이진법의 한계와 삼진법 컴퓨팅이 바꿀 미래: 트랜지스터, 인공지능, 그리고 효율성

만약 여러분이 매일 사용하는 스마트폰, 노트북, 그리고 서버들이 사실은 '잘못된' 기반 위에 만들어졌다면 어떨까요? 우리가 당연하게 여겨온0과 1의 세계, 이진법이 아니라 0, 1, 그리고 2, 혹은 -1, 0, +1의 삼진법이었다면 지금의 컴퓨터는 완전히 달라지지 않았을까요? 오늘은 오랜 역사를 가진 이진법의 한계와, 삼진법 컴퓨팅이 새롭게 열어줄 수 있는 기술의 미래를 쉽고 재미있게 풀어봅니다.

우리가 믿어온 이진법의 진짜 이유와 한계

지금의 컴퓨터는 정보를 표현할 때 오직 0과 1, 즉 이진법만을 사용합니다. 이것이 가능한 건 아주 분명한 전기적 '스위치' 때문이었죠. 트랜지스터가 발명된 이후, 우리는 엄청나게 많은 양의 0과 1을 빠르게 처리하며 숫자, 문자, 이미지 등 모든 데이터를 만들어왔습니다.

하지만 사실, 이진법이 선택된 가장 큰 이유는 '최고'라서가 아닙니다. 단지 그 시절의 하드웨어로는 여러 가지 전압 구분이 어렵고, 두 가지 값만 명확하게 구분하기가 쉬웠기 때문입니다. 덕분에 인류는 13세트릴리언(21자리) 이상의 트랜지스터를 만든 기록까지 세웠지만, 더 이상 발전이 쉽지 않은 상황도 맞이했습니다.

삼진법 컴퓨팅: 떠오르는 새로운 컴퓨터 논리

삼진법 컴퓨팅은 기존의 이진법에 한 가지 상태를 더해 총 세 가지 값으로 정보를 만듭니다. 여기서 알아둘 점이 두 가지가 있습니다. 하나는 단순히 0, 1, 2를 쓰는 '비대칭 삼진법(unbalanced ternary)', 다른 하나는 -1, 0, +1의 '대칭 삼진법(balanced ternary)'입니다.

특히 대칭 삼진법은 "수학적으로 가장 우아한 시스템"이라 불립니다. 음수와 양수를 자연스럽게 표현해 연산이 더욱 깔끔하고, 부호 변환도 간단해집니다. 실제로 튜링상 수상자 도널드 크누스는 이를 "가장 아름다운 수 체계"라고 극찬했답니다.

삼진법의 효율성: 수의 표현과 저장 공간의 최적화

숫자를 표현하는 방법의 효율성을 고민할 때, 진법의 숫자가 무작정 높다고 좋은 건 아닙니다. 만약 1000진법을 쓴다면 한 자리에 1000개의 기호가 필요해지고, 1진법이면 숫자를 엄청나게 길게 써야 되는 불편함이 생깁니다.

수학적으로 진법과 자릿수의 곱(R x W)을 최소화하는 값을 구하면, 그 해답은 자연로그의 밑수 e(약 2.718)와 아주 가까워집니다. 즉, 3진법(삼진법)이 수 표현에 가장 경제적인 진법이라는 뜻이죠. 예를 들어, 백만 가지 값을 표현하는 데 이진법에선 20자리(비트), 하지만 삼진법에선 13자리(트릿)만 있으면 됩니다. 숫자를 줄이면서 저장 공간도 대폭 아끼는 거죠.

삼진법 컴퓨터의 역사: 소련의 Setun 프로젝트

삼진법 컴퓨팅이 꿈이었던 것만은 아닙니다. 1958년, 소련의 과학자들은 실제로 삼진법 컴퓨터 'Setun'을 만들어 냈습니다. 이 컴퓨터는 당시 이진법 컴퓨터보다 작고, 저렴하며, 전력 소비도 훨씬 적었습니다. 약 50여 대가 네트워크의 연구기관에서 실제로 쓰였고, 후속작인 Setun 70은 더욱 강력한 구조까지 도입했지만 결국 산업적 지원 부족으로 역사 속에 묻히고 말았습니다.

오늘의 삼진법: 인공지능과 에너지 절약의 새로운 해법

최근, 삼진법이 조용히 다시 떠오르고 있습니다. 그 중심에는 인공지능, 특히 딥러닝이 있죠. 기존 AI 모델들은 엄청난 전력과 메모리를 소모하는데, 삼진법 기반의 뉴럴 네트워크는 각 가중치를 -1, 0, +1만 가집니다. 이렇게 하면 복잡한 곱셈 연산이 거의 필요 없어지고, 메모리 사용량과 에너지도 3분의 1 수준으로 줄어듭니다.

대표적으로 Ternary Neural Networks는 드론이나 웨어러블 등 작은 기기에서도 고성능 AI를 쓸 수 있게 해 주고 있습니다. 성능 저하 없이 에너지만 아끼는 꿈의 기술이죠.

하드웨어의 장벽, 이제는 극복 중

삼진법이 널리 쓰이지 못했던 가장 큰 이유는 바로 하드웨어였습니다. 하지만 최근에는 기존 이진법 칩 생산 방식(CMOS)으로도 삼진법 칩을 만들 수 있게 됐습니다. 한국의 연구팀이 개발한 T-CMOS 기술은 양자터널링을 활용해 복잡한 전압 구분 없이 세 가지 논리 상태를 안정적으로 구현합니다. 이제 같은 공장, 같은 원료로 삼진법 컴퓨터를 생산할 수 있는 시대가 열린 것입니다.

앞으로의 컴퓨터, 삼진법은 왜 주목받는가

삼진법은 이론상 효율성, 전력 소비, 쉬운 연산 등 다양한 면에서 기존 이진법보다 뛰어난 성능을 내는 잠재력이 있습니다. 덕분에 복잡한 인공지능, 저전력 시스템, 새로운 데이터 처리 방식 등 가장 앞서가는 분야에서 삼진법 논리가 다시 주목받고 있습니다.

이제 남은 과제는 산업 표준, 기술 생태계, 그리고 우리 개발자들이 새로운 패러다임을 받아들이는 과정입니다. 한 번 굳어진 시스템을 바꾸는 건 쉽지 않지만, 작은 변화들이 쌓이면 결국 더 나은 미래로 이어집니다.

마무리하며, 컴퓨터의 근본적인 숫자 체계에 대한 질문은 단순히 '빠른 칩'이나 '싼 컴퓨터' 그 이상의 의미를 갖습니다. 이진법의 습관에만 머무르지 않고, 삼진법이 열어줄 새로운 가능성에 눈을 돌려보는 건 어떨까요? 삼진법 컴퓨팅의 부활, 당신은 어떻게 생각하시나요?

출처 및 참고 :