 게놈안에 있는 생명정보는 생체물질의 제조명령, 생체내 기구와

체계의 구성, 그리고 본능적인 생존방법 등이 생명정보체계에 맞추어 수

록되어 있는 것이다. 그래서 이 유전정보는 생물의 생존과 번식에 필요한

완벽한 정보이면서 생명체의 설계도라고 할 수 있다.

국내에서도 1989년부터 관련 연구자들이 모여 연구참여의 필요성을 논의

하고, 1990년 4월 13일 "한국인체유전자연구회(현 한국게놈학술협의회)"

를 결성하여, 국제게놈연구의 현황파악과 한국게놈연구의 방향설정에 주

력하여 왔다. 1994년 과기처로부터 (국책)생명공학기술개발사업(일명

"Biotech 2000")의 일환으로 4억원의 연구비가 지원되기 시작하였으며

('95년도는 8억원), 농진청에서 별도의 "벼게놈연구사업"을 시작하였다.

현재 국내에서는 인체의 간과 T세포에서 발현되는 유전자를 중심으로 신

규 유용 유전자 발굴을 2년여 수행하고 있으며, 몇가지의 미생물 게놈연

구와 벼, 배추 등 몇가지의 식물게놈연구가 수행되고 있다. 또한 유전정

보체계의 구축과 게놈분석 신규 기술의 개발 및 선진기술의 전수를 위한

연구에도 연구비가 지원되어 왔다. 한국의 경제적 과학 기술적 수준으로

보아 선진국들이 수행하는 규모의 사업을 추진할 수는 없다. 따라서 최소

한의 연구비와 인력/장비로써 최대한의 효과를 얻기 위해 지극히 효율적

으로 연구사업을 수행하여야 하므로 소수의 연구과제를 집중 육성할 필요

가 있다. 또한 선진국들이 이미 상당 수준 진행시킨 연구분야에 경쟁적으

로 참여할 필요는 없으며 전혀 새로운 유전자 자원을 확보하고 그 산물들

을 연구함으로써 한국 특유의 산물을 개발하는 독창성을 발휘할 필요가

있다. 더욱이 이제 선진국들은 유전자의 기능을 분석하기 위한 새로운 기

술 개발에 돌입하였으므로, 이점에 있어서도 향후 선진국들과의 차이가

심화될 것으로 우려된다. 거의 모든 면에서 뒤져있는 우리의 현실에서 이

제나마 본격적인 게놈연구를 국내에서 시작한다면, 우리는 효과적인 중간

진입을 꽤해야 할 것이다.