전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
산업 생활경제

속보

더보기

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

기사입력 :

최종수정 :

※ 본문 글자 크기 조정

  • 더 작게
  • 작게
  • 보통
  • 크게
  • 더 크게

※ 번역할 언어 선택

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]  

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
최태원·노소영 '재산분할' 오늘 결론 [서울=뉴스핌] 박민경 기자 = 최태원 SK그룹 회장과 노소영 아트센터 나비 관장의 재산 분할 소송 파기환송심 결론이 24일 나온다. 서울고법 가사1부(재판장 이상주)는 이날 최 회장과 노 관장의 재산 분할 사건 파기환송심 선고 기일을 연다. 최태원 SK그룹 회장과 노소영 아트센터 나비 관장의 재산 분할 소송 파기환송심 결론이 24일 나온다. 사진은 최 회장(왼쪽)과 노 관장이 26일 서울 서초구 서울고등법원에서 열린 재산 분할 파기환송심 2차 변론기일에 출석하고 있는 모습. [사진=뉴스핌DB] 앞서 재판부는 지난 6월 26일 최 회장과 노 관장의 재산 분할 소송 파기환송심 2회 변론 기일을 열어 변론을 종결하고, 선고 기일을 이날 오후 2시로 지정했다. 핵심 쟁점은 최 회장이 보유한 SK㈜ 주식의 재산 분할 대상 여부와 재산 가액 산정 기준 시점이다. 재산 분할 기준 시점을 사실심(항소심) 변론 종결일인 2024년 4월 16일로 볼지, 현재 진행 중인 파기환송심의 변론 종결일로 볼지에 따라 재산 분할 규모가 크게 달라질 수 있다. 사실심 변론 종결 당시 SK 주가는 약 16만 원으로 최 회장 보유 지분 가치는 약 2조 700억 원 수준이었다. 그러나 최근 주가가 60만 원 안팎까지 오르면서 지분 가치도 크게 증가했다. 2022년 1심은 최 회장의 SK 지분을 재산 분할 대상에서 제외하고 노 관장에게 위자료 1억 원과 재산 분할금 665억 원을 지급하라고 판결했다. 반면 2심은 위자료를 20억 원, 재산 분할금을 1조 3808억 원으로 대폭 늘렸다. 노태우 전 대통령의 비자금으로 추정되는 300억 원이 최종현 선대 회장에게 유입돼 SK그룹 성장의 종잣돈이 됐다고 판단하면서 SK 주식 등을 최 회장의 특유 재산으로 볼 수 없다고 봤다. 그러나 대법원은 지난해 10월 노 전 대통령의 비자금은 불법 자금인 만큼 설령 SK에 유입됐더라도 이를 노 관장의 재산 형성 기여로 인정할 수 없다며 사건을 서울고법으로 돌려보냈다. 다만 위자료 20억 원을 인정한 부분은 상고를 기각해 그대로 확정됐다. pmk1459@newspim.com 2026-07-24 06:02
사진
인텔, 분기 실적·3분기 전망 예상 상회 이 기사는 인공지능(AI) 번역을 바탕으로 전문 기자들의 검증과 분석을 거쳐 생성된 콘텐츠로 원문은 7월23일 로이터통신 기사입니다. [뉴욕=뉴스핌] 김민정 특파원 = 인텔이 23일(현지시간) 인공지능(AI) 붐에 따른 컴퓨팅 인프라 확충으로 서버용 중앙처리장치(CPU) 수요가 강할 것으로 보고, 시장 예상을 웃도는 분기 실적 전망을 내놨다. 주가는 실적 발표 후 시간 외 거래에서 급등 중이다.  인텔은 3분기 매출이 158억~168억 달러에 이를 것으로 예상했다. 이는 LSEG 집계 기준 애널리스트 평균 예상치인 151억 달러를 웃도는 수준이다. 조정 주당순이익(EPS)은 38센트로 전망해, 시장 예상치 27센트를 크게 상회했다. 인텔.[이미지=로이터 뉴스핌] 2026.07.24 mj72284@newspim.com 6월 27일 종료된 2분기 실적도 예상을 뛰어넘었다. 매출은 전년 대비 25.4% 늘어난 161억3000만 달러, 조정 EPS는 42센트를 기록했다. 시장은 144억2000만 달러의 매출액과, 21센트의 EPS를 예상했었다. 조정 매출총이익률은 41.8%로 예상치(38.8%)를 웃돌았다. 인텔은 자율 에이전트가 사용자를 대신해 컴퓨터 코딩 같은 작업을 수행하는 이른바 '에이전틱 AI' 붐의 수혜를 보고 있다. AI 에이전트로의 전환은 데이터센터 CPU 수요를 되살렸다. 인텔 경영진은 올해 초 이런 수요 급증이 예상 밖이었으며, 수요가 회사의 CPU 생산 능력을 앞질렀다고 밝힌 바 있다. 인텔의 주가는 이날 오후 4시 5분 시간 외 거래에서 8.68% 급등한 108.93달러를 가리켰다. 주가는 반도체주 전반의 매도세 속에 지난 6월 22일 사상 최고 종가 대비 25% 넘게 떨어진 상태다. 다만 올해 들어서는 여전히 170% 넘게 오른 수준을 유지하고 있다. 데이비드 진스너 최고재무책임자(CFO)는 로이터와 인터뷰에서 수요 호조에 힘입어 올해 설비투자 전망치를 기존 180억 달러에서 200억 달러로 상향했다고 밝혔다. 그는 내년에도 설비투자가 의미 있게 늘어날 것으로 예상한다며 "이는 사업 성장 기회에 대한 자신감을 보여주는 신호"라고 강조했다. 진스너 CFO는 인텔이 데이터센터 CPU와 XPU로 불리는 특수 반도체에 대해 고객사들과 다양한 장기 계약을 체결했다고 밝혔다. 계약 기간은 3~5년이며, 일부는 물량과 가격을 모두 약정하고 일부는 물량만 약정하는 형태다. 다만 그는 지출에 신중을 기하겠다고 덧붙였다.  진스너 CFO는 또 인텔이 약 300억 달러의 현금과 100억 달러 규모의 신용 한도를 보유하고 있다면서도, 현재 승인되지는 않았지만 주식 발행 가능성도 배제하지 않는다고 밝혔다. 그는 "그럴 가능성을 놓치지는 않겠다"며 "다만 현시점에 구체적 계획은 없다"고 말했다. 인텔은 엔비디아의 그래픽처리장치(GPU)가 AI 붐의 첫 국면을 장악하는 동안 뒤처졌으나, 립부 탄 최고경영자(CEO)가 경영 정상화를 이끌고 있다. 인텔 재기 전략의 핵심은 위탁생산(파운드리) 사업이다. 이 부문은 일론 머스크의 테슬라를 차세대 14A 공정 고객사로 확보해 '테라팹' AI 반도체 프로젝트를 맡게 되면서 대형 고객 유치 노력에 대한 신뢰를 높였다. 지난 4월에는 도널드 트럼프 미국 대통령이 애플이 인텔과 프로세서를 생산하기로 합의했다고 발표하면서 또 다른 대형 수주에 대한 기대도 커졌다. 다만 양사 모두 이 계약을 확인하지는 않았다. 한편 AI 가속기 시장을 지배하는 엔비디아도 '베라' 프로세서로 CPU 시장에 이례적으로 진출하고 있으며, 아마존과 알파벳 같은 빅테크 기업들도 Arm 기반 자체 CPU 개발을 이어가고 있다. mj72284@newspim.com 2026-07-24 05:11
기사 번역
결과물 출력을 준비하고 있어요.
종목 추적기

S&P 500 기업 중 기사 내용이 영향을 줄 종목 추적

결과물 출력을 준비하고 있어요.

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.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
안다쇼핑
Top으로 이동