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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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삼성전자, 온양에 46조 투자 속도 [서울=뉴스핌] 조민교 기자 = 삼성전자가 12일 충남 아산 온양사업장에서 고대역폭메모리(HBM) 첨단 패키징 공장 착공에 들어갔다. 인공지능(AI) 거품론과 엔비디아의 경영 불확실성에도 중장기 생산능력 확대에 속도를 내겠다는 전략이다. 삼성전자는 글로벌 대형 고객사 10곳과 메모리 장기공급계약(LTA)을 체결하고 추가 10곳과 협상 중이다. 고객사들의 HBM 증량 요청도 이어지고 있다. HBM은 D램을 여러 층 쌓아 만드는 제품인 만큼 공급을 늘리려면 웨이퍼 생산뿐 아니라 칩을 쌓고 연결하는 후공정 능력도 확충해야 한다. 삼성전자는 2029년 5월 온양 신공장 가동을 통해 첨단 패키징 생산 기반을 강화할 계획이다. 삼성전자와 충남도에 따르면 이날 착공한 '온양 5공장'은 약 3만1000㎡ 규모의 클린룸을 갖춘 HBM 전용 생산시설이다. 1단계에 약 6조원, 중장기적으로 총 46조원을 투입한다. 완공 후 온양사업장 연면적은 27만㎡에서 42만㎡로 56% 늘어난다. 충남도와 아산시는 도시계획 심의를 한 달가량 앞당겨 착공을 지원했다. 이날 착공식에 참석한 이재용 삼성전자 회장은 "일반 반도체를 단순 조립·검사하는 공정이 중심이던 이곳이 앞으로는 AI 반도체의 심장인 최첨단 HBM 거점으로 변모할 것"이라고 밝혔다. 전영현 삼성전자 대표이사 부회장도 "온양과 천안에 있는 반도체 생산 기반을 강화해 충청권을 세계 최고의 최첨단 패키징 글로벌 메카로 육성하겠다"고 말했다. 이재용 삼성전자 회장. [사진=KTV 캡쳐] ◆ 거품론에도 '완판'…고객사 증량 요청 줄이어 글로벌 AI 산업을 둘러싼 불확실성은 커지고 있다. 막대한 AI 투자에 비해 수익 창출이 더디다는 거품론이 확산하는 가운데 엔비디아의 경영 리스크까지 불거졌다. 엔비디아 이사회는 지난 8일(현지시간) 젠슨 황 최고경영자(CEO)가 외국 정보활동의 표적이 됐다는 의혹에 대해 독립 조사에 착수했다. 월스트리트저널(WSJ)이 11일 황 CEO의 퇴진 가능성을 보도하자 엔비디아 주가는 시간외 거래에서 9% 넘게 하락했다. 반면 삼성전자의 HBM 수요는 여전히 공급을 웃돌고 있다. 김재준 삼성전자 메모리사업부 부사장은 지난달 29일 3분기 실적발표 콘퍼런스콜에서 "2027년 HBM 공급 물량은 목표 수준의 가격으로 협상이 완료돼 이미 솔드아웃된 상태"라며 "주요 고객들의 추가 HBM 공급 증량 요청이 지속 접수되고 있다"고 밝혔다. 3분기 HBM4 매출은 전 분기의 3배 이상으로 늘어 전체 HBM 매출의 60%를 차지했다. 회사는 메모리 수요 강세가 2028년에도 이어질 것으로 내다봤다. 장기공급계약 확대도 견조한 수요를 보여준다. 업계에 따르면 삼성전자는 2027년 메모리 생산 물량의 80% 가까이를 LTA로 확보한 것으로 알려졌다. 일부 계약에는 선수금 20~25%와 의무구매 조건까지 붙는 등 공급자 우위 시장이 형성되고 있다. 계약 수요도 AI 기업을 넘어 모바일·자동차·네트워크 분야로 확대되는 추세다. 삼성전자는 2030년까지 전체 메모리 생산능력의 60~70%를 장기계약으로 확보한다는 목표다. 삼성전자 HBM4E. [사진=삼성전자] ◆ 웨이퍼만으론 부족…온양이 '증량' 받칠 거점 늘어나는 HBM 주문에 대응하려면 첨단 패키징 생산능력 확충이 필수적이다. 업계에서는 삼성전자의 HBM 공급량이 향후 3년간 연평균 52% 증가해 현재의 약 3.5배에 이를 것으로 전망한다. 그러나 D램 생산을 늘리더라도 이를 쌓고 연결하는 후공정이 뒷받침되지 않으면 완제품 공급에는 한계가 있다. 범용 반도체 조립·검사 기지였던 온양을 HBM 거점으로 전환하는 이유다. 차세대 HBM으로의 전환도 후공정 수요를 키우고 있다. 삼성전자는 2027년 상반기 7세대 HBM4E 양산을 추진할 계획이다. 제품 세대가 높아질수록 칩을 정밀하게 쌓고 연결하는 기술이 중요해지는 만큼 신규 패키징 시설의 역할도 커질 전망이다. 경쟁사인 SK하이닉스도 생산시설 확충에 속도를 내고 있다. SK하이닉스는 2029년까지 D램·HBM 수요를 사실상 확보했다고 밝혔으며, 충북 청주에 20조원 규모의 첨단 패키징 공장(P&T7)을 2027년 말까지 완공할 계획이다. HBM 시장 경쟁력은 확보한 주문을 얼마나 빠르게 실제 공급으로 연결하느냐에 달려 있다. 삼성전자 온양 5공장은 2029년 가동을 시작하면 기존 천안 중심의 첨단 패키징 생산 기반을 확대하는 역할을 맡는다. 고객사들의 증량 요청이 이어지는 가운데 신규 공장 구축과 생산 안정화를 얼마나 신속하게 마무리하느냐가 HBM 공급 경쟁력을 좌우할 전망이다. mkyo@newspim.com 2026-11-12 11:38
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'스파이 의혹' 앨리스 황, 베이징 체류 확인 [서울=뉴스핌] 최원진 기자= 엔비디아 젠슨 황 최고경영자(CEO)와의 혼외 관계로 논란의 중심에 선 중국 스파이 의혹 인물, 앨리스 황(중국명 황러)이 본국인 중국 베이징으로 건너가 머물고 있는 것으로 확인됐다. 11일(현지시간) 블룸버그통신은 사안에 정통한 복수의 소식통을 인용해 싱가포르 '메가스피드 인터내셔널'(이하 메가스피드)의 창업자이자 젠슨 황 CEO와의 사생활 스캔들 및 스파이 의혹을 빚은 앨리스 황이 현재 중국 보안 당국이 소재를 파악한 가운데 베이징에 거주하고 있다고 보도했다. 젠슨 황과 엘리스 황.[사진=로이터 뉴스핌] 그가 언제 어떤 경위로 베이징으로 이동했는지, 현재 어떤 활동을 하고 있는지는 즉각 확인되지 않았다. 중국 외교부는 앞서 그가 스파이라는 의혹을 부인했으며, 이번 보도와 관련해서도 즉각적인 입장을 내놓지 않았다. 앨리스 황은 사모펀드와 방송 업계에서 경력을 쌓은 뒤 2023년 메가스피드를 설립했다. 이 회사는 조 바이든 전 미국 대통령이 중국을 상대로 첨단 인공지능(AI) 칩 수출에 대한 광범위한 제재를 가한 지 불과 몇 달 만에 중국 대형 비디오 게임 기업 '세븐로드 홀딩스'에서 분사했다. 세븐로드는 먼저 자사의 싱가포르 자회사를 영국령 버진아일랜드 소재 법인인 '황러'에 매각했고, 이후 앨리스 황이 경영권을 인수했다. 이어 2023년 11월, 황러 법인은 메가스피드를 싱가포르의 한 페이퍼컴퍼니(유령회사)에 다시 매각했다. 매각이 이뤄진 지 불과 며칠 만에 메가스피드는 엔비디아의 공식 클라우드 파트너(NCP)로 지정됐는데, 이는 엔비디아로부터 첨단 칩을 우선적으로 공급받을 수 있는 핵심 지위다. 무역 기록상 메가스피드는 이후 46억 달러가 넘는 엔비디아 칩을 사들여 동남아 데이터센터를 통해 알리바바 등 중국 기업들에 대여해 왔다. 미국 당국의 조사와 엔비디아 이사회의 진상 규명이 진행 중인 가운데, 핵심 당사자인 앨리스 황이 베이징에 체류 중인 것으로 확인되면서 젠슨 황 CEO의 거취 논란과 미 행정부 내 제재 갈등은 더욱 증폭될 것으로 보인다. wonjc6@newspim.com   2026-11-12 14:24
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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.
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.
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