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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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엔비디아, 'AI 에이전트 전환' 선언 [서울=뉴스핌] 김아영 기자 = 엔비디아가 인공지능(AI)의 역할을 단순 응답 모델에서 스스로 판단하고 실행하는 시스템과 에이전트로 재정의하며 글로벌 AI 패러다임 전환을 선언했다. 특히 한국 시장 특화 데이터셋을 전격 공개하고 차세대 고성능 모델의 출시 임박을 알리는 등 가속 컴퓨팅 효율성을 지능으로 변환하는 기술 생태계 확장에 속도를 낼 방침이다. ◆"효율성이 곧 지능"…모델 넘어선 에이전트 시대 [서울=뉴스핌] 김아영 기자 = 브라이언 카탄자로 엔비디아 응용 딥러닝 연구 부문 부사장은 21일 서울 마포구에서 열린 '엔비디아 네모트론 디벨로퍼 데이즈 서울 2026'에서 오프닝 기조연설을 하고 있다. 2026.04.21 aykim@newspim.com 브라이언 카탄자로 엔비디아 응용 딥러닝 연구 부문 부사장은 21일 서울 마포구에서 열린 '엔비디아 네모트론 디벨로퍼 데이즈 서울 2026' 오프닝 기조연설을 통해 AI가 더 이상 단순한 모델이 아닌 시스템의 영역으로 진화했음을 분명히 했다. 카탄자로 부사장은 "AI는 이제 대화를 나누는 챗 모델을 넘어 단계별로 사고하는 추론 단계를 지나 에이전트 단계에 진입했다"며 "에이전트는 단순히 똑똑한 모델을 넘어 기억을 보유하고 다양한 파일과 도구에 접근해 사용자의 잠재력과 생산성을 극대화하는 존재"라고 정의했다. 그는 엔비디아가 네모트론(Nemotron) 프로젝트에 대규모 투자를 단행하는 근본적인 이유로 효율성을 꼽았다. 네모트론은 엔비디아가 개발해 오픈 소스로 공개한 차세대 AI 모델 제품군이다. 기업이나 개발자가 목적에 맞는 고성능 AI 에이전트를 구축할 수 있도록 모델, 데이터셋, 연구 기술을 통합 제공하는 오픈형 AI 플랫폼이다. 카탄자로 부사장은 "지능에 대한 수요는 본질적으로 무한하지만 이를 뒷받침할 연산 자원은 한정돼 있다"며 "연산이 곧 지능인 시대에 인프라에서 더 많은 효율을 얻어낼수록 더 높은 수준의 지능을 가질 수 있고, 이것이 모델을 시스템으로 구축해야 하는 이유"라고 강조했다. 효율성을 극대화하는 것이 곧 AI의 지능을 높이는 유일한 길이라는 분석이다. ◆블랙웰 실측 성능 공개…"젠슨 황 약속보다 2배 빨라" 이날 기조연설에서는 엔비디아의 차세대 그래픽처리장치(GPU) 블랙웰(Blackwell)의 성능 실측치와 모델 구축 과정의 핵심 기술도 처음으로 공개됐다. 카탄자로 부사장은 하드웨어와 소프트웨어의 공동 설계가 가져온 파급력을 설명하며 블랙웰의 압도적인 성능을 강조했다. 그는 "젠슨 황 최고경영자(CEO)는 지난 GTC에서 블랙웰이 전문가 혼합 모델 추론 시 기존 호퍼 대비 30배 빠를 것이라고 약속했지만 최근 실제 측정 결과 55배나 빠른 것으로 나타났다"고 밝혔다. 이는 당초 공언했던 수치보다 약 2배 가까이 높은 성능 향상을 이뤄낸 것으로, 엔비디아가 하드웨어 설계 단계부터 AI 아키텍처의 요구사항을 완벽히 이해하고 반영했기에 가능했다는 설명이다. 특히 엔비디아는 극단적인 연산 효율을 위해 수치 설계의 한계에 도전하고 있다. 카탄자로 부사장은 "현재 사후 학습 중인 네모트론 3 울트라와 슈퍼 모델은 4비트 수준의 산술을 기반으로 사전 학습을 완료했다"며 "이렇게 작은 수치만으로 세계적 수준의 모델을 구축하는 것은 기술적 난도가 높지만, 결과적으로 정확도를 유지하면서도 에너지 소비를 최소화하고 AI 가속 능력을 극대화하는 데 성공했다"고 밝혔다. ◆네모트론 울트라·옴니 출시 임박… 중소형 모델의 반란 모델 라인업의 확장 계획과 성과에 대한 구체적인 수치도 제시됐다. 엔비디아는 현재 사후 학습 단계에 있는 대형 모델 네모트론 3 울트라와 이미지, 오디오, 비디오를 동시에 처리하는 멀티모달 모델 V3 옴니 출시가 임박했음을 알렸다. [서울=뉴스핌] 김아영 기자 = 브라이언 카탄자로 엔비디아 응용 딥러닝 연구 부문 부사장은 21일 서울 마포구에서 열린 '엔비디아 네모트론 디벨로퍼 데이즈 서울 2026'에서 오프닝 기조연설을 하고 있다. 2026.04.21 소형 모델의 효율성 측면에서는 이례적인 성과를 기록했다. 300억 개의 파라미터를 가진 네모트론 3 나노 모델이 6710억 개의 파라미터를 보유한 타사의 거대 모델과 대등한 수준인 '2025 국제수학올림피아드(IMO)' 금메달급 성적을 거둔 것으로 전해졌다. 카탄자로 부사장은 "20배 이상 큰 모델과 대등한 정확도를 냈다는 사실은 엔비디아의 사후 학습 기술의 우수성을 입증하는 사례"라고 설명했다. ◆한국형 데이터셋 '네모트론 페르소나' 전격 공개 엔비디아는 한국 개발자 생태계를 지원하기 위한 로컬 전략으로 '네모트론 페르소나 코리아' 데이터셋(자료 집합체)을 전격 공개했다. 이는 대한민국의 인구 조사 데이터와 언어, 문화적 통계를 정교하게 반영한 700만 개의 완전 합성 페르소나로 구성된 데이터셋이다. 이 데이터셋의 가장 큰 특징은 개인 식별 정보를 완전히 배제한 프라이버시 보호 설계다. 카탄자로 부사장은 "한국 개발자들이 한국인에게 실제적으로 유용한 모델을 구축하는 데 기여하기 위해 허용적인 라이선스로 이를 배포한다"며 "AI가 모든 상황에 적용되는 단일한 해답이 될 수 없고, 각 조직은 고유의 기밀과 전문성을 유지하면서 AI를 맞춤화할 수 있어야 한다는 것이 엔비디아의 판단"이라고 말했다. 그는 기조연설을 마무리하며 "네모트론은 모델을 넘어 데이터셋, 연구 기술, 소프트웨어를 모두 아우르는 엔비디아 전략의 핵심"이라며 "우리는 생태계가 강력하고 다양해질 수 있도록 오픈 기술을 지속적으로 공유해 전 세계 개발자들이 새로운 발명을 이어가도록 지원할 것"이라고 밝혔다. 한편, 이번 행사는 엔비디아 본사 리서치 팀이 직접 참여한 가운데 오는 22일까지 이틀간 진행된다. aykim@newspim.com 2026-04-21 14:16
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권성동 2심도 징역 4년 구형 [서울=뉴스핌] 홍석희 기자 = 민중기 특별검사팀이 21일 통일교 측으로부터 1억 원 상당의 불법 정치자금을 수수한 혐의를 받는 권성동 국민의힘 의원의 항소심에서도 징역 4년을 구형했다. 서울고법 형사2-1부(재판장 백승엽)는 이날 오후 정치자금법 위반 혐의를 받는 권 의원의 항소심 결심 공판을 진행했다. 민중기 특별검사팀이 21일 통일교 측으로부터 1억 원 상당의 불법 정치자금을 수수한 혐의를 받는 권성동 국민의힘 의원의 항소심에서도 징역 4년을 구형했다. 사진은 권 의원이 지난해 11월 3일 서울중앙지법에서 불법 정치자금을 수수 혐의 첫 재판에 출석한 모습. [사진=뉴스핌 DB] 특검은 "피고인은 통일교라는 종교 단체로부터 1억 원이라는 거액의 불법 정치자금을 수수했다"며 권 의원에게 징역 4년과 추징금 1억 원을 선고해 달라고 재판부에 요청했다. 특검은 "종교단체가 대통령 선거에 개입해 민주주의의 핵심인 선거의 공정성을 훼손했다"며 "이 사건의 범행 경위, 방법, 1억 원의 수수 자금 등을 감안하면 원심의 선고형을 넘어서는 중형 선고가 불가피하다"고 강조했다. 권 의원 측 변호인은 핵심 증거인 윤영호 전 통일교 세계본부장의 카카오톡 메시지 등이 위법하게 수집돼 증거능력이 없다고 주장했다. 또한 "통일교가 김건희에게 금품을 제공한 것과 피고인에게 1억 원을 줬다는 공소사실은 범행 동기, 목적, 수단 등에서 동일한 점이 일체 없다"며 이 사건은 특검의 수사대상이 아니라고 했다. 이어 변호인은 "1억 원 수수 방법과 관련한 윤영호의 특검 진술은 합리적이지 않다. (1억 원이 든) 쇼핑백을 주면서 뭐라고 했냐는 (특검 측) 질문에 대해 특별한 말을 안 했고, 쇼핑백을 드렸다고 했다"며 "사실상 처음 보는 사이인데 대화 내용이 없었다는 것은 납득하기 어렵다"고 1억 원 수수 사실을 부인했다. 권 의원은 최후진술에서 "원심이 어떤 경위로 유죄를 인정했는지 지금도 의문"이라며 "(윤영호를) 1시간에 걸쳐 만났을 뿐인데 아무 신뢰관계가 형성되지 않아서 윤영호가 준 걸 받을 수 없다"고 주장했다. 이어 "1억 원을 받은 거면 코가 꿰인 건데, 제가 윤석열 정부 출범 후 초대 원내대표인데 (윤영호가) 저에게 한 번도 통일교 현안이나 애로사항을 말하지 않았다"고 덧붙였다.  재판부는 오는 28일 선고기일을 열기로 했다. 권 의원은 제20대 대선을 앞둔 2022년 1월 5일 서울 여의도의 한 식당에서 윤영호 전 통일교 세계본부장을 만나 통일교 교단 지원 등 청탁과 함께 불법 정치자금 1억 원을 받은 혐의로 기소됐다. 앞서 1심은 권 의원의 혐의를 유죄로 인정해 그에게 징역 2년과 추징금 1억 원을 선고했다. 특검과 권 의원 측 모두 1심 판결에 불복해 항소했다. hong90@newspim.com 2026-04-21 18:11
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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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