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[김정호의 4차혁명 오딧세이] 인공지능 필수지식 '이산수학' 아시나요

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1, 2차 산업혁명에 기여한 '미적분학'

전자공학에서 대학 2, 3 학년때 배우는 가장 기초적인 과목이 전자기학, 전기회로, 전자공학이다. 그리고 반도체 물성이론도 같이 배운다. 이 과목들에서 반도체로 이루어진 프로세서, 센서, 메모리, 무선통신 반도체 회로를 설계하고 제작하는데 필요한 기본 이론을 얻는다. 그래서 2, 3 학년 과목들이 제일 중요하다.

        김정호 교수

이러한 과목에 사용되는 가장 중요한 수학적 방법론이 미적분학이다. 단순히 미분, 적분 문제 해법을 넘어서 미분으로 이루어진 미분방정식, 적분으로 이루어진 적분 방정식을 푸는 연습을 하게 된다. 특히 전자기학에서는 경계 조건과 구조의 대칭을 이용한 벡터의 미분방정식을 많이 풀게 된다.

이러한 이론은 5G 무선통신용 전송선, 안테나 설계에 활용된다. 전기 및 전자 회로 문제에서는 시간의 변화에 대한 미분 방정식을 많이 푼다. 전자 소자의 특성이 전압 또는 전류의 미분으로 표현되기 때문이다. 회로 미분 방정식은 초기 시작점의 전류 전압 조건을 이용해서 미분 방정식 문제를 푸는데, 경우에 따라 주파수 영역으로 이동해서 대수적으로 문제를 풀기도 한다.

이처럼 기존의 공학에 필요한 수학은 미적분이 많이 활용되었다. 미적분학이 자연과 공학 문제에 대한 모델 수립, 수학적 해법을 제공하면서 동시에 공학 문제에 대한 통찰력과 이해력을 키워준다. 하지만 요즘 실제 공학 문제가 이렇게 단순한 선형 미분방정식으로 표현되는 경우는 이제 거의 없다.

예를 들어 반도체 내부만 하더라도 수억 또는 수조 개의 트랜지스터가 있게 되는데, 인간이 미분 방정식으로 동시에 모두 풀기 불가능하다. 그래서 대부분 요즈음은 컴퓨터로 미분방정식을 풀고 있다. 그래서 MATLAB으로 알려진 수학 전용 소프트웨어를 잘 사용해야 한다. 이제는 미적분의 개념만 잘 알면 된다.

전자파 해석, 안테나 설계에 사용되는 Maxwell Equation들. 미적분 방정식으로 표현되어 있다. [출처: Researchgate]


인공지능 알고리즘에 꼭 필요한 '이산수학'

요즈음 4차 산업혁명에 필요한 빅데이터는 모두 ‘0’ 과 ‘1’ 의 2진수로 표현되는 디지털 신호로 표시된다. 특히 인공지능을 위한 알고리즘 계산도 컴퓨터 내에서 디지털 신호 계산으로 이루어 진다. 신경세포(Perceptron)에서의 덧셈, 곱셈 작업도 모두 디지털 계산으로 구현된다. 데이터도, 계산도, 저장도 모두 디지털 반도체에서 이루어지고 있다. 이처럼 데이터가 디지털인 이유는 반도체 메모리 저장 장치 자체가 디지털 소자이기 때문이다. 또한 데이터 전송을 위한 광통신 네트워크, 무선 통신도 모두 디지털 신호 전송으로 수행된다. 따라서 4차 산업혁명의 토대는 ‘0’과 ‘1’로 표현되는 2진수 수학에 있다고 본다. 그 수학을 ‘이산수학(Discrete Mathematics)’라고 부른다.

기존의 미적분학은 연속되는 함수의 기울기를 구하거나 면적을 구한다. 그런데 디지털 신호는 ‘0’ 과 ‘1’은 급격하게 불연속적으로 신호가 변화한다. 그 변화 시점에서 함수 값이 불연속적이다. 그러니 그 불연속 시점에서 함수를 미분하면 무한대가 된다. 따라서 디지털 신호 처리와 인공지능 알고리즘의 구현과 해석은 기존의 미적분으로 해결할 수가 없다. 그래서 디지털 신호의 해석에 가장 필요한 수학이 ‘이산수학(Discrete Mathematics)’가 되고 있다. 이산수학은 ‘2 진수 수학’ 혹은 ‘디지털 수학’이라고 부를 수도 있다.

이산수학에서는 디지털 세계의 기본적인 개념, 원리, 법칙을 활용하여 실생활에서 일어나는 디지털 상황의 문제를 수학적으로 정의 할 수 있는 능력을 배양한다. 그리고 이를 바탕으로 논리적으로 사고하고 합리적으로 문제를 해결하는 능력과 태도를 기를 수 있다. 특히 디지털 이산적 개념을 적용하는 디지털 컴퓨터 사용이 지속적으로 증가함에 따라 요구되는 컴퓨터공학, 정보통신, 소프트웨어 등의 정보기술(IT) 분야에서 이산수학을 바탕으로 시스템을 설계하거나 컴퓨터를 이용해 문제를 해결하는 방법을 학습 할 수 있다.

추가적으로 이산수학과 관련된 지식은 인공지능 알고리즘과 학습 방법을 개발하고, 인공지능 머신러닝의 구조를 설계하는데 학문적 기반이 된다. 예를 들어 디지털 행렬 계산과 논리회로도 이산수학에 포함된다. 결국 이산수학은 인공지능의 수학적 토대가 된다.

이산 수학을 이용한 논리 계산을 위한 기본 수식들, [출처: KAIST]
연속 함수 수학과 이산 수학의 비교, [출처: 네이버 블로그]

 

수학도 바뀐다 

여기에 더해 이산수학이 컴퓨터 소프트웨어 제작에 필요한 논리적 사고력을 함양하는 데 큰 도움이 된다. 컴퓨터 프소프트웨어의 가장 기본적인 구조인 제어문, 반복문, 서브루틴의 개념에는 순차적인 논리 사고가 필요하며, 이산수학으로 단련되어 논리적 사고를 할 수 있는 프로그래머가 더 높은 생산성과 훌륭한 성과물을 보인다. 마지막으로 컴퓨터 프로그램 제작을 위한 추상화와 알고리즘에 이산수학의 이론들이 실제로 사용된다.

이산수학은 디지털 정보이론, 그래프이론, 알고리즘과 같은 이산적인 분야를 다룬다. 이처럼 이산 수학은 컴퓨터 과학의 기초이론으로서 가장 중요한 위치를 차지하고 있다. 더 나아가 이산수학의 개념은 4차 산업혁명의 빅데이터, 인공지능에 필요한 수학적 근간이 된다고 말할 수 있다.

특히 인공지능 연구에 필요한 기초 수학이 디지털 미적분, 행렬, 확률과 통계이다. 더 나아가 전문가가 되기 위해서는 디지털 게임이론, 정보이론 등도 필요하다. 여기에 꼭 기초가 되는 수학이 이산수학이다. 그래서 앞으로 이산수학이 전공을 불문하고 대학 1,2 학년 때 꼭 필수적으로 수강해야 하는 과목으로 생각한다. 1,2,3 차 산업에 필요한 수학이 있었고, 이제 4차 산업혁명에 더욱 중요한 수학이 새로이 등장하고 있다. 이산수학이 그 중의 기초이다.

이산수학에 기초한 디지털 세계에서의 문제 추상화, 모델링, 계산 과정, [출처=KAIST]

 

joungho@kaist.ac.kr 

  

[김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수]  

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송영길, 정청래 견제하며 당권 출사표 [서울=뉴스핌] 조승진 기자 = 송영길 더불어민주당 의원이 8·17 전당대회 당대표 출마를 공식 선언했다. 송 의원은 이날 서울 여의도 민주당 중앙당사 당원존에서 "원팀 민주당, 총선에서 승리하는 민주당, 국민에게 다시 희망을 주는 민주당을 다시 만들겠다"며 "나는 위기를 이겨본 사람, 무너진 당을 다시 세워본 사람이다 자신있다"고 지지를 호소했다. [서울=뉴스핌] 정일구 기자 = 송영길 더불어민주당 의원이 8일 오전 서울 여의도 민주당 중앙당사에서 당 대표 출마를 선언하고 있다. 2026.07.08 mironj19@newspim.com ◆ 송영길, 당원존서 출마 선언 "이재명이 만든 상징 공간" 출마선언식에는 김영호·민병덕·민홍철·박선원·정일영·허종식 의원과 윤준호 전 의원, 김용 전 민주연구원 부원장, 이승훈 변호사가 자리했다. 송 의원은 "출마 기자회견 전에 김밥 조찬모임을 함께했다"며 "전략 총괄을 해줄 민병덕 의원은 매주 몇 차례 김밥미팅을 했고, 허종식·김영호 의원은 간사, 김용 전 부원장은 내 대학 후배이자 동지, 이승훈 변호사는 강북 지역에서 석연찮게 후보를 박탈당했다"고 소개했다. 이어 송 의원은 "출마 선언 전에 오현지 민주당 전국대학생위원회 수석대변인 말부터 듣겠다"며 청년층을 향한 스킨십에도 공을 들이는 모습을 보였다. 당원존에서 전당대회 출마를 선언한 이유에 대해서 송 의원은 "이재명 대통령이 당 대표 시절 만든 당원존"이라며 당 대표가 되고자 했기 때문에, 여기서 하는 게 맞겠다(고 생각했고), 특히 권리당원과 소통의 장이라는 상징적 의미를 뒀기 때문"이라고 설명했다. [서울=뉴스핌] 정일구 기자 = 송영길 더불어민주당 의원이 8일 오전 서울 여의도 민주당 중앙당사에서 당 대표 출마를 선언하고 있다. 2026.07.08 mironj19@newspim.com ◆ "6·3 지방선거는 패배, 위기는 우리 안에서 시작"… 정청래 지도부 우회 비판 출마선언문에서 송 의원은 그간 민주당이 이재명 정부를 뒷받침하는 책무를 다하지 않았다며 우회적으로 정청래 지도부에 대해 비판했다. 또 이번 지방선거가 사실상 패배했다고 지적했다. 송 의원은 "민주당은 국민의힘하고만 경쟁하는 정당이 아니다. 세계 정당과 경쟁, 협력하고 이재명 정부를 강력히 뒷받침해야 한다"며 "이재명 정부의 성공은 곧 민주당의 책임"이라고 강조 했다. 이어 "지금 이 순간에도, 이재명 대통령은 혼신의 힘을 다하고 있다. 대통령 혼자 가시밭길을 걸어가게 해서는 안 된다"고 했다. 그러면서 "지난 6·3 지방선거는, 승리의 외피를 쓴 패배"라며 "70%에 육박하는 지지율과 이재명 대통령의 땀과 눈물로 만든 성과에도 당은 압승에 실패했다"고 짚었다. 그는 "위기는 밖이 아니라, 안에서 왔다. 우리 안에서 시작됐다"고 거듭 강조한 뒤 "해법도 우리 안에 있다. 이제는 집권여당다운 책임과 실력을 보여야 한다. 똘똘뭉쳐 하나로 뛰는 진짜 여당을 송영길이 만들겠다"고 했다. 또 "이번 지방선거에서 국민들이 민주당에 옐로카드(경고)를 보냈다"며 "대수롭지 않게 넘기면 다음 총선은 레드카드다. 총선 패배"라고 말했다. 그러면서 "총선에서 지면 정권 재창출은 없다. 그러면 이재명 정부의 성공도 장담할 수 없다"고 했다. 송 의원은 "2022년 대선당시 선거에서 패배했을 때 변명하지 않고 책임지고 곧바로 당대표직을 내려놓았다"고 했다. 또 "이번 전당대회는 누가 더 선명한 사람인가를 뽑는 선거가 아니다. 누가 이재명 정부와 협력해 대체불가 대한민국을 만들 대표인지를 선택하는 선거"라고 했다. [서울=뉴스핌] 정일구 기자 = 송영길 더불어민주당 의원이 8일 오전 서울 여의도 민주당 중앙당사에서 당 대표 출마 선언을 위해 이동하고 있다. 2026.07.08 mironj19@newspim.com ◆ "민주당, 동네 정당으로 축소…당이 李 국제무대 힘있게 뒷받침해줘야" 두 발언은 정 전 대표를 겨냥한 것으로 해석될 수 있다. 정 전 대표는 정치권 안팎에서 이번 선거 책임을 지고 물러나야 한다는 주장이 있었으나, 수용하지 않았다. 또 그간 검찰개혁과 관련해 보완수사권 완전폐지를 두고 정부의 '정부안 미제출'을 지적해 내부에서 '선명성 경쟁'을 한다는 비판을 받았다. 그는 "이번에 이 대통령이 포럼에서 외국 패널과 원고없이 바로 즉답하는 모습을 보며 자랑스러웠다"며 "이런 대통령을 보다 힘있게 뒷받침할 민주당이 필요하다"고 했다. 이어 "그동안 민주당 당내 지도부의 워딩(발언)을 보면 국제무대에서 이재명 정부를 뒷받침하는 언급은 너무 적었다"며 "매번 국내문제로 복닥복닥 하는 모습을 보며 답답함을 느꼈다"고 했다. 그러면서 "김대중 대통령, 노무현 대통령의 정신을 계승하는 민주당이 어떻게 동네 정당처럼 축소됐냐"며 "국민의힘과만 경쟁하는 정당이 아닌, 세계 여러 정당과 경쟁하고 협력하고 대한민국 주권을 지켜나가는 민주당을 만드는 것이 내 꿈"이라고 재차 정청래 지도부를 겨냥했다. [서울=뉴스핌] 정일구 기자 = 송영길 더불어민주당 의원이 8일 오전 서울 여의도 민주당 중앙당사에서 당 대표 출마 선언을 위해 이동하고 있다. 2026.07.08 mironj19@newspim.com ◆ "당대표 출마 선언, 정청래에 종속될 문제 아냐" 이후 기자들과 만남에서 '대통령의 마음이 김민석 전 총리, 정청래 전 대표가 아닌 송영길 의원에게 있다고 생각하냐'는 질의에 송 의원은 "당대표는 당원이 결정하는 것이고 당원의 마음이 가장 중요하다"며 즉답을 피했다. 민주당 전당준비위원회에서 선호투표 방식이 결정된 것과 관련해서 송 의원은 "결정을 존중한다. 사표방지 심리가 없어지게 됐다"며 "결과적으로 과반수 득표가 돼 부담없이 송영길을 찍을 분위기가 만들어졌다. 나로서는 승리의 카드"라고 했다. 또 '정 전 대표의 거취를 보고 출마를 판단하겠다고 하지 않았냐'는 질문에는 "정 전 대표의 출마가 확실시 되고 있다. 거기에 종속될 문제가 아니다"라고 말했다. 아울러 송 의원은 ▲'3대 메가 프로젝트' 실현 ▲반도체 전담기구 신설 ▲'AI 고속도로' 정책 뒷받침 ▲서울 주택 공급부족 문제 해결 ▲청년 해외진출을 위한 '장보고 10만 프로젝트' ▲주가누르기 방지법 통과 등을 공약으로 내세웠다. chogiza@newspim.com 2026-07-08 12:00
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딥시크도 '자체 AI칩' 개발 추진 [서울=뉴스핌] 고인원 기자= 중국 인공지능(AI) 스타트업 딥시크(DeepSeek)가 자체 AI 반도체 개발에 나선 것으로 알려졌다. 그동안 AI 모델 학습과 운영에 사용해 온 엔비디아와 화웨이 반도체 의존도를 줄이기 위한 전략으로 풀이된다. 개발이 성공하면 중국 AI 대표 기업으로 떠오른 딥시크의 사업 전략이 크게 바뀌는 것은 물론, 중국 AI 반도체 시장에서 영향력을 키워온 화웨이에도 새로운 경쟁자가 등장하게 된다. 로이터 통신은 7일(현지시간) 사안에 정통한 복수의 관계자를 인용해 딥시크가 자체 AI 추론용(inference) 반도체를 개발하고 있다고 보도했다. 추론은 학습을 마친 AI 모델이 사용자의 질문에 답변을 생성하는 단계로, 새로운 모델을 학습시키는 훈련(training)용 반도체와는 용도가 다르다. [AI 이미지 = 배상희 기자] 소식이 전해진 뒤 미국 엔비디아(NASDAQ:NVDA)의 주가는 개장 전 거래에서 약 1.6% 하락했다. 리처드 윈저 라디오프리모바일 애널리스트는 "엔비디아는 중국 시장에서 사실상 퇴출된 상태이며, 앞으로도 상황이 달라질 가능성은 거의 없다"며 "딥시크도 최첨단 반도체 생산 능력을 확보하지 못하면 자체 AI 반도체를 중국 외 시장에 판매하기는 사실상 불가능하다"고 말했다. 그는 따라서 이번 딥시크의 반도체 개발이 엔비디아 실적에는 큰 영향을 주지 않을 것으로 내다봤다. 딥시크는 지난해 공개한 저비용·고효율 AI 모델이 세계적인 주목을 받으며 중국 AI 산업의 대표 기업으로 떠올랐다. 다만 그동안에는 기술 상용화보다 AI 모델 성능 개선에 집중해 온 것으로 알려졌다. ◆ 화웨이 의존 줄이고 자체 생태계 구축 미국의 대중국 수출 규제로 엔비디아의 최첨단 AI 반도체 공급이 막히면서 화웨이는 약 500억달러 규모의 중국 AI 반도체 시장에서 절반가량의 점유율을 확보했다. 딥시크를 비롯한 중국 주요 AI 기업들도 화웨이 반도체를 적극 활용해 왔다. 하지만 화웨이의 독주도 흔들리고 있다. 알리바바와 바이두가 자체 AI 반도체를 개발하며 시장 점유율을 확대하고 있는 데 이어 딥시크까지 경쟁에 뛰어든 것이다. 소식통들에 따르면 딥시크의 반도체 개발은 아직 초기 단계다. 회사는 반도체 설계업체와 파운드리, 메모리 업체 등과 협의를 진행하고 있으며 프로젝트는 약 1년 전 시작됐다. 최근에는 반도체 설계 엔지니어 채용도 확대했지만 공개 채용 사이트에는 공고를 내지 않고 비공개 방식으로 인력을 확보한 것으로 전해졌다. 딥시크는 이번 보도와 관련한 논평 요청에 응답하지 않았다. [AI 이미지 = 배상희 기자] ◆ AI 추론 시장 겨냥…오픈AI도 자체 칩 개발 딥시크의 전략은 글로벌 AI 기업들의 움직임과도 맞닿아 있다. 오픈AI는 지난달 브로드컴과 공동 개발한 첫 자체 추론용 AI 반도체 '할라페뇨(Jalapeno)'를 공개했고, 앤트로픽도 자체 AI 반도체 개발을 검토 중인 것으로 알려졌다. 딥시크에는 미국의 대중국 반도체 수출 규제도 중요한 배경이다. 미국은 중국 기업들이 엔비디아의 최첨단 AI 반도체를 구매하지 못하도록 막고 있으며, 중국 정부는 자국 기업들에 국산 AI 반도체 개발을 독려하고 있다. 딥시크 창업자인 량원펑은 2024년 중국 언론과의 인터뷰에서 미국의 반도체 수출 규제가 회사의 가장 큰 과제 중 하나라고 밝힌 바 있다. 딥시크는 초기에는 엔비디아 H800 반도체를 이용해 AI 모델을 학습시켰지만, 이후 화웨이 어센드(Ascend) 반도체 사용 비중을 꾸준히 늘려왔다. 지난 4월에는 화웨이 어센드에 최적화된 V4 모델을 공개했고, 화웨이는 V4-Flash 모델 학습에도 자사 반도체가 일부 사용됐다고 밝혔다. 이후 중국 대형 IT 기업들의 화웨이 어센드 950 반도체 주문도 크게 증가한 것으로 알려졌다. 딥시크가 개발 중인 추론용 반도체는 AI 산업에서 가장 빠르게 성장하는 시장을 겨냥한다. AI 서비스가 확산되면서 컴퓨팅 수요가 모델 학습보다 실제 서비스를 위한 추론 단계로 빠르게 이동하고 있기 때문이다. 추론용 반도체는 범용 GPU보다 가격이 저렴하고 전력 소비도 적다는 장점이 있다. 다만 성공을 장담하기는 어렵다. 경쟁력 있는 AI 반도체를 개발하려면 막대한 자금과 수년의 개발 기간이 필요하며, 미국의 수출 규제로 중국 기업들은 최첨단 해외 파운드리와 고대역폭메모리(HBM) 접근에도 제약을 받고 있다. 한편 딥시크는 최근 기업가치 520억~590억달러를 인정받는 조건으로 70억달러 규모의 첫 외부 투자 유치를 추진하고 있다. 수년간 외부 투자를 거부해 온 기존 전략을 바꾸는 첫 행보다. koinwon@newspim.com 2026-07-07 22:00
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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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