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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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"AI 랠리 아직 끝나지 않았다" [서울=뉴스핌] 고인원 기자= 글로벌 증시가 반도체주 급락 충격에서 벗어나 반등에 나서고 있다. 브로드컴(AVGO)의 실적 전망 실망으로 촉발된 AI(인공지능) 관련주 매도세가 진정되면서 투자심리가 회복되고 있지만, 월가에서는 향후에도 높은 변동성이 이어질 수 있다는 경고가 나오고 있다. 9일(현지시간) 미국 주가지수 선물은 상승세를 나타냈다. 기술주 중심의 나스닥100 선물은 0.7% 올랐고 유럽 기술주도 이틀 연속 상승하며 지난주 낙폭 일부를 만회했다. 한국 코스피도 기술주 반등에 힘입어 8% 넘게 급등했다. 앞서 글로벌 증시는 지난 금요일 브로드컴의 실망스러운 전망이 AI 관련주 전반의 고평가 우려를 자극하면서 큰 폭의 조정을 겪었다. 미국 반도체주 급락은 아시아와 유럽 증시로 확산되며 글로벌 기술주 전반을 흔들었다. 하지만 월가에서는 이번 조정을 강세장 종료 신호가 아닌 '건강한 숨 고르기'로 보는 시각이 우세하다. 브로드컴 간판 [사진=블룸버그통신] ◆ "조정은 매수 기회" 미국 에드워즈자산운용의 로버트 에드워즈 최고투자책임자(CIO)는 최근 기술주 조정을 "투자자들에게 주어진 선물"이라고 평가했다. 그는 "급격한 하락이 나올 때마다 강한 매수세가 유입되고 있다"며 "매출 성장과 기업 이익 증가라는 강력한 펀더멘털은 여전히 살아 있다"고 말했다. 에드워즈는 올해 말 S&P500 지수가 7700포인트까지 상승할 것으로 전망했다. 다만 차기 미 연방준비제도(Fed·연준) 의장 인선 불확실성과 호르무즈 해협 재개방 지연 등이 변수로 작용할 경우 7~12% 수준의 조정이 나타날 수 있다고 내다봤다. 그는 "강세장에서는 급등과 급락이 반복된다"며 "변동성은 강세장에 참여하기 위해 치러야 하는 입장료"라고 강조했다. ◆ "성장 스토리 훼손 아니다" 일부 전문가들은 최근 조정을 기술주 거품 붕괴가 아닌 가격 재조정 과정으로 해석했다. 컬럼비아 스레드니들 인베스트먼트의 앤서니 윌리스 수석 이코노미스트는 "최근 약세는 성장 스토리의 붕괴가 아니라 시장이 지나치게 낙관적이었던 가격 수준을 재평가하는 과정"이라고 분석했다. 그는 "AI 낙관론에 힘입어 미국 증시는 9주 연속 상승했지만 예상보다 강한 고용지표가 발표되면서 투자자들이 금리 전망을 다시 점검하기 시작했다"고 설명했다. 이어 "AI 산업의 다음 성장 단계에 필요한 막대한 투자 비용과 과도하게 집중된 투자 포지션도 최근 조정의 배경"이라고 덧붙였다. ◆ 씨티 "AI 강세론자와 약세론자 충돌" 씨티그룹은 최근 조정 이후 미국 증시 수급 구조가 오히려 더 건전해졌다고 평가했다. 씨티는 올해 말 S&P500 목표치를 기존 7700포인트에서 8100포인트로 상향 조정했다. 이는 현재 수준보다 약 10% 높은 수치다. 다만 시장 내부에서는 AI 강세론자와 약세론자가 첨예하게 맞서고 있다고 진단했다. 지난주 미국 증시에서는 147억달러 규모의 신규 공매도 포지션이 구축된 반면 47억8000만달러 규모의 신규 매수 포지션도 유입됐다. 씨티는 "거시경제 둔화를 우려하는 투자자들과 AI 관련주 조정을 매수 기회로 보는 투자자들이 동시에 시장에 존재하고 있다"고 분석했다. 특히 현재 나스닥 매수 포지션의 72%가 여전히 수익 구간에 있는 만큼 이번 주 예정된 주요 기술기업 실적이 기대에 못 미칠 경우 차익실현 매물이 다시 출회될 수 있다고 경고했다. 그럼에도 월가의 전반적인 시각은 여전히 낙관적이다. AI 투자 확대와 견조한 기업 실적, 대형 IPO 기대감 등이 미국 증시의 상승 흐름을 지탱할 것이라는 전망이 우세하다. 다만 전문가들은 "강세장은 이어지겠지만 변동성 역시 더욱 커질 것"이라고 입을 모으고 있다. koinwon@newspim.com 2026-06-09 21:57
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앤스로픽, '클로드 페이블 5' 출시 [뉴욕=뉴스핌] 김민정 특파원 = 인공지능(AI) 스타트업 앤스로픽이 자사 미토스(Mythos)급 AI 모델의 일반 공개 버전을 출시했다. 지난 4월 출시 직후 AI가 인간을 향한 사이버 무기로 사용될 수 있다는 충격을 준 후 안전장치가 강화된 버전이다. 앤스로픽은 9일(현지시간) 미토스급 AI 모델의 공개 버전인 '클로드 페이블 5(Claude Fable 5)'를 출시한다고 밝혔다. 다만 사이버보안 같은 위험 분야에서의 사용은 차단하는 안전장치를 적용했다. 4월 미토스 프리뷰 출시가 소프트웨어 결함을 찾아내는 능력으로 전 세계에 충격파를 보낸 지 두 달 만이다. 당시 미토스 프리뷰는 인기 소프트웨어들에서 수천 건의 이전에 알려지지 않은 보안 취약점을 자동으로 찾아내며 전 세계에 충격을 안겼다. 이러한 능력은 보안 강화에 활용될 수 있지만, 사용자 의도에 따라 곧바로 강력한 사이버 무기로 변할 수 있기 때문이다. 앤스로픽이 이날 공개한 클로드 페이블 5는 광범위한 사용을 위해 만든 가장 강력한 모델로 소프트웨어 엔지니어링과 분석에서의 성능이 강조됐다. 노트북 디스플레이에 표시된 앤스로픽 로고 [사진=블룸버그통신] 앤스로픽은 공식 발표문에서 "클로드 페이블 5는 일반 사용을 위해 안전하게 만들어진 미토스급 모델"이라고 설명했다. 이 모델은 앤스로픽의 기업 고객과 유료 가입자가 사용할 수 있다. 회사는 사이버보안과 생물학을 포함한 특정 고위험 분야에서 응답을 차단하는 새 안전장치 덕분에 광범위한 출시가 가능해졌다고 밝혔다. 앤스로픽은 같은 날 가드레일이 제거된 '클로드 미토스 5(Claude Mythos 5)'도 함께 출시했다. 다만 이 모델은 소규모 사이버 방어 인프라 제공업체들을 대상으로만 출시된다. 회사는 클로드 미토스 5를 초기에 미 정부와 협력하는 '프로젝트 글래스윙(Project Glasswing)'을 통해 배포할 계획이라고 설명했다. 기존 클로드 미토스 프리뷰의 업그레이드 버전이다. 클로드 미토스 프리뷰에 접근 권한이 있던 사용자들은 새 클로드 미토스 5로 업그레이드할 수 있다. 회사는 시간이 지남에 따라 더 광범위한 신뢰 접근 프로그램(Trusted Access Program)을 통해 클로드 미토스 5의 접근을 확대할 계획이라고 밝혔다. 클로드 페이블 5는 앤스로픽이 미 증권거래위원회(SEC)에 IPO 사업설명서를 비공개 신청했다고 발표한 지 수일 만에 나왔다.  앤스로픽은 지난해 약 100억 달러의 연간 매출에서 5월에는 매출 런레이트가 470억 달러로 증가했다고 밝혔다. 최근 9650억 달러 기업 가치로 자금 조달 라운드를 마무리하면서 3월 말 8520억 달러로 평가된 주요 경쟁사 오픈AI를 추월했다.  mj72284@newspim.com 2026-06-10 02:37
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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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