- 생물학적 모델에 기반한 컴퓨터 시스템에 관한 기술, 현재 미국에서 특허출원 가장 활발 -

- 독특한 통찰력 제공하는 특허동향 분석, 기업의 R&D 및 비즈니스 전략에 적절히 활용 필요 -

특허 동향을 분석하면 독특한 통찰력을 얻을 수 있다. 특허출원을 통해 공개되는 기술분야와 관련한 시장에서 경쟁력 있는 정보를 얻게 됨은 물론, 미래를 이끌 혁신적인 기술이 무엇인지 알 수 있는 것이다. 작년 한해 미국에서 출원된 특허 데이터를 통해 현재 미국에서 가장 빠르게 부상하는 기술(이머징 테크놀로지)이 무엇인지 알아본다.

 

2020년 미국에서는 어떤 기술이 주로 출원됐나

 

미국특허청(USPTO)에 의하면 2020년 특허출원 건수는 41만3176건으로 2019년의 39만4,349건보다 크게 증가했다. 미국과 유럽에서는 국제특허분류(IPC)보다 세분화된 특허분류를 위해 해당 발명이 속하는 기술분야를 CPC라는 코드를 기준으로 분류하고 있는데, CPC 코드별로 출원 건수를 살펴보면 2020년 한 해 어떤 기술분야가 ‘핫’했는지 알 수 있다. 미국의 특허데이터분석기관 IFI는 2019~2020년 기술분야별로 출원 동향을 분석하고, 2020년에는 기계학습, 양자컴퓨터 및 컴퓨터 시스템과 같은 CPC 분류 ‘G06N’에 속하는 기술들이 출원율에 있어서 급속한 성장을 보였다고 밝혔다.

 

2019~2020년 미국 기술분야별 특허출원동향

(단위: 개, %)

CPC 분류	기술분야	2019년 출원수	2020년 출원수	변화율
G06F	전기적 디지털 데이터 처리기술	61,938	63,363	2
H04L	디지털 정보 전송기술	39,613	41,845	6
H01L	반도체 장치기술	32,071	34,196	7
H04W	무선 통신 네트워크 기술	26,113	28,331	8
A61K	의료, 치과, 화장실 목적을 위한 준비기술	23,375	24,176	3
A61B	진단, 수술, 식별기술	22,085	21,968	-1
G06Q	행정, 상업, 금융, 경영, 감독 또는 예측 목적에 맞게 데이터를 처리하는 시스템 또는 방법에 관한 기술	19,986	21,315	7
H04N	영상 커뮤니케이션 기술(예: TV)	19,978	20,415	2
G06K	데이터 인식, 데이터의 제시, 기록 운반자, 기록 운반기 취급기술	16,239	18,626	15
A61P	화학 화합물 또는 의약 제제의 특정 치료 활성기술	18,465	17,426	-6
G06T	이미지 데이터 처리 또는 생성기술	15,316	16,614	8
G06N	특정 컴퓨팅 모델에 기반한 컴퓨터 시스템 기술	11,247	16,576	47
G01N	화학적 또는 물리적 특성을 확인해 물질을 조사·분석하는 기술	15,227	15,210	0
G02B	광학 요소, 시스템 또는 장치기술	14,024	14,074	0
Y02E	에너지 생성, 전송 또는 배포와 관련된 온실가스 [GHG] 배출 감소 기술	14,044	13,980	0
H04B	전송기술	11,206	11,521	3
C12N	미생물 또는 효소, 이의 조성물, 미생물 전파, 보존 또는 유지, 돌연변이 또는 유전공학기술	10,145	9,929	-2
C07K	펩티드 기술	8,404	8,608	2
A61M	신체에 또는 신체에 매체를 도입하기 위한 장치기술	8,269	8,418	2

자료: IFI, KOTRA 실리콘밸리 무역관 정리

 

CPC 분류 ‘G06N'에 속하는 기술 중에서도 기계학습 기술은 인공지능과 관련한 것으로서 주로 컴퓨팅 비전, 자연어 처리, 스피치 프로세싱 등의 기술이 핵심을 이루고 있으며, 인공지능은 다양한 산업 분야에서 활용될 수 있기에 전문가들은 해당 분야의 출원 증가세가 당분간 지속될 것이라고 전망하고 있다. 혁신적으로 빠른 속도의 데이터 처리가 가능한 양자 컴퓨팅 기술 역시 의료분야, 제약분야, 교통분야, 물류 및 공급망 분야 등에서 다양한 활용이 기대되는바, 국적을 불문하고 이 분야 선도 기업들의 치열한 특허권 확보 경쟁이 예상된다.

 

미국에서 가장 빠르게 부상하는 기술(이머징 테크놀로지) Top 10은?

 

위와 같이 CPC 분류를 기준으로 특허출원 건 수에 있어서 최근의 5년간 연간 성장률(CAGR)을 계산하면 현재 가장 빠르게 부상하는 기술을 알 수 있다. IFI에서 이와 같은 방법으로 도출한 결과는 다음과 같았다.

 

10위는 자율주행차를 위한 자율주행 및 내비게이션 시스템에 관한 기술(CPC 코드: G05D1)이었다. 자율주행 및 내비게이션 시스템은 위치, 경로, 고도를 자율적으로 조종하는 기술로 정의되며, 최근 5년간 연간 27.1%의 성장률을 보였다. 미국 내에서 자율주행차를 위한 자율주행 및 내비게이션 시스템과 관련한 특허출원 건수를 많이 보유한 기업은 포드, 도요타, LG 전자, GM, 보잉의 순서였다.

 

9위는 3D 프린팅에 관한 기술(CPC 코드: B33Y40)이었다. 3D 프린팅은 3차원 모델 데이터로부터 복잡한 형상을 가진 광범위한 구조물을 만들어내기 위해 사용하는 적층 제조(AM, additive manufacturing) 공법으로 정의되며, 최근 5년간 연간 27.1%의 성장률을 보였다. 미국 내에서 3D 프린팅과 관련한 특허출원 건수를 많이 보유한 기업은 휴렛팩커드, GE, 킨포전자, XYZ프린팅, 보잉의 순서였다.

 

8위는 정보 전송에 관한 기술(CPC 코드: G06F2213)이었다. 정보 전송기술은 메모리, 입출력 장치 또는 중앙처리장치 사이의 정보 또는 기타 신호의 상호 연결 또는 전송기술과 연관되며, 최근 5년간 연간 28.21%의 성장률을 보였다. 미국 내에서 정보 전송에 관련한 특허출원 건수를 많이 보유한 기업은 포드, 도요타, LG 전자, GM, 보잉의 순서였다.

 

7위는 정보 디스플레이에 관한 기술(CPC 코드: G09F9)이었다. 여기에서 정보 디스플레이에 관한 기술은 개별 요소의 선택 또는 조합에 의해 정보가 축적되는 가변 정보의 배열이 이뤄지는 컴퓨터, 모바일폰을 위한 디스플레이 기술로 정의되며, 최근 5년간 연간 29.08%의 성장률을 보였다. 미국 내에서 정보 전송에 관련한 특허출원 건수를 많이 보유한 기업은 삼성디스플레이, LG디스플레이, BOE 테크놀로지그룹, 삼성전자, LG 전자의 순서로 한국 기업의 우세가 두드러졌다.

 

6위는 비-전기적 기계를 위한 제어 시스템에 관한 기술(CPC 코드: G05D2201)이었다. 제어 시스템 기술은 자율주행차량 및 운전자 보조 기술과 관련한 것으로, 최근 5년간 연간 37.85%의 성장률을 보였다. 미국 내에서 비-전기적 기계를 위한 제어 시스템에 관련한 특허출원 건수를 많이 보유한 기업은 포드, LG전자, 도요타, 보쉬, 혼다의 순서였다.

웨이모에서 출원한 자율주행제어 시스템의 작업 실시 예를 나타낸 도면

자료: USPTO

5위는 양자 컴퓨터에 관한 기술(CPC 코드: G06N10)이었다. 양자 컴퓨터 기술은 양자-기계적 현상에 기초한 컴퓨터 시스템과 관련한 것으로, 최근 5년간 연간 41.75%의 성장률을 보였다. 미국 내에서 양자 컴퓨터에 관련한 특허출원 건수를 많이 보유한 기업은 IBM, 구글, 노스롭그루먼(Northrop Grumman), D-웨이브, 마이크로소프트의 순서였다.

 

4위는 기계학습에 관한 기술(CPC코드: G06N20)이었다. 기계학습 기술은 인공지능의 한 분야로 경험을 통해 자동으로 개선하는 컴퓨터 알고리즘으로, 최근 5년간 연간 46.01%의 성장률을 보였다. 미국 내에서 기계학습에 관련한 특허출원 건수를 많이 보유한 기업은 IBM, 마이크로소프트, 구글, 페이스북, 엑센츄어 글로벌 솔루션의 순서였다.

 

3위는 속씨식물 종자 개발에 관한 기술(CPC 코드: A01H6)이었다. 해당 기술은 식물과 종자 개발과 관련된 작물 과학에 관련한 것으로, 2020년 출원 건수가 2019년에 비해 다소 감소했지만 최근 5년간 연간 48.59%의 성장률을 보였다. 미국 내에서 속씨 식물 종자 개발에 관련한 특허출원 건수를 많이 보유한 기업은 몬산토, 파이오니어, 세미니스, 신젠타, 듀멘그룹 순이었다.

 

2위는 전자 흡연장치에 관한 기술(CPC 코드: A24F40)이었다. 전자 흡연 장치는 전자식으로 작동되는 흡연 도구에 관한 것으로, 2020년 출원 건수가 급격히 늘면서 최근 5년간 연간 55.08%의 성장률을 보였다. 미국 내에서 전자 흡연장치에 관련한 특허출원 건수를 많이 보유한 기업은 필립모리스, 알트리아, RAI, 니코벤처스, 브리티쉬 아메리칸 타바코 인베스트먼트의 순서였다.

 

1위는 생물학적 모델에 기반한 컴퓨터 시스템에 관한 기술(G06N3)이었다. 생물학적 모델에 기반한 컴퓨터 시스템이란 생물학적 시스템을 모델링해 효율적인 알고리즘, 데이터 구조, 시각화 및 통신 도구를 개발하고 사용하는 것을 목표로 하는 것으로, 다시 말해 생물학적 모델(뇌, 지능, 의식, 유전적 재생산)을 기반으로 하거나 생물학적 기원의 물리적 물질(생체 분자, DNA, 생물학적 뉴런 등)을 사용해 계산을 수행하는 컴퓨팅 시스템을 의미한다. 최근 5년간 해당 기술의 특허출원은 연간 67.28%의 성장률을 보였으며, 미국 내에서 생물학적 모델에 기반한 컴퓨터 시스템에 관한 특허출원 건수를 많이 보유한 기업은 IBM, 구글, 삼성전자, 인텔, 마이크로소프트의 순서였다.

 

IBM에서 출원한 다중 도메인 복잡 신경망에 관한 기술의 작업 실시예 도면

자료: USPTO

 

미국에서 현재 최고로 뜨거운 기술, 생물학적 모델에 기반한 컴퓨터 시스템

 

앞서 소개한 바와 같이 CPC 분류 G06N에 속하는 기술들(양자 컴퓨터, 기계학습, 생물학적 모델에 기반한 컴퓨터 시스템)이 미국에서 떠오르고 있는 기술 1, 4, 5위를 차지하는바, 특정 컴퓨팅 모델에 기반한 컴퓨터 시스템은 현재 미국에서 가장 인기있는 특허출원분야라고 볼 수 있다.

 

그 중에서도 생물학적 모델에 기반한 컴퓨터 시스템은 1위를 차지하고 있어 궁금증을 더한다. 도대체 이 기술은 무엇이길래 IBM, 구글, 삼성전자, 인텔, 마이크로소프트가 앞다퉈 특허권 확보 경쟁을 펼치고 있는 것일까. 생물학적 모델(뇌, 지능, 의식, 유전적 재생산)을 기반으로 하거나 생물학적 기원의 물리적 물질(생체 분자, DNA, 생물학적 뉴런 등)을 사용하여 계산을 수행하는 컴퓨팅 시스템을 의미하는 것이라고는 하나 구체적으로 어떤 기술인지 와닿지는 않는다. 해서 CPC코드 G06N3에 속하는 일부 하위코드의 분류와 정의, 해당 기술분야에 속하는 특허문서의 주요 키워드를 안내한다.

 

생물학적 모델에 기반한 컴퓨터 시스템의 기술군 예시

CPC 코드	분류	정의	해당 특허 문서에서 주로 사용되는 키워드
G06N 3/00	생물학적 모델에 기반한 컴퓨터 시스템	계산이 생물학적 모델(뇌, 지능, 의식, 유전적 재생산)을 기반으로 하거나 생물학적 기원의 물리적 물질(생체 분자, DNA, 생물학적 뉴런 등)을 사용해 계산하는 컴퓨팅시스템(계산은 본질적으로 디지털, 아날로그 또는 화학적일 수 있음)	바이오 컴퓨터, 생물 컴퓨터, 나노 컴퓨터, 신경망, 인공 생명
G06N 3/002	생체 분자 컴퓨터, 즉 생체 분자, 단백질, 세포 사용	계산을 수행하기 위해 생체 분자, 단백질, 세포 또는 기타 생화학 물질과 같은 탄소 기반 생활 시스템에 사용되는 생화학 기원의 실제 물리적 물질 또는 물질을 사용하는 컴퓨터	바이오 컴퓨터, 웨트웨어, 생화학 컴퓨터, 바이오칩, 리빙 컴퓨터
G06N 3/004	인공 생명체, 즉 생명을 시뮬레이션하는 컴퓨터	탄소 기반 생명체의 모델을 기반으로 하거나 영감을 얻었지만 실제로는 표준 실리콘 기반 컴퓨터에서 구현되거나 제어되는 합성 생명체의 생성	Alife, 인공 생명, 합성 생명, 가상 생물
G06N 3/006	시뮬레이션 된 가상 개인 또는 집단 생명체(예: 단일 '아바타', 사회 시뮬레이션, 가상 세계 또는 입자 군집 최적화)를 기반으로 하는 기술	일반적으로 생명체에 기인하는 행동을 보이는 시스템의 표준 실리콘 기반 디지털 컴퓨터에 대한 소프트웨어 시뮬레이션	메타 버스, 가상현실, 가상 세계, 가상사회, 사회 시뮬레이션, 입자 군집, 개미 콜로니, 및 인공면역체계
G06N 3/008	지능형 생명체를 복제하기 위해 시뮬레이션되며 지능에 의해 제어되는 물리적 개체(예: 외모나 행동에서 애완동물이나 인간을 복제하는 로봇)를 기반으로 한 기술	주로 동물(애완 동물) 또는 인간(휴머노이드 또는 안드로이드) 형태의 물리적 로봇으로 구현된, 기존 생물학적 생명체를 모방/시뮬레이션하는 물리적 컴퓨터 제어 기계 장치. 해당 로봇은 독립형이거나 그룹으로 작업할 수 있음(예: 로봇축구 선수로 구성된 Robocup팀)	휴머노이드, 안드로이드, 로봇, 로봇 애완동물, 행동 기반 로봇
G06N 3/02	신경망 모델 사용 기술	주로 비생물학적 재료(예: 전자 또는 광학재료)에서 구현되는 생물학적 뇌의 기능을 시뮬레이션하거나 모방하는 기술	신경망, 신경망, 신경 모사 네트워크, 인공뇌, 퍼셉트론
G06N 3/061	생물학적 뉴런 사용 기술(예: 집적회로에 연결된 생물학적 뉴런)	생명체의 실제 생물학적 뉴런을 사용해 기질에 구현하는 기술	뉴로칩, 바이오칩, 웨트웨어
G06N 3/08	학습 방법에 관한 기술	신경망을 훈련하거나 학습하는 수단 및 방법	신경망 훈련 또는 학습, 신경망 진화 또는 적응, 신경망 최적화
G06N 3/123	DNA 컴퓨터, 즉 생물학적 DNA를 사용하는 정보처리기술	DNA의 나노구조의 자기조립 기능, 고유의 병렬성, 고저장성 등을 이용하여 지수함수나 NP-완성급의 어려운 문제의 해답을 일정시간에 얻을 수 있는 DNA 계산법을 이용한 기술	DNA 컴퓨터, DNA 칩

자료: USPTO, KOTRA 실리콘밸리 무역관 정리

 

개념은 여전히 어렵지만 주요 골자는 생물에서 영감을 받아 효율적인 알고리즘을 발견하고 이를 다양한 문제해결 방안에 활용하는 기술 정도로 요약할 수 있다. 바이오컴퓨터, 메타버스, 가상현실, 휴머노이드, 신경 모사 네트워크, 뉴로 칩, DNA 컴퓨터 등과 같이 해당 특허문서에서 사용되는 주요 키워드들을 살펴보는 것 역시 트렌드 전반을 이해하는데 도움이 된다.

 

오늘날 컴퓨팅의 중요한 목표는 높은 수준의 자율성으로 작동할 수 있는 시스템을 구축하는 것에 있다. 다시 말해 이 목표는 대규모 병렬 방식으로 대량의 데이터를 신속하게 처리하고, 자동으로 네트워크를 구성하며, 인간 개입은 최소화해 컴퓨터 스스로가 환경에서 “학습하고 진화”하여 문제를 해결하도록 하는 것이다. 생물학적 유기체는 높은 수준의 자율성을 갖고 기능하고, 뇌의 뉴런은 네트워크를 자동으로 구성하며, 감각 시스템은 대량의 데이터 속에서도 필요한 정보를 빠르게 선택하는 등 오늘날 컴퓨터 기술이 지향하는 우수한 특성을 갖고 있기 때문에 어쩌면 생물학적 모델에 기반한 컴퓨터 시스템 기술의 부상은 필연적이라고 볼 수도 있겠다.

 

시사점

 

상기에서 특허출원 동향을 통해 거시적인 관점에서 현재 미국에서 어떤 기술이 부상하고 있는지 검토해보았다. 일반적으로 기업들은 자사의 R&D 과제를 발굴하고 원천특허를 창출하기 위해 특허 동향을 분석한다. 특허 동향을 통해 관심 있는 분야의 유망 기술을 도출하는 것은 물론, 공백이 있는 부분에 대해서는 지적재산권의 선점이 가능하기 때문이다. 특허법인 S사의 파트너 변리사 C 씨는 KOTRA 실리콘밸리무역관과의 인터뷰에서 "기업의 글로벌한 사업활동에는 지식재산분쟁의 위험성이 필연적으로 뒤따르므로, 기업들은 이런 분쟁을 미연에 방지하기 위해 연구개발에 앞서 특허동향을 상세히 조사하는 것이 중요하다"고 하며, "지재권 관련 비용의 확보가 어려운 중소기업의 경우에는 특허청에서 지원하는 지재권 연계 연구개발 전략지원 사업을 활용하는 것이 좋다"고 밝혔다. 특허청은 중소기업이 R&D 효율성을 높이고 핵심특허 또는 원천특허를 선점할 수 있도록 기술개발 현장 맞춤형 특허전략을 지원하고 있다.

한국 특허청에서 지원하는 지재권 연계 연구개발 전략지원 사업의 내용

자료: 한국 특허청

과제 유형과 기업규모에 따라 정부지원금은 70~90% 수준이며, 상세사항은 특허청 홈페이지(https://www.kipo.go.kr/kpo/HtmlApp?c=52104&catmenu=m05_02_01_04)에서 확인 가능하다. 특허동향을 조사∙분석하면 특허출원을 통해 공개되는 기술분야와 관련한 시장에서 경쟁력 있는 정보를 얻을 수 있기에 사업적 관점에서 적절히 활용하는 것도 좋은 전략이 될 수 있겠다.

 

 

자료: IFI, USPTO, Bloomberg, CNBC, 한국특허청, KOTRA 실리콘밸리 무역관 자료 종합