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2015년 2월 27일 금요일

역사상 가장 큰 날개를 가진 항공기에서 로켓 발사 ? - 스트라토런치 시스템



 항공기 혹은 풍선을 1단으로 사용해서 우주 로켓을 발사하려는 시도는 역사가 꽤 오래됩니다. 하지만 공중 발사 궤도 로켓 (air launch to orbit) 가 실제로 위성을 발사하는 데 사용된 것은 1990년 첫 발사에 성공한 페가수스 로켓이 처음입니다. ( http://jjy0501.blogspot.kr/2012/04/blog-post_25.html 참조) 이후 페가수스 로켓은 2013년까지 총 42회의 발사 가운데 37회 성공, 3회 실패, 2회 부분 실패의 성적을 기록했습니다. 당초 기대했던 것 만큼 비용을 절감하지는 못했지만 아무튼 성공적으로 운용된 첫번째 공중 발사 궤도 로켓이라고 하겠습니다. 

 항공기를 1 단으로 로켓을 사용하게 되면 본래 단독으로 우주 궤도에 위성을 발사할 수 없는 작은 로켓이라도 위성 발사가 가능해집니다. 로켓과 달리 항공기는 여러 번 재활용이 가능하므로 비용을 줄일 수 있다는 것이 이 컨셉의 핵심이었습니다. 

 그러나 페가수스는 여러 가지 단점도 많았습니다. 작은 로켓에 발사하다보니 저 지구궤도(LEO) 페이로드가 443kg 정도로 작았으며, 항공기 동체 하부에 탑재하는 디자인 때문에 지름이 작아서 1.18m 지름에 2.13m 길이의 물체밖에 탑재를 하지 못했던 것입니다. 더구나 생각보다 비용도 많이 저렴해지지 않아서 기존의 로켓과 상업 위성 시장에서 큰 경쟁력을 가지지 못했습니다. 

 하지만 최근 미국의 민간 및 정부 기관 주도로 새롭게 공중 발사 로켓들이 다수 개발되고 있습니다. 앞서 소개드린 DARPA의 ALASA나 ( http://jjy0501.blogspot.kr/2015/02/Airborne-Launch-Assist-Space-Access.html 참조) 버진 갤러틱의 런처원( http://jjy0501.blogspot.kr/2015/02/Virgin-Galactics-Launcher-One.html 참조)이 그런 사례라고 할 수 있는데, 이들은 모두 소형 발사체들입니다. 

 그런데 이와는 비교할 수 없을 만큼 거대한 공중 로켓 발사 플랫폼이 현재 개발 중에 있습니다. 바로 마이크로소프트의 공동 창업자이자 미국의 거부 가운데 하나인 폴 앨런이 주도하는 스트라토런치 시스템(Stratolaunch Systems)이 그것입니다. 

 - 페가수스 II 로켓 

 폴 앨런은 스케일드 컴포지트(Scaled Composite) 사의 버트 루탄(Burt Rutan) 및 오비탈 사이언스(Orbital Science)와 손잡고 이 사업을 추진 중에 있습니다. 이들 가운데 오비탈 사이언스는 역사가 좀 있는 회사로 우주 및 국방 부분 전문 회사입니다. 이 회사의 작품이 바로 페가수스 로켓입니다. 

 오비탈 사이언스가 제공할 로켓은 페가수스 II(Pegasus II)라고 명명되었는데 전세대인 페가수스와는 비교할 수 없을 만큼 덩치가 커졌습니다. 물론 그 이유는 수송 항공기의 크기가 엄청나게 커졌기 때문이죠. 그런데 페가수스 II에는 매우 흥미로운 역사가 있습니다.

 본래 폴 앨런이 접근했던 것은 엘론 머스크의 스페이스 X 였습니다. 스페이스 X는 팔콘 9 에어(Falcon 9 Air) 라는 공중 발사 로켓을 제안했는데, 저 지구궤도 페이로드가 6,100kg 에 달하는 대형 발사 시스템이었습니다. 하지만 본래 공중에서 발사하기 위해 개발된 로켓이 아니다보니 만약 이를 공중 발사용으로 개조하려면 상당한 개조가 불가피하다는 결론이 나옵니다. 

 결국 스페이스 X와 폴 앨런의 벌컨(Vulcan) 사는 결별하게 되고 그 자리를 대신한 것이 오비탈 사이언스입니다. 오비탈 사이언스는 공중에서 발사하기 훨씬 편리한 고체 로켓을 제안했는데 이 로켓의 첫 두 단은 흥미롭게도 우주 왕복선의 고체 로켓 부스터(SRB)와 같은 지름을 가지고 있습니다. 다만 훨씬 가벼운 탄소 복합 소재를 사용한다고 하네요. 

 3단은 두개의 Aerojet Rocketdyne RL10 엔진을 이용합니다. 이 엔진들은 고체 로켓이 아니라 액체 로켓 엔진으로 사실 작은 엔진들이 아니지만 페가수스 II 가 지름이 5m 에 달하는 페어링을 가질 수 있어 문제 없이 들어간다고 합니다. 이렇게 하면 저 지구궤도(LEO) 기준 6,120kg 정도 되는 페이로드를 가진다고 하네요. 

 - 초대형 수송 항공기 

 하지만 이 로켓보다 더 흥미로운 소식은 바로 이 대형 로켓을 실어나를 항공기입니다. 이 항공기는 날개 너비가 무려 117m 에 달하는데, 대형 항공기를 두개 붙여 놓은 식으로 제작됩니다. 스케일드 컴포지트사가 개발 중인 이 수송 항공기의 이름은 Model 351 "Roc"입니다. 엔진은 여섯개의 56,000 lbf (250 kN) Pratt & Whitney PW4056 엔진이 사용됩니다. 즉 보잉 747-400 엔진 여섯개를 사용하는 셈이죠. 최대 중량은 로켓을 포함 130만 파운드 (약 590t) 이 넘을 것이라고 합니다. 로켓은 9,100m 상공에서 분리됩니다. 


(스트라토런치 시스템.   출처: Vulcan Inc.)  



(동영상)    

 성공 여부는 좀 두고봐야 알겠지만, 아무튼 민간에서 추진하는 일 가운데서 규모 면에서는 단연 압도적이라고 할 수 있습니다. 현재 스트라토런치 시스템은 캘리포니아의 컨 카운티 공항(Kern County Airport Authority, Mojave, California) 측에 20년 리스 계약을 맺고 여기에 이 항공기를 조립할 수 있는 초대형 행거를 제작했습니다. 현재 조립 중인 이 항공기가 진짜 하늘을 날게 되는 것은 2016년 정도로 예상됩니다. 첫 로켓 발사는 2018년 계획입니다. 

 이런 모험적인 계획은 상당한 실패 리스크를 안고 있기 때문에 낙관적인 결과만 예측할 순 없지만 아무튼 계획 자체는 정말 놀랍다고 말할 수 있을 것 같습니다. 미국의 슈퍼리치들은 확실히 돈쓰는 스케일이 남다르다는 생각도 들고 말이죠. 과연 어떤 결과가 나올지 정말 궁금합니다. 


 참고 



       

사하라 모래 바람이 아마존 열대 우림에 미치는 영향은?

 자연은 놀라움으로 가득찬 세계입니다. 특히 직관적으로 봐서는 절대 알 수 없는 일이라면 더 신기하게 느껴지죠. 아마존 열대 우림과 사하라 사막과의 관계 역시 그 중 하나일 것입니다. 대서양을 사이에 둔 이 지역들은 극과 극의 환경입니다. 한쪽은 극한 환경에 적응한 생물체만 살아갈 수 있는 뜨겁고 건조한 환경이며 다른 한쪽은 온갖 생명체들이 넘처 흐르는 풍요롭고 습한 환경입니다.
 하지만 과학자들은 이전부터 이 둘이 밀접한 연관성이 있다는 것을 알고 있습니다. 사하라 사막에서 날아온 막대한 먼지 입자는 아마존의 열대우림에 필요한 필수 미네랄들을 포함하고 있으며, 이는 아마존 열대우림에 천연적인 비료의 역할을 하고 있습니다. 이 뜻밖의 관계는 겉으로는 상관없어보이는 지구의 생태계가 서로 밀접한 연관을 가지고 유기적으로 연관되어 있다는 사실을 알려주는 좋은 사례입니다.
 그런데 과학자들은 사하라 사막에서 날아오는 영양 성분들이 아마존 열대 우림의 생장에 매우 중요한 역할을 하고 있다는 사실은 알고 있었지만 구체적으로 얼마나 많은 양이 도달하는지에 대해서는 정보가 부족했습니다.
 나사 고다드 우주 비행 센터와 메릴랜드 대학의 합동 연구소인 다기관 지구 과학 센터의 유홍빈(Hongbin Yu, an associate research scientist at the Earth System Science Interdisciplinary Center (ESSIC))과 그의 동료들은 나사의 칼립소 -  Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation (CALIPSO) - 위성 관측 데이터를 이용해서 얼마나 많은 영양 성분이 아마존에 도달하는지를 측정했습니다.

(사하라 사막에서 건너오는 먼지 입자의 컨셉 이미지.  This conceptual image depicts dust from the Saharan Desert crossing the Atlantic Ocean to the Amazon rainforest in South America.
Credit: Conceptual Image Lab, NASA/Goddard Space Flight Center)  

 이들이 2007년부터 2013년 데이터를 분석한 결과에 의하면 2770만톤의 먼지 입자가 대서양을 건너는 것 같다고 합니다. 그런데 이 중에서 정말 중요한 것은 0.08% 인 22,000톤에 해당하는 인(phosphorus) 성분입니다. 인 성분은 비료로 매우 중요한 물질로 이것이 부족하면 식물들이 제대로 자랄 수가 없습니다. 

 아마존의 열대 우림에서는 해마다 많은 양의 인이 빗물에 씻겨 나가고 있습니다. 하지만 대서양 저편에서 날아오는 천연 비료 덕분에 울창한 열대 우림이 번창할 수 있다고 합니다. 연구팀이 측정한 것은 바로 이 인성분의 양의 변동이었습니다. 

 연구 결과에 의하면 인 성분이 매년 사하라 사막에서 아마존 열대 우림으로 전달되는 정도는 크게 달라진다고 합니다. 연구 기간 중 가장 많은 양이 넘어온 2007년에 비해서 가장 적은 2011년 사이에는 86% 정도 차이가 있었다고 하네요. 이는 특히 사하라 남쪽 경계인 사헬 지방의 상황에 따라서 크게 달라진다고 합니다. 예를 들어 이 지역에 비가 많이 내리면 먼지가 적게 날린다고 합니다. 

 이렇게 멀리 떨어진 두 지역이 밀접하게 영향을 주고 받는다는 사실은 재미있으면서도 지구의 생태계가 얼마나 서로 밀접하게 연관되어 있는지를 보여주는 좋은 사례라고 생각됩니다.         
 참고


 Journal Reference:
  1. Hongbin Yu, Mian Chin, Tianle Yuan, Huisheng Bian, Lorraine A. Remer, Joseph M. Prospero, Ali Omar, David Winker, Yuekui Yang, Yan Zhang, Zhibo Zhang, Chun Zhao. The Fertilizing Role of African Dust in the Amazon Rainforest: A First Multiyear Assessment Based on CALIPSO Lidar Observations.Geophysical Research Letters, 2015; DOI: 10.1002/2015GL063040

인텔이 7nm 에서 실리콘을 버릴 것이다?


 반도체 산업은 지금까지 여러 차례 한계를 돌파하면서 성장해왔습니다. '이 이상 미세 공정은 물리적으로 어렵다' 라는 이야기도 여러 번 나왔지만 그때마다 신기술을 통해서 계속 극복하면서 발전해온 것입니다. 하지만 이제 실리콘(Silicon) 소재의 한계는 거의 도달했다는 이야기가 나오고 있습니다. 인텔은 과거 부터 7nm 이하 공정에서는 새로운 물질이 필요할 것이라는 점을 언급해왔습니다.


(출처: 인텔)  

 이 신물질은 미래에는 카본 나노 튜브(CNT)나 그래핀 같은 물질이 될 수 있겠지만, 현재 연구 수준으로 이런 물질을 바로 도입하는 것은 상당히 어려운 일이고 대신 다른 물질이 투입될 가능성이 높다고 합니다. 인텔이 국제고체회로소자회의(ISSCC) 2015에서 언급한 내용은 바로 III-V 반도체입니다.
 현재의 실리콘 기반 반도체는 이제 너무 작아져서 7 nm 공정에서는 트랜지스터 간의 거리가 거의 붙어있게 됩니다. 그러면 양자 터널링 효과에 의해 모든 트랜지스터에 전류가 흐르는 것 같은 상황이 발생합니다. 컴퓨터는 0과 1인 상태로 모든 것을 기록하고 연산을 하는데 1 만 남는 상황이 되는 것이죠.
 이를 극복하기 위해선 아예 양자 컴퓨터처럼 근본부터 다른 컴퓨터를 만들든지 아니면 이 정도 크기에서도 트랜지스터의 성질을 유지할 수 있는 반도체 물질이 필요합니다. 대안으로 제시되는 물질들은 다양하지만 불행히 몇 가지 문제를 지니고 있습니다. 예를 들어 원자 한층으로 된 실리신이나 그래핀 등은 너무 약하고 쉽게 부서지는데다 복잡한 회로를 만들기가 극히 곤란하다는 문제점이 있습니다.
 다행하게도 반도체 제조사들은 이제 거의 실용화가 가능한 한 가지 대안을 가지고 있습니다. 바로 인듐-갈륨-비소 화합물(Indium gallium arsenide ( InGaAs))과 인듐-인(indium phosphide (InP)) 소재입니다. 반도체 회사들인 인텔, 삼성, 하이닉스, IBM, TSMC 에 의해 설립된 Imec 에서는 이미 1년 반전에 22nm 공정 300mm 실리콘 웨이퍼 위에 InGaAs-InP 소재의 트랜지스터를 만드는데 성공한 바 있습니다.



(Si 웨이퍼 위에 만들어진 InGaAs-InP 소재의 트랜지스터, 출처 : Imec)   
 하지만 7 nm 공정에서 들고 나올 것이 InGaAs-InP 일지는 아직 확실치 않은 부분도 존재한다고 합니다. 그러나 항상 그러했듯이 결국 반도체 회사들이 답을 찾아낼 것으로 보입니다. 과연 7 nm 를 넘어 어디까지 미세화가 진행될 수 있을지 궁금하네요.

 참고
    

이산화탄소의 온실 효과를 직접 관측하다.


 현재 지구 온도는 상승중에 있습니다. 과학자들은 그 이유가 인간이 배출한 이산화탄소 같은 인위적인 온실 가스 때문이라는 점에서 높은 수준의 동의를 이뤘지만 그 세부적인 내용들에 대해서는 아직도 모르는 부분이 많습니다. 예를 들면 실제 이산화탄소의 농도 증가가 구체적으로 얼마만큼의 복사 강제력(Radiative forcing) 증가를 가져오는 지 정확한 측정값이 없었습니다.
​ 이산화탄소는 최근의 지구 온난화 때문에 나쁜 역할을 하는 기체처럼 생각되지만 사실 생명체가 넘치는 지구 환경을 위해서는 없어선 안될 역할을 합니다. 소량이지만 이산화탄소가 있으므로 해서 지구는 온실 효과를 통해 적당한 기온을 유지할 수 있기 때문입니다. 만약 온실 가스가 없다면 지구는 생명체가 살 수 없는 추운 행성이 될 것입니다.

 이산화탄소나 수증기, 메탄 등 온실효과를 일으키는 기체에 대한 설명은 이전 포스트에서 한 적이 있습니다. (  http://blog.naver.com/jjy0501/100086105368 참조) 이들 기체는 대기 중에서 지구가 방출하는 적외선 파장대의 열에너지를 흡수해 다시 대기 중으로 방출하는 방식으로 지구의 기온을 올리는 역할을 하죠. 지구 역사상 온실 가스의 농도는 지구 기온을 결정하는 중요 인자였습니다.

 따라서 현재 처럼 화석 연료로 온실가스를 지구 대기로 대량 방출할 경우 지구 대기의 온실 효과가 더 강해지면서 지구 기온이 오르게 될 것이라는 것은 1+1=2 같은 너무 당연한 이야기입니다. 따라서 과학자들이 이 문제에 대해서 높은 수준의 동의를 이뤘다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 하지만 구체적으로 이산화탄소 증가에 의한 복사 강제력 증가의 정도를 실측하는 것은 또 다른 이야기입니다.    
 미 에너지부 산하의 ​ 로렌스 버클릭 국립 연구소(Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab). 이하 버클리 연구소)의 과학자들은 11년에 걸친 관측을 통해 지구 대기 중 이산화탄소 농도 증가가 얼마나 많은 에너지를 대기 중으로 흡수하게 하는지를 입증했습니다. 연구팀은 오클라호마주와 알래스카주에 측정 장비를 두고 2000년에서 2010년 사이 변화를 실측했습니다. 같은 장비를 두 장소에 설치한 이유는 물론 측정 오차를 피하고 결과를 더 정확히 검증하기 위해서입니다.

(알래스카에 있는 대기 복사 측정 장치.  The scientists used spectroscopic instruments operated by the Department of Energy's Atmospheric Radiation Measurement (ARM) Climate Research Facility. This research site is on the North Slope of Alaska near the town of Barrow. They also collected data from a site in Oklahoma.
Credit: Jonathan Gero )  

(동영상)
 연구팀은 이산화탄소 농도 변화에 의한 복사 강제력의 증가를 매우 정확하게 확인할 수 있었습니다. 여기에는 시간이 지남에 따라 증가하는 이산화탄소 농도는 물론 계절적인 변동에 의한 차이까지도 명확하게 나타났습니다. 참고로 연구 기간인 2000년에서 2010년 사이 대기 중 이산화탄소 농도는 22 ppm 증가했습니다.
 연구의 리더인 버클리 연구소의 다니엘 필드먼(Daniel Feldman, a scientist in Berkeley Lab's Earth Sciences Division) 에 의하면 이 연구를 통해 지구 대기 중 이산화탄소 증가에 의한 대기의 에너지 흡수 증가를 직접 측정할 수 있었다고 합니다. 실제 위의 동영상에서 보듯이 지구의 복사 강제력은 이산화탄소 농도 증가와 같은 방향으로 움직였습니다.
 Atmospheric Radiation Measurement (ARM) 장치는 알래스카에서 3300회, 오클라호마에서 8300회 측정을 진행했는데 지난 10년간 지구의 복사 강제력은 평방 미터당 0.2W 정도 증가했다고 합니다. 그리고 이런 이산화탄소 증가와 복사 강제력의 증가가 미 국립 해양 대기청(NOAA)의 이산화탄소 추적 시스템(CarbonTracker system)을 통해서 대부분 화석 연료 연소의 의한 것임을 입증할 수 있다고 합니다.
 이산화탄소 증가가 복사 강제력의 증가와 지구 평균 기온 상승을 불러일으킨다는 것 자체는 전혀 새로울 것이 없는 이야기지만 그 정도에 대한 정확한 실측값이 있다면 과학자들은 미래 지구 기후 변화를 시뮬레이션할 때 더 정확한 모델링을 할 수 있을 것입니다. 이는 지구의 미래가 어떻게 될 것이고 우리가 어떻게 대처를 해야할 것인지에 대한 더 정확한 정보를 제공할 것입니다. 
 이 연구는 네이처에 실렸습니다.   
 참고
Journal Reference:
  1. D. R. Feldman, W. D. Collins, P. J. Gero, M. S. Torn, E. J. Mlawer, T. R. Shippert.Observational determination of surface radiative forcing by CO2 from 2000 to 2010.Nature, 2015; DOI: 10.1038/nature14240





2015년 2월 26일 목요일

인텔 아톰 브랜드 3개로 분리



(출처: 인텔) 

 인텔이 자사의 아톰(Atom) 프로세서 제품군을 3가지고 나눌 것이라고 발표했습니다. 각각 ATOM-x3, x5, x7 이 그것으로 Core i3/i5/i7 와 비슷한 방식의 명칭을 선택한 것 같습니다. 이렇게 되면 모바일/저전력 버전의 아톰 제품군과 브로드웰 기반인 코어m 그리고 고성능의 코어 i 시리즈 제품군이 깔끔하게 구분되는 장점이 있지만 기존의 펜티엄, 셀러론의 명칭도 포기하지 않기 때문에 다소 명칭이 복잡하게 될 가능성도 있어 보입니다. 소비자입장에서는 혼란을 야기할 가능성도 있는 것이죠. 

 인텔이 이렇게 제품군을 세분했다는 이야기는 아마도 성능에서도 차이를 두겠다는 의미로 생각됩니다. 물론 더 높은 성능의 제품은 더 높은 가격을 받겠다는 의미도 숨어 있겠죠. 파는 입장에서는 그런 이유가 아니라면 사실 제품군을 나눠야할 필요는 없기 때문입니다. 

 숫자에서 짐작할 수 있듯이 인텔은 x3 는 기본적인 엔트리 레벨의 태블릿, 패블릿, 스마트폰을 위한 것이며 x5 는 그보다 더 고성능, x7은 최고 성능을 위한 제품이라고 설명하고 있습니다. 그러나 좀 더 구체적으로 어떤 제품이 어떻게 포진할 것인지는 설명하지 않았습니다. 

 아마도 새롭게 등장할 14nm 기반의 체리 트레일과 그 주변 제품들이 이렇게 구분이 되지 않을까 생각하는데, 곧 전모가 드러날 것으로 보입니다. 

 참고 

한 장소에서 발견된 일곱 악어


 고생물학자들이 하나의 발굴 지점에서 7종의 서로 다른 고대 악어들을 발견했습니다. 고양이과 동물의 예를 들어 설명하면 사자, 호랑이, 치타, 재규어 등이 한 장소에서 발굴되는 것과 비슷한 이야기죠. 이런 기묘한 일이 어떻게 가능한지 알기 위해 과학자들은 이 악어들이 살았던 1300만년전의 생태계를 복원해 합리적인 가설을 제시했습니다. 



(1300만년전 페루에 살았던 고대 악어 Gnatusuchus pebasensis의 복원 모형  This model is a life reconstruction of the head of Gnatusuchus pebasensis, a 13-million-year-old, short-faced crocodile with globular teeth that was thought to use its snout to "shovel" mud bottoms, digging for clams and other mollusks. Model by Kevin Montalban-Rivera. Credit: Aldo Benites-Palomino)

 고대 악어들이 사이좋게 함께 화석화된 장소는 지금의 페루 북동쪽의 아마존 상류 지역입니다. 이 연구의 저자인 존 플린(John Flynn, Frick Curator of Fossil Mammals at the American Museum of Natural History)에 의하면 아마존 강 분지는 현재 세계에서 생물학적 다양성이 가장 높은 지역이지만 노출된 암석이 적어서 화석은 잘 발견되지 않는 지역이라고 합니다. 그들이 이런 장소에서 화석을 발견한 것은 상당히 운이 좋았거나 혹은 엄청나게 화석을 찾아다닌 결과라고 해야하겠죠. 

 그에 의하면 아마존 분지에서 강이 형성된 것은 1050만년 전이라고 합니다. 그 이전에 이 지역은 거대한 습지로 오늘날과 마찬가지로 악어가 살기에는 매우 좋은 장소였습니다. 2002년 부터 동료들과 더불어 이 지역에 대한 탐사를 진행한 플린은 마이오세의 악어 화서 7 종을 한 장소에서 발견했습니다. 그 중에서 3 종은 처음 발견되는 종이었는데, 위의 사진에서 보이는 것 처럼 독특한 얼굴을 한 카이먼(Caiman)인 Gnatusuchus pebasensis도 있었습니다. 

 그런데 이렇게 여러 종의 악어가 한 장소에 같이 살았다면 서로 먹이를 두고 다툼이 일어나지 않았을까요? 연구자들은 그렇지 않다고 보고 있습니다. 왜냐하면 먹이에 따라서 다양하게 서로 진화한 것이 이렇게 다양한 종류의 악어들이 한 장소에서 번성하게 된 이유니까 말이죠. 예를 들어 위의 G. pebasensis 의 삽처럼 생긴 턱은 강이나 호수 바닥의 진흙에서 살아가는 작은 동물들을 잡는데 유리했을 것입니다. 반면 다른 종의 턱은 물고기를 사냥하기 좋게 긴 주둥이를 가지고 있습니다. 


(먹이에 따라 다양하게 진화한 악어들의 상상도.  This reconstruction shows proto-Amazonian "mega-wetland" swamps from the late middle Miocene (about 13 million years ago) and the three new species of crocodiles discovered from fossils uncovered in northeastern Peru: Kuttanacaiman iquitosensis (left), Caiman wannlangstoni (right), and Gnatusuchus pebasensis (bottom). The extinct caimans are thought to have thrived on the unusually high abundance and diversity of mollusks like clams and snails that lived in the area. Credit: Javier Herbozo)   


(Researchers uncovered fossils from seven different species of crocodiles that lived together about 13 million years ago in the Pebas Formation in what is now the Amazon Basin of northeastern Peru. Their skulls and jaws, shown here, are extremely diverse: (1) Gnatusuchus pebasensis, (2) Kuttanacaiman iquitosensis, (3) Caiman wannlangstoni, (4) Purussaurus neivensis, (5) Mourasuchus atopus, (6) Pebas Paleosuchus, and (7) Pebas gavialoid. The three new species (1-3) are shown in illustrations below the respective fossils. Reconstructions by Javier Herbozo. Credit: Rodolfo Salas-Gismondi

 이 악어들은 마이오세판 다윈 핀치들인 셈입니다. 같은 장소에서 서식하더라도 다른 먹이를 노린다면 평화롭게 공존이 가능합니다. 먹이 경쟁에서 이기는 방법은 남들이 먹지 않는 먹이를 주식으로 삼는 것도 있습니다. 마치 현재의 아프리카 초원에서 기린, 코끼리, 영양무리가 서로 다른 높이에 있는 식물을 먹이로 삼는 것과 유사합니다. 

 연구팀에 의하면 현재 아마존 유역에서 사는 악어는 6종이지만 그 중에서 같은 장소에서 공존하는 것은 3종에 불과하다며, 1300만년전 미래 아마존이 될 거대한 습지의 생물학적 다양성이 현재보다 더 높았던 것 같다고 언급했습니다. 지금도 아마존의 생물 다양성의 보고이지만 과거에는 지금보다 더 화려한 과거가 있었던 것이죠. 

 참고 


Journal Reference:
  1. Rodolfo Salas-Gismondi, John J. Flynn, Patrice Baby, Julia V. Tejada-Lara, Frank P. Wesselingh, Pierre-Olivier Antoine. A Miocene hyperdiverse crocodylian community reveals peculiar trophic dynamics in proto-Amazonian mega-wetlands. Proc. R. Soc. B, 2015 DOI: 10.1098/rspb.2014.2490




태양계 이야기 333 - 세레스의 흰색 점의 정체는 ?



(This image was taken by NASA's Dawn spacecraft of dwarf planet Ceres on Feb. 19 from a distance of nearly 29,000 miles (46,000 kilometers). It shows that the brightest spot on Ceres has a dimmer companion, which apparently lies in the same basin.
Image Credit: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA)
 
 나사의 던 우주선은 2월 19일 세레스에서 불과 46,000km 떨어진 지점까지 접근해서 사진을 전송했습니다. 그리고 선명하게 두개의 흰점을 발견했습니다. 낮은 해상도에서는 하나처럼 보였던 모습이 사실은 두 개였던 셈이죠. 

 이 점의 정체는 더 근접 촬영과 분석을 해봐야 알겠지만, 아마도 화산 활동에 의한 것이 아니겠냐는 의견이 제시되고 있습니다. 나사의 던 미션의 수석 과학자인 캘리포니아 대학의 크리스 러셀(Chris Russell, principal investigator for the Dawn mission, based at the University of California)은 이것은 화산 활동 기원(Volcano-like origin)일 가능성이 높다면서도 더 높은 해상도의 이미지를 기다려야 한다고 조심스럽게 언급했습니다. 


(공전 중에 세레스의 다른 면을 찍은 던 탐사선  These images of dwarf planet Ceres, processed to enhance clarity, were taken on Feb. 19, 2015, from a distance of about 29,000 miles (46,000 kilometers), by NASA's Dawn spacecraft. Dawn observed Ceres completing one full rotation, which lasted about nine hours.
Image Credit: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

 세레스의 확대 영상은 이 구형 천체가 수맣은 소행성 충돌을 겪었다는 것을 시사하고 있습니다. 달보다 더한 곰보 자국이 나 있는 천체인 셈이죠. 이 소행성이 주소행성대에 위치한 점을 생각하면 그렇게 놀랄 일도 아닐 것입니다. 그런데 세레스의 군데군데 보이는 하얀 색의 반점들의 정체는 궁금하지 않을 수 없습니다. 

 아직은 해상도가 낮아서 정확한 식별이 어렵지만 던 탐사선이 3월 6일 이후 세레스 주변을 공전하게 되면 매우 상세한 고해상도 영상들이 지구로 전송될 것입니다. 11 개월 이상 탐사가 예정되어 있는 만큼 탐사의 시간은 충분합니다. 

 과연 이 흰 점들을 구성하는 물질은 무엇일까요? 그리고 왜 생겼을까요? 머지 않아 그 정체가 밝혀질 것으로 기대합니다.

 참고 




세계 최초 3D 프린팅 제트 엔진



 3D 프린터는 주로 플라스틱 소재의 제품을 출력합니다. 현재까지는 대체로 그렇다고 할 수 있겠지만 사실 앞으로 더 기대를 모으는 부분은 바로 금속 3D 프린터입니다. 앞서 언급했지만 나사 역시 3D 프린터를 이용한 로켓 엔진을 제작하는데 큰 관심을 가지고 있죠. ( http://jjy0501.blogspot.kr/2013/09/3D-printed-rocket-part-tested.html 참조) 

 언뜻 생각하기에는 이해가 안될지도 모르지만 사실 3D 프린터는 엔진 제작에 있어 몇 가지 유리한 점이 있습니다. 우선 주형을 만들 필요가 없기 때문에 복잡한 중간 단계 없이 엔진을 직접 제작할 수 있습니다. 또 엔진의 형태가 조금씩 바뀌게 되는 개발단계에서는 컴퓨터상에서 약간만 디자인을 수정해서 새로 출력하는 일이 얼마든지 가능합니다. 

 금속 제품을 출력하는 데 필요한 시간만 짧다면 엔진 개발 주기가 엄청나게 짧아지는 것입니다. 마지막으로 소량 생산을 해야 하는 경우 3D 프린터는 상당한 가격 경쟁력을 가질 수 있습니다.이런 이점을 생각하면 금속 3D 프린터가 무엇보다 엔진 개발에 응용되는 이유를 쉽게 생각할 수 있습니다.

 호주에 있는 모내시 대학(Monash University)의 적층 제조 센터(Monash Centre for Additive Manufacturing)의 신화 우 교수(Professor Xinhua Wu)와 여러 다기관 연구자들은 세계 최초로 3D 프린터를 이용해서 제트 엔진 전체를 출력하는데 성공했다고 합니다. 정확히 말하면 엔진을 한번에 출력한 것은 아니고 각 부품을 출력해서 조립한 것이지만, 주형(mold)을 만드는 과정없이 바로 부품을 출력했다는 것은 상당한 진보라고 할 수 있습니다. 





 
(최초로 출력된 제트 엔진.  The 3D printed jet engine on display. Credit: MCAM)



(3D Printing of a small Jet Engine



(Monash Centre for Additive Manufacturing)

 연구자들은 새로운 엔진을 출력하는 대신 이미 검증된 엔진을 3D 프린터로 출력하는 작업을 먼저 시도했습니다. 개발 기간과 리스크를 줄이기 위해서는 이편이 더 현명한 방법이죠. 이들이 선택한 엔진은 마이크로터보(Microturbo (Safran))사가 제공한 것으로 오래된 가스 터빈 엔진이지만 아직도 현역으로 뛰는 엔진이라고 합니다. 

 이들은 2개의 엔진을 시험제작해서 하나는 마이크로터보사에 보내고 다른 하나는 아발론 국제 에어쇼(International Air Show in Avalon)에 전시했습니다. 아직 3D 프린터를 이용한 제트 엔진 제작 기술을 초기 단계이지만 앞으로 기술이 진보된다면 수십에서 수백개 정도 소량 생산하는 소형 엔진의 경우 주형 제작 대신 바로 출력하는 경우가 더 흔해질지도 모릅니다. 

 물론 3D 프린터가 모든 경우에 기존의 제작 방식보다 우월하지는 않습니다. 3D 프린터의 역할을 기존의 엔진 제작 공정을 완전히 바꾸는 것이 아니라 일부 영역에서 훨씬 유연하고 합리적인 대안을 제시하는 것입니다. 아마도 이 점은 다른 분야에서도 마찬가지겠죠. 예를 들어 음식을 3D 프린터로 출력할수 있지만 모든 음식을 3D 프린터로 출력하는 것은 맛은 둘째치고 엄청난 낭비가 될 것입니다. 사람의 힘으로 만들기 어려운 독특한 무늬나 패턴을 출력해서 장식 등의 용도로 사용하는 것이 훨씬 합리적이죠. 

 3D 프린터의 미래 역시 그런 것이 될 것입니다. 기존의 제조 공정과 함께 융합한다면 3D 프린터의 응용범위는 더 넓어지겠죠. 금속 소재를 주로 사용하는 엔진 부분도 마찬가지로 생각합니다. 

 참고 




2015년 2월 25일 수요일

우주 이야기 306 - 거대한 가스와 에너지를 뿜어내는 블랙홀


 나사의 Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR)와 유럽 우주국의 XMM-Newton 우주 망원경이 지구에서 20억 광년 떨어진 퀘이사인 PDS 456의 모습을 상세하게 관측하는데 성공했다고 합니다. 퀘이사의 정체는 거대한 은하 중심 블랙홀이 막대한 물질을 흡수하면서 에너지를 내놓는 것으로 그 밝기는 은하 전체보다 더 밝을 수도 있습니다. PDS 456 역시 은하 중심 블랙홀로 거대한 에너지를 방출중에 있는데, 뜻밖에도 그 방출되는 이온화된 가스의 흐름은 구형의 모습이었습니다. 



(Supermassive black holes at the cores of galaxies blast out radiation and ultra-fast winds, as illustrated in this artist's conception. NASA's NuSTAR and ESA's XMM-Newton telescopes show that these winds, containing highly ionized atoms, blow in a nearly spherical fashion.
Image Credit: NASA/JPL-Caltech)

 PDS 456 의 은하 중심 블랙홀은 지금 한창 식사를 즐기는 중입니다. 그런데 너무 많은 물질이 그 좁은 공간에 들어가다 보니 당연히 다 집어삼키지 못하고 상당수는 밖으로 빠져나오는 중입니다. 일반적으로 제트라고 알려진 이 현상은 블랙홀 중심으로 형성된 물질의 원반인 강착원반의 수직으로 형성되며, 엄청난 속도로 가속되어 물질이 분사되기 때문에 우리는 멀리서도 그 에너지를 관측할 수 있습니다.

 이 은하 중심 블랙홀은 그야말로 엄청난 에너지를 내뿜고 있는데, 천문학자들이 측정한 바로는 태양이 내뿜는 에너지의 1조배 이상이라고 합니다. 여기서 나오는 이온화된 가스와 에너지는 거대한 조명처럼 반구형(spherical)의 모습으로 뿜어져 나오고 있습니다. 그 속도는 광속의 1/3 정도에 달한다고 하네요. 

 NuSTAR의 수석 과학자인 캘리포니아 공대의 피오나 해리슨 (Fiona Harrison of the California Institute of Technology, the principal investigator of NuSTAR)과 그녀의 동료들은 이 현상을 2013년에서 2014년 사이 관측하기 위해서 두 개의 독립적인 X 선 관측 위성을 사용했습니다. 나사의 NuSTAR는 고에너지 X 선 관측에, ESA 의 XMM-Newton은 저에너지 X 선 관측에 동원되었습니다. 

 이 관측 결과는 이 거대 블랙홀에서 뿜어져나오는 에너지와 입자가 엄청난 수준이라는 것과 더불어 방출되는 입자의 바람이 빔이 아니라 거의 구형(winds emanate not in a beam but in a nearly spherical fashion)의 모습이라는 흥미로운 사실을 알려줬습니다. 왜 그런지는 앞으로의 연구 과제겠지만 말이죠. 

 아무튼 블랙홀이라고 하면 주로는 뭐든지 집어삼키는 모습만 연상되지만 실제로 과학자들이 블랙홀의 존재를 인지하고 연구하게 되는 계기는 이렇게 물질과 에너지를 뿜어내는 과정에 있습니다. 특히 거대한 한 쌍의 빔 대신 사방으로 물질을 뿜어내는 블랙홀도 있다는 것인데, 과연 어떤 메카니즘으로 이런 일이 가능한지 궁금하네요. 

 참고 



 Journal Reference:
  1. E. Nardini, J. N. Reeves, J. Gofford, F. A. Harrison, G. Risaliti, V. Braito, M. T. Costa, G. A. Matzeu, D. J. Walton, E. Behar, S. E. Boggs, F. E. Christensen, W. W. Craig, C. J. Hailey, G. Matt, J. M. Miller, P. T. O’Brien, D. Stern, T. J. Turner, and M. J. Ward. Black hole feedback in the luminous quasar PDS 456.Science, 20 February 2015 DOI: 10.1126/science.1259202

   

10 nm 공정을 언급한 인텔과 삼성



 세계 반도체 시장 1,2 위인 인텔과 삼성이 국제고체회로소자회의(ISSCC) 2015 에서 14nm 핀펫 공정과 더불어 10 nm 공정에 대해서 언급했습니다. 이제 막 14nm 프로세스 기반 칩들이 나오는 시점임을 생각할 때 10nm 제품이 나오게 되는 것은 아마도 수년 후가 되겠지만 현재 기술과 공정이 상당히 개발된 상태라는 것은 널리 알려져 있습니다. 삼성은 아예 최초의 10nm 프로세스를 공개해 머지 않은 미래에 양산에 돌입할 수 있을 것이라는 점을 암시했습니다.
 일단 인텔은 ISSCC에서 자신들의 10nm 파일럿 공정이 14nm 대비 50% 정도 빠르게 작동할 수 있다고 언급했습니다. 다만 앞서 언급했던 것 처럼 현재 개발이 늦어지고 있는 EUV lithography는 필요하지 않을 것 같다고 합니다. ( http://jjy0501.blogspot.kr/2014/09/Intel-10-nm.html 참조) 인텔은 차세대 장비인 EUV 가 없더라도 10nm 공정으로 진행 할 수 있을 것이며, EUV 는 그것이 없으면 안되는 상황이 오기 전까지 도입하지 않게 될 것이라고 언급했습니다.


(10nm 공정의 비용 절감 및 무어의 법칙의 유지.  출처 : 인텔)
 한 가지 더 흥미로운 점은 인텔이 2.5D와 3D (즉 적층 stack 반도체) 에 대해서 언급했다는 점입니다. 2.5D 디자인은 두 개 이상의 다이를 하나의 인터포저(interposer)위에 올려놓는 것으로 CPU + 메모리의 형태가 가장 유력하다고 하겠습니다. AMD가 차세대 GPU를 이런 방식으로 만들것이라는 소식이 들리는 가운데 가까운 미래에 인텔도 2.5D 나 혹은 아예 3D로 시스템을 구성하는 일이 있을 지도 모르겠다는 생각입니다.
 이런 적층 기술은 10nm 공정 이하에서 무어의 법칙이 한계에 직면했을 때 반도체의 집적도와 성능을 올리는데 도움을 줄 것입니다. 하나의 평면 위에 올려놓는 트랜지스터수가 한계에 이른다면 아파트 처럼 높이 쌓아올리는 것도 방법이죠.   

(2.5D 및 3D 적층 반도체.  출처: 인텔)
 이외에도 인텔은 14/22nm 공정에 대한 언급을 했습니다.

 하지만 ISSCC에서 더 눈길을 끄는 점은 삼성이 세계 최초의 10nm FinFET 공정을 언급했다는 것입니다. 물론 14nm 나 10nm 모두 실제 회로의 크기와는 상관없는 이야기라 14nm 공정들이라고 해도 다 각기 크기가 다르다는 점을 감안해야 하겠지만, (이전 포스트  http://blog.naver.com/jjy0501/220165625969 참조) 10nm 공정의 시작은 삼성이 될지도 모르겠다는 생각입니다.

 아마도 실제 제품이 등장하게 되는 것은 아무리 빨라도 2016년 이전에는 어려울 것입니다. 2017년쯤이 되면 시장에 제품들이 등장하게 될 것 같은데, 10nm 공정 이하인 7nm, 5nm 공정의 이전은 EUV는 물론이고 새로운 소재 기술이 필요한 극한의 영역이 될 가능성이 높습니다. 그렇게 생각하면 반도체 제조사들이 공정 미세화와 더불어서 적층 기술을 개발하는 것도 타당하다는 생각입니다. 

 하나의 평면에 더 미세하게 회로를 집적하기 힘들다면 여러 층으로 쌓아 올리는 것이 가장 합리적인 해결책이겠죠. 미세화가 중단될 것이라는 뜻은 아니지만 반도체 적층 기술 역시 고성능 고밀도화에 큰 역할을 하게 될 것으로 생각됩니다.   
 참고



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2015년 2월 24일 화요일

ISSCC 2015에서 디테일이 공개된 카리조 APU



 AMD가 국제고체회로소자회의(ISSCC) 2015에서 자신들이 차기 APU인 카리조(Carrizo)에 대한 디테일한 부분을 공개했습니다. 이전에 공개되었던 내용의 일직선상에 있지만 몇 가지 재미있는 부분이 추가되었습니다. 

 재미없는 부분은 여전히 데스크탑 버전의 카리조에 대한 언급이 없었으며, 이 제품이 여전히 28nm 공정을 사용함에도 아직도 실제 시중에 판매가 시작조차 되지 않았다는 것입니다. 이미 인텔이 일정보다 지연되었지만 14nm 공정의 브로드웰 CPU 탑재 노트북을 이미 대거 출시한 것과는 대조적입니다.



(AMD 카리조. 출처 : AMD) 

 카리조는 두 가지 버전으로 나눌 수 있습니다. 정식 버전의 카리조는 메인스트림 노트북을 타겟으로 한 것으로 엑스카베이터(Excavator) 코어를 사용하며 3세대 GCN인 볼카닉 아일랜드(Volcanic Islands) GPU가 들어갑니다. 반면 저전력/저가 시장을 노리고 나온 카리조 - L 은 퓨마+(PUMA+) 코어와 2세대 GCN 인 씨 아일랜드(Sea Islands) GPU가 들어갑니다. 흥미로운 것은 두 버전 모두 FCH를 통합해서 SoC 디자인으로 나온다는 것입니다. 


(AMD APU 비교표 ) 

 카리조가 지니는 가장 큰 핸디캡은 앞서 언급한 것 처럼 여전히 28nm 공정을 사용한다는 것입니다. 아무리 노드가 실제 공정의 크기를 의미하는 것이 아니라도 인텔과의 격차는 매우 큰 상태입니다. 이를 극복하기 위해서 AMD는 카리조의 다이를 매우 조밀하게 만들었습니다. 새로온 고밀도 라이브러리 디자인(High Density Library Design)이 엑스카베이터 코어에 사용되었는데, 덕분에 엑스카베이터 코어는 전세대 대비 23%나 다이 사이즈가 감소했으며 40% 정도 더 적은 전력을 소모할 수 있다고 합니다. 그러면서도 IPC에서 5% 향상을 달성했다는 것이 AMD의 주장입니다. 


  
(다이 사이즈를  획기적으로 줄인 엑스카베이터 코어) 

 AMD는 새로운 공정을 사용할 수 없는 어쩔 수 없는 상황에서 공정 대신 트랜지스터를 더 조밀하게 밀어넣는 방식을 택했습니다. 그 결과 새로운 카리조 APU는 31억개라는 상당히 많은 트랜지스터를 집적했음에도 불구하고 24.1 억개의 트랜지스터를 가진 카베리와 다이 사이즈는 큰 차이는 없다고 합니다. 카리조의 다이 사이즈는 244.62㎟ 이고 카베리는 245 입니다. 이 말은 곧 카리조가 카베리 대비 29%나 높은 트랜지스터 밀도를 가지고 있다는 것을 의미합니다. 

 카리조의 GPU는 8 GCN compute units (512 stream processors)을 가지고 있는데 전력 효율을 개선시켜 전력 소모를 전세대 대비 20%나 개선했다는 것이 AMD의 주장입니다. 사실인지는 두고봐야 알겠지만 AMD 역시 시간이 지난만큼 경쟁자를 따라잡기 위해서 그정도 노력은 했을 것으로 보입니다. 

 카리조에서 중요한 부분은 CPU와 GPU가 아니라 사우스 브릿지/FCH(Southbridge/FCH) 가 이제 하나의 다이안에서 통합되었다는 것입니다. CPU와 GPU에서 거의 트랜지스터 수의 증가가 없었는데도 트랜지스터 갯수가 31억개가 된 이유는 이제 칩셋을 다 집어먹어서 하나의 SoC가 되었기 때문입니다. 이와 같은 변화는 저전력, 모바일로 나가기 위해서는 결국 필요한 변화로 카리조는 이런 변화를 이룩했다는 점에서 의의가 있습니다. 아직 경쟁사 대비 모자란 부분이 많지만 방향성은 올바로 잡았다는 것입니다. 

 이렇게 하나의 칩으로 모이게 되면 사이즈 감소와 경량화는 물론 전력을 효율적으로 사용하기도 더 좋아집니다. 카리조는 S0i3 상태에서 50mW 미만의 전력으로 대기할 수도 있으며 평소 아이들 상태에서 1.5W 이하에서 전력을 억제할 수도 있습니다. 


(저전력 스탠바이 모드가 가능한 카리조. 출처: AMD) 

 물론 이것만으로 전력 효율을 향상시킬 수는 없기 때문에 카리조는 여러 가지 저전력 기술을 도입했습니다. AVFS(Adaptive Voltage-Frequency Scaling) 모듈은 CPU의 전력과 주파수를 매우 정밀하게 조절해서 전력 소모량을 크게 줄일 수 있다고 합니다. GPU 부분에서는 이미 카베리에서 등장한 바 있는 Voltage Adaptive Operation를 더 정교하게 가다듬어 낭비되는 전력을 줄였다고 합니다. 이외에도 여러 전력 절감 기술이 사용되어 전성비를 향상시켰습니다. AMD는 공정 미세화를 할 수 없었지만 대신 자신이 할 수 있는 범위에서 전력대 성능비를 향상시키기 위해 최대한 노력한 것입니다. 





(출처 : AMD) 

 이외에도 HSA 1.0 지원, AVX2, BMI2, MOVBE, RDRAND 지원, DX 12 및 맨틀의 듀얼 그래픽 지원, H.265 지원으로 transcode 능력 3.5배 향상 등을 이뤄냈다는 것이 AMD 의 설명입니다. 

 실제 성능 향상보다는 저전력화 및 SoC화가 더 큰 변화라고 할 수 있는데 속절없이 밀리는 모바일 시장에 다시 진입하기 위한 AMD의 처절한 노력이 담겨있다고 하겠습니다. 그러나 어차피 같은 28nm 공정을 사용할 것이라면 빨리라도 나와야 하는데 계속 출시가 지연되는 모습들은 안타깝습니다. 

 AMD가 빠른 시일내에 신제품을 출시하고 시장에서 좋은 평가를 받기를 기대하지만 미래가 쉽지는 않아 보입니다. 


 참고