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[김정호의 4차혁명 오딧세이] 설명 불가능한 인공지능 작동 원리의 비밀

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인공지능은 암호 숫자 모음

인공지능의 알고리즘 중에서 최근 가장 많이 사용하는 알고리즘이 딥러닝(DNN, Deep Neural Network)이라고 한다. 인간의 뇌 신경망을 모방해서 수학적 모델을 세우고 컴퓨터 코딩으로 구현한다.

 김정호 카이스트 교수

이 딥러닝 신경망은 여러 개의 층(Layer)으로 이루어져 있는데, 그 층 숫자가 증가할수록 성능과 정확성이 높아진다. 그래서 "깊다"라는 의미를 가진 '딥'(Deep)이라는 표현이 나온다. 다른 말로 딥러닝을 심층학습(深層學習)이라고 부르기도 한다. 다량의 데이터나 복잡한 자료들 속에서 핵심적인 내용 또는 기능을 추출해내는 기계학습(Machine Learning) 알고리즘의 일종이다.

기계학습은 큰 틀에서 사람의 사고방식을 컴퓨터에게 가르치는 분야라고 이야기할 수 있다. 이 딥러닝이 성공할 수 있었던 배경에는 컴퓨터와 반도체의 성능향상과 인터넷에 널린 빅데이터의 도움이 결정적이다.

2012년 스탠포드 대학의 앤드류 응 교수와 구글이 함께 한 딥 러닝 프로젝트에서는 1만6000개의 컴퓨터 프로세서와 10억 개 이상의 신경망과 딥러닝을 이용하여 유튜브에 업로드 되어 있는 천만 개 넘는 비디오 중 고양이 인식에 성공하였다.

이 딥러닝에는 입력층(Input layer)과 출력층(Output layer) 사이에 여러 개의 은닉층(Hidden layer)들로 이루어져 있다. 이 딥러닝은 복잡한 비선형 관계(Non-linear relationship)들을 모델링할 수 있다.

뇌의 동작은 비선형적이기 때문이다. 이 딥러닝 알고리즘에는 각 층에 설치된 수천 혹은 수천 만개의 신경세포(Node)가 서로 연결망의 선으로 연결되어 있다. 그리고 이 연결망을 통해서 각 층을 지나면서 출력이 전달될 때, 가중치(w, weight)가 곱해진다. 이때 각 신경세포(Node)에서 입력 값이 합해지게 되는데, 그 합이 일정 값이 넘으면 다음 단계로 출력으로 전달된다. 그래서 딥러닝 신경망에는 수많은 변수(Parameters)가 존재한다. 이러한 변수들은 인공지능이 빅데이터를 이용해 학습하면서 정해간다. 다름 아니라 이 변수들을 정해가는 과정을 학습이라고 한다.

이 학습과정에서 최종 출력 값인 결과와 미리 정해진 정답과 비교하면서 변수를 학습해 간다. 예를 들어 인공지능이 사진을 판독한다면, 입력이 사진이고 최종 출력이 판독이다. 사진을 넣어 주면서 결과를 뽑아 호랑이인지 고양이 인지 판정하게 되는데, 이 과정을 전진방향 전파 학습(Forward Propagation) 이라고 한다. 이 결과에 오차가 생겼을 때, 그 결과의 차이를 보고, 다시 꺼꾸로 변수를 정해가는 과정을 역방향 전파 학습(Back Propagation) 이라고 한다. 이처럼 결과 오류의 차이를 이용해 변수를 정해서 전해간다. 이렇게 답을 알려주면서 학습하는 방법을 지도학습(Supervised Learning) 이라 한다.

이렇게 인공지능에서 학습을 통해서 정해진 변수 값들을 행렬이나 테이블로 쭉 나열해 볼 수 있다. 그런데 놀랍게도 그 숫자들의 의미를 전혀 찾을 수가 없다. 인간에게 단순한 숫자의 나열에 불과하다. 그 숫자의 의미를 찾아 보려고 노력하지만 그 의미를 찾을 수 없다. 그래서 필자는 "설명 가능한 인공지능은 없다"고 말한다.

인공지능 신경망 딥러닝의 구조. 입력층(Input layer), 내부층(Hidden Layer), 그리고 출력층(Output layer)으로 연결망이 이루어져있다. [출처: KAIST]
인공지능 딥러닝 알고리즘에서 전진학습 과정(Forward Propagation)과 가중치 변수(w)들, [출처: KAIST]


인공지능 작동원리, 아직은 설명 가능하지 않아 

미국 국방성 고급 연구기관인 DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)는 방위 고등 연구 계획국의 약자이며, 미국 국방성의 연구, 개발 부문을 담당하고 있다. 인터넷의 원형을 개발한 것으로 잘 알려져 있다. 이 DARPA에서 인공지능을 이해하고 설명해 보려는 프로젝트를 진행하고 있다.

인공지능이 인간을 대신해서 전쟁을 수행하고 공격한다면 인간에게 매우 위협적이다. 핵 무기보다 무섭다. 잘못하면 인류의 종말이 가까이 올 수 있다. 그래서 국방 무기에 인공지능을 적용할 때 많은 우려를 갖는다. 이러한 배경으로 미국 국방부에서는 인공지능을 충분히 신뢰하기 위해서는 인공지능 내부와 결정과정을 이해하고 설명할 수 있어야 한다고 보는 것이다. 그런데 필자는 성공할 수 없는 프로젝트라고 본다.

인공지능은 수많은 데이터로 학습한 이후, 호랑이와 고양이 사진을 구별할 수 있다. 그런데 왜 그런지 인공지능 내부를 설명할 수 없다. 그리고 미래 인공지능은 쌍둥이도 구별하고, 같은 사람이 나이 들어도 알 수 있다. 가족도 찾아 낸다. 화장하더라도 같은 사람을 찾아 낼 수 있다.

이러한 구분은 '인간 아기'가 2~3세만 되어도 호랑이와 고양이 사진을 구별해내는 것과 유사하다. 방향이 돌려지고, 조명이 바뀌어도 찾아 낸다. 그런데 아기가 설명할 수는 없다. 설명할 수 없는 직관으로 찾아 낸다. 그래서 인공지능 내부는 직관이자 블랙박스이다.

인공지능 강화학습(Reinforcement Learning)을 통해서 얻어진 숫자 4x6 행렬(Q 값), [출처: KAIST]


인공지능, 신의 언어일까? 외계인의 언어일까?

인공지능에서 충분한 데이터로 학습하면 내부는 모르지만 입력을 하면 정답이 나오고 최적 값이, 그리고 판정이 나온다. 그래서 필자는 ‘인공지능이 신의 언어 혹은 외계인 언어’일수도 있다고 본다.

당분간 이해하거나 설명하려는 인간의 노력은 무의미하다. 어쩌다 반도체와 컴퓨터가 성능이 발전하고, 데이터가 많아 지면서 알게 된 비밀일 것 같다. 인공지능은 인간과 외계인과의 대화 물꼬를 틀지도 모른다.

4차 산업혁명의 동력인 반도체가 양자역학 원리에 의해서 동작한다. 양자 역학도 불확실성에 기반하고 확률을 구하는 물리이다. 기존 인간의 확정적 경험 세계로는 절대 설명할 수 없다. 그냥 받아 들여야 한다.

양자적 불연속 에너지 현상, 존재의 불확실성, 배타성 (Exclusion Principle) 등은 인간의 실 생활에서 찾아 볼 수 없다. 원자 세계에서만 나타나는 현상이다. 그래서 양자역학과 인공지능 모두 미지의 세계이고 상상의 세계이다. 4차 산업혁명 개념과 실제도 그래서 어렵다. 그 물결을 받아 들이고 파도를 타야 한다.

외계인의 이미지. [출처: 허핑턴포스트코리아 ]

 

joungho@kaist.ac.kr  


[김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수] 

 

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[6·3 지선 Q&A]사전투표 29~30일 [서울=뉴스핌] 송기욱 기자 = 오는 6월 3일 9회 지방선거가 실시된다. 본후보 등록일은 오는 14~15일 오전 9시부터 오후 6시까지다. 사전투표는 5월 29일부터 30일까지 이틀간 진행된다. 유권자가 반드시 알아야 할 투표 시간과 선거운동 기준, 여론조사 공표 금지 기간, 투표 때 유의 사항을 중앙선거관리위원회가 펴낸 책자를 통해 질의응답(Q&A)으로 정리한다.      선거일 투표 시간은 오전 6시부터 오후 6시까지다. 사전투표 역시 오전 6시부터 오후 6시까지 가능하며 거소투표자를 제외한 모든 유권자가 참여할 수 있다. 일반 지역 유권자는 이번 지방선거에서 시·도지사와 교육감, 기초단체장, 광역·기초의원 등을 선출하기 위해 총 7장의 투표용지를 받게 된다. 선거일 전 6일인 5월 28일부터 선거일 투표 마감 시각까지 정당 지지도나 당선인을 예상하게 하는 여론조사 결과 공표·인용 보도가 금지된다. 다만 금지기간 이전 실시된 여론조사 결과는 관련 요건을 준수할 경우 공표할 수 있다. 또 일반 유권자도 문자메시지와 사회관계망서비스(SNS), 인터넷 등을 활용해 선거운동을 할 수 있다. 선거일 당일에는 인터넷·전자우편·문자메시지를 제외한 일체의 선거운동이 금지된다. 기표소 안에서 투표지를 촬영하는 행위 역시 허용되지 않는다. 다음은 6·3 지방선거 관련 꼭 알아야 할 주요 Q&A다. -선거일과 투표 시간은 ▲6월 3일 오전 6시 ~ 오후 6시. 거소·사전 투표자를 제외한 해당 투표구의 선거인. -사전 투표일과 시간은 ▲5월 29일(금) ~ 5월 30일(토) 2일간 오전 6시 ~ 오후 6시. 거소 투표자를 제외한 모든 선거인. 읍·면·동마다 1개소 투표소 설치. -선거일 당일 선거 운동 여부와 금지 사항은 ▲일체의 선거운동 금지. 다만 인터넷·전자우편·문자메시지를 이용한 선거운동은 가능. 투표 마감시각 종료 이전에 선거인에 대해 투표하고자 하는 정당이나 후보자 또는 투표한 정당이나 후보자의 표시 요구 금지. -선거일 후 답례 금지 사항은 ▲금품 또는 향응을 제공하는 행위. 방송·신문 또는 잡지 기타 간행물에 광고하는 행위. 자동차에 의한 행렬을 하거나 다수인이 무리를 지어 거리를 행진하거나 거리에서 연달아 소리 지르는 행위. 다만 공개 장소 연설·대담용 자동차를 이용해 당선 또는 낙선 거리 인사를 하는 것은 가능. 일반 선거구민을 모이게 해 당선 축하회 또는 낙선에 대한 위로회를 개최하는 행위나 현수막을 게시하는 행위는 금지됨. 다만 선거일 다음 날부터 6월 16일까지 13일 동안 읍·면·동마다 1매의 현수막을 게시하는 것은 가능함. -이번 지방선거에서 투표할 수 있는 사람은 ▲선거일 현재 만 18살 이상(2008년 6월 4일까지 출생)의 국민은 선거권이 있음. 공직선거법 제15조 제2항 제3호에 따른 외국인은 지방선거 선거권이 있음. -후보자 기호는 어떻게 결정되나 ▲후보자 기호는 후보자 등록 마감일을 기준으로 국회에 의석을 갖고 있는 정당의 후보, 의석이 없는 정당의 후보, 무소속 후보의 순으로 결정됨. 국회에 의석을 갖고 있는 정당 간의 기호 순위는 다수 의석 순. 의석이 없는 정당 간에는 정당 명칭의 '가나다'순으로 함. 무소속 후보자는 추첨에 의해 기호를 결정함. -후보자 정보는 어떻게 확인할 수 있나 ▲선거관리위원회는 선거인이 올바른 선택을 할 수 있도록 후보자가 제출한 서류를 선거일까지 공개하고 있음. 후보자 등록이 완료되면 인터넷 홈페이지를 통해 후보자 인적사항과 후보자가 제출한 재산신고서, 병역사항 신고서, 학력에 관한 증명서, 세금 납부·체납 사항, 전과기록에 관한 증명서류를 공개함. -공식 선거운동은 언제부터 하나 ▲선거운동기간은 5월 21일부터 선거일 전일인 6월 2일까지임. -후보자나 선거운동 관계자만 선거운동을 할 수 있나 ▲후보자 가족의 선거운동은 1991년, 일반 유권자의 선거운동은 1994년 이후 허용됨. 현행 공직선거법에서는 일반 유권자도 선거운동을 할 수 있음. 선거운동 기간이 아닌 때라도 제한된 방법인 전화 또는 말, 문자메시지, 인터넷 이용 등으로 선거운동을 할 수 있음. -일반 유권자가 할 수 있는 선거운동방법은 어떤 것이 있나 ▲선거운동을 할 수 있는 일반 유권자는 선거일을 포함해 언제든지 문자메시지나 전자우편, 인터넷 홈페이지, 사회관계망서비스(SNS)를 이용해 선거운동을 할 수 있고 선거일이 아닌 때에 전화나 말로 선거운동 할 수 있음. 선거운동기간 중에는 공개 장소에서 특정 정당이나 후보자에 대한 지지를 호소하는 등 법에서 정한 방법으로 선거운동을 할 수 있음. 특정 후보자를 위한 선거운동 자원봉사자로 활동할 수 있음. 선거운동기간 중 길이 25㎝ 너비 25㎝ 높이 25㎝ 이내 소형의 소품등을 본인의 부담으로 제작 또는 구입해 몸에 붙이거나 지니는 방법으로 선거운동을 할 수 있음. 다만 선거운동을 해 주는 대가로 수당·실비나 음식물을 제공받을 수 없음. -일반 유권자가 자신의 소셜미디어에 (예비)후보자를 지지하는 글을 게시해 팔로어에게 전송할 수 있나 ▲선거일을 포함해 언제든지 가능함. -(예비)후보자로부터 받은 선거운동정보를 자신의 팔로어에게 돌려보기(retweet)가 가능한가 ▲선거일을 포함해 언제든지 가능함. -(예비)후보자나 일반 유권자가 자신의 카카오톡 프로필이나 상태 메시지에 (예비)후보자의 사진이나 지지 호소의 글을 게재할 수 있나 ▲선거일을 포함해 언제든지 가능함. 중앙선거관리위원회. [사진=뉴스핌 DB] -거소투표제도란 무엇인가 ▲몸이 불편해 투표소에 가서 투표할 수 없는 선거인 등을 위해 자신이 머무는 자택 등에서 우편으로 투표할 수 있도록 한 제도임. 거소투표를 하려면 거소투표신고를 해야 함. -이번 선거에서 유권자들은 몇 장의 투표용지를 받나 ▲시·도지사 선거, 교육감 선거, 구·시·군 장 선거, 지역구 시·도의원 선거, 비례대표 시·도의원 선거, 지역구 구·시·군의원 선거, 비례대표 구·시·군의원 선거를 포함해 모두 7개 선거가 실시되므로 투표용지도 7장임. 다만 제주특별자치도, 세종특별자치시는 4장(시·도지사 선거, 교육감 선거, 지역구 시·도의원 선거, 비례대표 시·도의원 선거)의 투표용지를 받음. 2026년 4월 30일까지 실시 사유가 확정된 재·보궐선거 지역의 선거인은 재·보궐선거 투표용지를 함께 받음. -본인 투표소 위치를 어떻게 확인할 수 있나 ▲구·시·군 선관위가 각 가정에 발송하는 투표안내문을 확인하면 됨. 지방자치단체의 '선거인명부 열람시스템'을 이용하거나 중앙선거관리위원회 홈페이지 투표소찾기 연결 서비스를 통해 투표소 위치를 확인할 수 있음. -투표하러 갈 때 준비해야 할 것은 ▲주민등록증, 공무원증, 여권, 운전면허증, 국가유공자증, 장애인등록증, 관공서 또는 공공기관이 발행한 사진이 첩부된 신분증 등 선거인 본인 여부를 확인할 수 있는 증명서나 서류가 필요함. 신분증의 모바일 신분증(앱 실행화면)으로도 본인 확인이 가능함. 다만 신분증 등을 사진 촬영하거나 화면 캡처 등을 통해 저장한 이미지 파일은 사용할 수 없음. 각 가정에 발송한 투표안내문에 선거인명부 등재 번호가 기재돼 있음. 등재번호를 확인하고 가시면 투표시간 단축할 수 있음. -선거권이 없는 자녀를 데리고 투표소에 갈 수 있나 ▲선거인은 초등학생 이하의 어린이와 함께 투표소 안에 출입할 수 있음. 다만 기표소 안에는 미취학 아동만 들어갈 수 있음. -신체에 장애가 있어 기표소에서 혼자 기표할 수 없는 경우 어떻게 투표하나 ▲시각장애인과 신체에 장애가 있어 혼자서 기표할 수 없는 선거인은 보조를 위해 그 가족 또는 본인이 지명한 2명을 동반할 수 있음. -거소투표신고를 한 사람은 선거일 투표소에서 투표할 수 없나 ▲거소투표신고를 한 선거인이 거소투표를 하지 않고 선거일에 해당 투표소의 투표관리관에게 거소투표용지와 회송용봉투를 반납하면 투표할 수 있음. 만약 거소투표용지에 기표가 돼 있으면 다시 투표할 수 없음. -기표소 안에서 투표지를 촬영할 수 있나 ▲기표소 안에서 투표지를 촬영할 수 없음. 이는 투표의 비밀을 보장하기 위해서임. 투표인증샷을 찍으시려면 투표소 입구 등에 설치한 포토존이나 투표소 표지판 등을 활용하면 됨. 22대 국회의원선거 사전투표가 시작된 2024년 4월 5일 인천 계양구 계양3동행정복지센터에 마련된 사전투표소에서 군인들이 투표를 하고 있다. [사진=뉴스핌 DB] -SNS에 투표인증샷을 게시할 때 유의해야 할 점은 ▲선거일에 기호를 나타내는 인증샷(엄지손가락, V자 표시 등)을 SNS에 게시할 수 있음. 다만 기표한 투표지를 촬영해 게시해서는 안됨. -선거여론조사 결과 공표가 제한되는 기간이 있나 ▲누구든지 선거일 전 6일(5월 28일)부터 선거일의 투표마감시각까지 선거에 관해 정당에 관한 지지도나 당선인을 예상하게 하는 여론조사(모의투표나 인기투표에 의한 경우 포함)의 경위와 그 결과를 공표하거나 인용해 보도할 수 없음. 다만 선거일 6일 전에 실시된 여론조사 결과는 공표·보도 요건을 준수해 언제든지 보도할 수 있음. -선거에 관한 여론조사 결과를 공표·보도할 때 유의해야 할 사항은 ▲누구든지 선거에 관한 여론조사 결과를 공표 또는 보도하는 경우에는 선거여론조사기준으로 정한 12가지 사항을 함께 공표·보도하여야 함. 조사의뢰자, 선거여론조사기관, 조사지역, 조사일자, 조사대상, 조사방법, 표본의 크기, 피조사자 선정방법, 응답률, 표본오차, 질문내용, 권고 무선 응답비율(무선전화 응답비율이 100분의 70에 미달한 때). 조사의뢰자(언론사 등)는 선거여론조사기관이 첫 공표·보도 전 여론조사 결과를 등록할 수 있도록 해당 여론조사 결과의 공표·보도 예정일시를 여론조사기관에 통보해야 함. 선거여론조사기관은 중앙여심위 홈페이지 등록내용을 의뢰자에게 공표·보도 전까지 통보해야 함. 누구든지 선거에 관한 여론조사 결과를 공표·보도하는 경우에는 중앙여심위 홈페이지에 등록된 내용만 공표·보도해야 함. -이미 발표된 여론조사 결과를 인용해 공표·보도할 때 유의해야 할 사항은 ▲이미 공표·보도된 여론조사 결과를 다시 인용해 공표·보도하는 경우에는 조사의뢰자, 선거여론조사기관, 조사일자, 조사방법과 함께 '그 밖의 사항은 중앙선거여론조사심의위원회 홈페이지 참조'라고 표기해야 함. oneway@newspim.com 2026-05-12 06:00
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긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
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