Anthropic연구Science
Claude에게 실제 전자기기 설계를 맡겨 봤습니다
스피커폰, 음성 비서 허브, 휴대용 가상 펫까지 전자기기 세 가지의 설계를 Claude에게 맡겼습니다. 완성된 프로토타입은 회로를 하나도 수정하지 않고도 정상적으로 작동했습니다.
1년여 전, 우리는 Claude가 기본적인 전자회로를 얼마나 잘 설계하는지 시험하기 시작했습니다. 회로기판을 설계·제조하는 Diode Computers와 협력하여,1 칩의 데이터시트를 읽고 그 칩을 구동하려면 어떤 부품이 필요한지 파악하는 것 같은 간단한 작업으로 Claude를 훈련했습니다. 당시 실험하던 모델은 회로기판 레이아웃을 안정적으로 짜지 못했고, 서로 맞물리는 부품을 설계하는 데도 어려움을 겪었습니다. 이제 Claude는 전자 하드웨어의 설계부터 프로토타입 제작까지 전 과정을 해낼 수 있습니다.
전자기기를 개발하려면 복잡한 단계와 현실적인 제약을 하나하나 넘어야 합니다. 회로기판을 설계하고 시뮬레이션하는 것은 물론, 기판의 물리적 배치와 동작 방식을 따져 보고, 기구 부품을 모델링하고, 펌웨어도 작성해야 합니다. 이 모든 과정에서 쉽게 구할 수 있는 부품이 무엇인지, 공장에서 어떤 공정을 쓸 수 있는지도 계속 챙겨야 합니다.
최신 Claude 모델이 이 분야에서 얼마나 나아졌는지 확인하기 위해 Diode와 다시 손을 잡았고, 이번에는 Claude Fable 5.2에게 스피커폰, 음성 비서 허브, 휴대용 가상 펫까지 전자기기 세 가지의 설계를 맡겼습니다. Claude는 최소한의 지시만으로 기하학적 추론을 활용해 회로기판 레이아웃을 짰고, 제조상의 제약을 예측해 설계가 그 범위 안에서 동작하도록 만들었습니다. 스스로 작업물을 수정하고, 컴퓨터 지원 설계(CAD) 소프트웨어로 설계를 모델링했으며, 마지막에는 사람 엔지니어에게 제작 방법을 지시했습니다. 그렇게 만든 프로토타입은 회로를 하나도 수정하지 않고도 정상적으로 작동했습니다.
각 설계는 만들 기기의 종류와 핵심 하드웨어 요구 사항을 담은 간단한 프롬프트로 시작했습니다. 예를 들어 스피커폰 프롬프트는 "USB-C로 컴퓨터에 연결되고, 마이크와 스피커를 갖추며, PCB 안테나로 블루투스를 지원하는 퍽(puck) 형태의 기기"를 요청했습니다. Claude는 기기 사양서를 작성하고, 깔끔한 회로도를 그리고, 인쇄회로기판(PCB) 위에 부품을 어디에 놓을지 정하고, 부품 사이를 잇는 구리 배선을 연결하고, 3D 프린팅이 가능한 케이스를 설계하고, 펌웨어를 코딩하고, 부품 목록까지 준비했습니다. Diode는 Claude의 지시에 따라 회로기판을 조립하고 펌웨어를 실행했습니다. 그 결과 만들어진 스피커폰 프로토타입은 몇 주를 써도 여전히 잘 작동합니다.
음성 비서 허브와 가상 펫도 비슷한 과정을 거쳐 만들었고, 두 기기 모두 지금까지 상태가 좋습니다. 다만 아직 초기 프로토타입이어서 계속 사용했을 때 얼마나 버틸지, 상용 인증을 통과할 수 있을지는 알 수 없습니다.
Claude의 설계로 만든 기기 세 가지입니다. 왼쪽부터 배터리로 작동하는 휴대용 펫, 가정용 음성 비서 허브, USB 스피커폰입니다. Claude는 각 기기의 전자회로와 케이스를 설계하고 펌웨어를 작성했습니다.
기하학적 문제 추론
Fable 5.2와 이전 테스트에서 사용한 모델의 가장 큰 차이는 복잡한 기하학적 문제를 풀어내는 능력이었습니다. 회로기판에서 부품을 어디에 배치할지, 부품 사이의 구리 배선을 어떻게 연결할지가 대표적입니다.
이전 모델은 기본 부품을 배치하는 데도 애를 먹었습니다. 보조 부품을 해당 칩에서 너무 멀리 두거나, 커넥터 방향을 잘못 잡는 식이었습니다. 반면 Fable 5.2는 더 간결하고 실용적인 레이아웃을 만들었습니다. 고속 신호나 대전류가 흐르거나 노이즈에 민감한 핵심 배선부터 먼저 연결했습니다. 음성 비서 허브를 예로 들면, Claude는 기판 위의 얇은 구리선인 트랙 한 쌍으로 신호를 전송하는 USB와 이더넷 연결부터 배선했습니다. 트랙을 한 쌍씩 연결하면서 쌍을 이루는 두 트랙의 길이를 같게, 간격은 정확하게 유지했습니다. 또 신호가 동시에 도착하도록 트랙 길이를 늘려 주는 작은 지그재그 패턴(튜닝 패턴)을 넣었고, 전원부 부품도 효율이 높아지게 배치했습니다.
Fable 5.2가 이전 모델보다 회로기판 레이아웃을 얼마나 더 잘 짜는지 보여 주기 위해, Diode에 PCB Gym 실행을 요청했습니다. PCB Gym은 레이아웃을 지워 둔 기판 설계에서 부품을 배치하고 배선을 다시 연결하는 능력을 점수로 매기는 내부 벤치마크입니다. Fable 5.2는 이 벤치마크에서 69%를 기록해 Fable 5의 25%를 크게 앞섰습니다(Figure 2). 3D 부품, 조립체, 회로기판을 공학 도면과 렌더링 이미지로부터 재구성할 수 있는지 평가하는 공개 벤치마크 BenchCAD 2.1에서도 더 좋은 성적을 냈습니다. Fable 5.2는 83.5%로, 이전 모델인 Claude Fable 5.1의 거의 두 배였습니다.
최신 프런티어 모델들의 Diode PCB Gym 점수를 총 API 비용에 맞춰 나타낸 그래프입니다. PCB Gym은 레이아웃을 지운 회로기판에 부품을 배치하고 배선을 연결하도록 모델에 지시하는 벤치마크입니다.
설계 수정
이전 모델은 PCB 레이아웃을 설계하다가 부품 배치 때문에 배선을 끝낼 수 없다는 사실이 드러나도 자기 작업을 좀처럼 고치지 않았습니다. 지난 1년간 Diode가 이런 모델들로 설계한 기판 중에는 95%까지 완성됐지만 끝내 쓸 수 없는 것이 많았습니다.
Claude는 설계가 제대로 동작하지 않는다는 것을 알아차리면 지시를 받지 않아도 방향을 바꿨습니다. 예를 들어 구리 층이 4개인 스피커폰 회로기판을 설계할 때는 칩 두 개의 신호를 서로 다른 핀에 다시 할당했습니다. 덕분에 스피커폰의 터치 컨트롤 아래를 지나는 트랙이 서로 교차하지 않고 한 층 안에 머물 수 있었습니다. 이후 기판 뒷면이 너무 복잡해지자, 층간 점프를 추가해 문제를 땜질하는 대신 교체 가능한 핀의 신호를 맞바꾸고 기판 한쪽 모서리 전체를 다시 배치했습니다.
음성 비서 허브의 설계 파일에 트랙을 배치할 때는 구리 배선이 "눈으로 따라가기에는 너무 엉켜 간다"는 것을 알아차리고 "이 트레이스(트랙)들을 걷어내고 처음부터 다시 해야겠다"고 판단했습니다. 그리고 적합한 배치를 찾을 때까지 구리 배선을 수십 번 지우고 다시 연결했습니다.
Claude가 연결을 재구성하기 전후의 음성 비서 허브 배선입니다. 왼쪽은 마이크의 전원 트랙(파란선)이 사운드 포트의 접지 링을 돌아가고, 앞면 트랙(빨간색)이 링을 가로지르며, 구리 층을 연결하는 작은 구멍인 비아가 마이크 패드 사이에 놓여 있습니다. 오른쪽은 Claude가 전원 트랙을 다시 배선한 뒤의 같은 영역으로, 링 주변이 비어 있고 접지된 상태입니다. 왼쪽 버전을 다시 작업한 이유에 대한 Claude의 설명은 이렇습니다. "바텀 포트 MEMS 마이크 아래에 이렇게 두는 건 간격상 문제가 없더라도 위험하므로, 동일한 마이크 풋프린트 두 곳 모두 주변 배선을 깔끔하게 다시 하고 싶다."
소프트웨어와 문서 활용
기기 설계에서 특정 부품의 세부 사양에 따라 결정이 갈릴 때, Claude는 제조사가 발행하는 기술 문서인 해당 부품의 데이터시트를 자주 확인했습니다. 휴대용 펫이 배터리 없이도 작동하는지 묻자, Claude는 충전 칩의 데이터시트를 읽고 USB 전원만으로도 동작하겠지만 충전 표시등은 깜빡일 것이라고 예측했습니다. 충전 칩이 배터리 자리에 있는 작은 커패시터를 계속 재충전하기 때문입니다.2
음성 비서 허브의 배선을 연결할 때 Claude는 Diode가 제공한 설계 소프트웨어로 시작했습니다. 이 소프트웨어로 널리 쓰이는 회로기판 설계 프로그램인 KiCad에 내장된 라우터(트랙을 그리는 도구)를 실행할 수 있었습니다. KiCad의 라우터는 Claude가 고른 두 지점 사이에 트랙을 한 번에 하나씩 그렸습니다. 그런데 허브에는 100핀 커넥터에서 뻗어 나오는 긴 트랙이 많았고, Claude는 이를 하나씩 배선하려면 단계별로 너무 많은 안내가 필요하다고 판단했습니다.
그래서 Claude는 직접 라우터를 만들었습니다. 기판을 격자로 나누고 각 트랙이 지나갈 빈 경로를 탐색하는 알고리즘입니다. 약 30분 만에 긴 트랙 하나를 대략 1초에 깔 수 있는 라우터가 완성됐습니다. 오디오 클록 트랙이 이더넷 트랙과 너무 가깝게 지나가는 것을 발견했을 때는, 민감한 트랙 주변에 더 많은 여유 공간을 두도록 라우터를 조정했습니다.
제약 조건과 후속 영향 챙기기
설계의 한 부분에서 내린 결정은 다른 부분에 영향을 미치는데, Claude는 이를 놓치지 않았습니다. 각 기기의 케이스를 설계하면서, 회로기판의 3D 모델이 부품끼리 부딪히지 않고 케이스 안에 들어가는지 확인하는 코드를 작성했습니다. 예를 들어 스피커폰의 기판은 음소거 스위치가 뒷벽에 부딪혀서 케이스에 수직으로 내려 넣을 수 없다는 것을 알아냈습니다. Claude는 설치할 때 기판을 약 25도 기울이면 들어간다는 것을 찾아냈습니다. 이를 3D 모델에서 시험해 보고 조립 지침에 해당 단계를 추가했습니다.
음성 비서 허브의 케이스를 설계할 때는 소리가 마이크에 닿게 하는 구멍인 마이크 포트가 25mm 길이면 3.4kHz 부근에서 공진한다고 계산했습니다. 이는 "딱 음성 대역이라 이상적이지는 않지만, 음성 비서 용도로는 그래도 쓸 만하다. 더 나은 방법은 뒤쪽은 높고 앞쪽으로 갈수록 낮아지는 쐐기형 케이스다"라고 판단했습니다. 쐐기 모양 덕분에 포트가 약 10mm로 짧아졌고, 공진 주파수는 음성 대역의 끝자락인 약 8.9kHz로 올라갔습니다. 또 Claude는 스피커폰 펌웨어를 작성하면서, 소리가 커질수록 LED 링의 밝기를 낮추도록 했습니다. 기판에 설계해 둔 전류 한도를 넘지 않게 하기 위해서입니다.
Claude가 설계한 가정용 음성 비서 허브와 완성된 프로토타입입니다. Claude가 케이스를 CAD로 모델링하는 코드를 작성하고, 회로기판을 배치하고, 펌웨어까지 썼습니다.
실제 제조를 고려한 설계
전자기기를 설계하는 엔지니어는 현실의 제약 안에서 일해야 합니다. 만들고 싶은 제품을 공장에서 실제로 만들 수 있는지 확인해야 한다는 뜻입니다. 이를 위해 두 가지 검사를 합니다. 하나는 회로기판의 형상을 공장의 제조 한계와 대조하는 제조 용이성 설계(DFM) 검사이고, 다른 하나는 유통업체에 부품 재고가 있는지 확인하는 조달 검사입니다.
Claude는 이 검사를 직접 실행하고, 결과를 수정해야 할 문제와 무시해도 되는 경고로 분류했습니다. 음성 비서 허브 검사에서는 솔더 마스크(회로기판의 보호 코팅) 조각 여섯 개가 제조하기에는 너무 얇다는 경고가 나왔습니다. Claude는 부품을 옮기지 않고 솔더 마스크의 개구부를 넓혀 해결했습니다. 두 접지(전류의 공통 귀환 경로) 사이의 연결이 오류로 표시되기도 했는데, 자동 검사기가 이 연결이 의도된 것임을 인식하지 못했기 때문입니다. Claude는 성능에 영향이 없다고 올바르게 판단하고 이 경고를 무시했습니다.
Diode는 Claude의 설계 파일만으로 기판 세 개를 모두 제조했으며, 수정 요청을 주고받는 과정은 전혀 없었습니다. 공장과 엔지니어는 제조 단계에서 여러 차례 설계를 변경해야 하는 경우가 많은데, Diode 팀은 Claude와 작업할 때는 그럴 필요가 없어서 놀랐다고 전했습니다.
스피커폰의 구리 층 4개입니다. 점선 원은 구리 전극이 사용자의 손가락을 감지하는 터치 휠입니다. 트랙을 한 층에서 다른 층으로 옮기려면 기판에 구멍을 뚫어야 하는데, 터치 휠 아래에서는 그 구멍이 전극을 관통하게 됩니다. 이를 피하려고 Claude는 휠 아래의 신호 트랙을 각각 한 층에만 두었고, 이 트랙들이 서로 교차할 필요가 없도록 칩의 핀 할당을 정했습니다. 또 블루투스 안테나(맨 위의 지그재그) 주변은 모든 층에서 다른 구리나 구멍이 없도록 비워 두어, 근처 금속이 신호를 약하게 만들지 않게 했습니다.
스피커폰의 구리 층 4개입니다. 점선 원은 구리 전극이 사용자의 손가락을 감지하는 터치 휠입니다. 트랙을 한 층에서 다른 층으로 옮기려면 기판에 구멍을 뚫어야 하는데, 터치 휠 아래에서는 그 구멍이 전극을 관통하게 됩니다. 이를 피하려고 Claude는 휠 아래의 신호 트랙을 각각 한 층에만 두었고, 이 트랙들이 서로 교차할 필요가 없도록 칩의 핀 할당을 정했습니다. 또 블루투스 안테나(맨 위의 지그재그) 주변은 모든 층에서 다른 구리나 구멍이 없도록 비워 두어, 근처 금속이 신호를 약하게 만들지 않게 했습니다.
스피커폰의 구리 층 4개입니다. 점선 원은 구리 전극이 사용자의 손가락을 감지하는 터치 휠입니다. 트랙을 한 층에서 다른 층으로 옮기려면 기판에 구멍을 뚫어야 하는데, 터치 휠 아래에서는 그 구멍이 전극을 관통하게 됩니다. 이를 피하려고 Claude는 휠 아래의 신호 트랙을 각각 한 층에만 두었고, 이 트랙들이 서로 교차할 필요가 없도록 칩의 핀 할당을 정했습니다. 또 블루투스 안테나(맨 위의 지그재그) 주변은 모든 층에서 다른 구리나 구멍이 없도록 비워 두어, 근처 금속이 신호를 약하게 만들지 않게 했습니다.
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음성 비서 허브의 구리 층 4개입니다. Claude는 기판 뒷면에서 고속 신호를 전달하는 대부분의 트랙 바로 뒤쪽, 전원 층(녹색)에 접지된 구리 영역 두 곳을 추가했습니다. 이렇게 하면 신호가 가까운 귀환 경로를 확보해 간섭을 줄일 수 있습니다.
음성 비서 허브의 구리 층 4개입니다. Claude는 기판 뒷면에서 고속 신호를 전달하는 대부분의 트랙 바로 뒤쪽, 전원 층(녹색)에 접지된 구리 영역 두 곳을 추가했습니다. 이렇게 하면 신호가 가까운 귀환 경로를 확보해 간섭을 줄일 수 있습니다.
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음성 비서 허브의 구리 층 4개입니다. Claude는 기판 뒷면에서 고속 신호를 전달하는 대부분의 트랙 바로 뒤쪽, 전원 층(녹색)에 접지된 구리 영역 두 곳을 추가했습니다. 이렇게 하면 신호가 가까운 귀환 경로를 확보해 간섭을 줄일 수 있습니다.
스피커폰의 회로기판은 음소거 스위치의 노브가 뒷벽(빨간색)에 부딪히기 때문에 케이스에 수직으로 내려 넣을 수 없습니다. Claude는 기판을 약 25도 기울여 넣은 뒤 평평하게 돌려 놓는 설치 방법을 찾아내고, 이 단계를 조립 지침에 추가했습니다.
한계와 향후 계획
이 기기 세 가지는 모두 아직 프로토타입입니다. 전기적 검증, 안테나 튜닝, 열 테스트, 인증을 거치지 않았고 양산을 염두에 두고 설계한 것도 아닙니다. Claude는 테스트 장비나 회로기판 제조·조립 장비에 연결되어 있지 않았기 때문에, 프로토타입은 Diode의 엔지니어들이 직접 만들고 테스트했습니다. 그럼에도 지난 1년간 Claude는 부품 배치와 배선에 관한 결정을 추론하는 능력이 크게 좋아졌고, 이제는 사람의 지도를 거의 받지 않고도 전자기기를 설계하고 프로토타입 제작을 도울 수 있습니다. 다른 모델들도 이 분야에서 진전을 보이고 있습니다. OpenAI도 최근 자사 모델로 휴대용 기기를 설계한 사례를 소개했습니다. 이런 작업은 엔지니어가 새로운 하드웨어 설계를 더 빠르게 만들고 테스트하는 데 도움이 될 수 있습니다.
다음 단계로는 Claude가 더 조밀하고 빠르며 복잡한 기판을 설계할 수 있는지, 시뮬레이션으로 검증할 수 있는지, 완성된 기기에서 측정한 값을 학습에 반영할 수 있는지 살펴볼 계획입니다.
