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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·SK하이닉스 2분기 실적 주목 [서울=뉴스핌] 이정아 기자 = 이번 주(27~31일) 국내 증시는 삼성전자와 SK하이닉스의 2분기 실적 발표를 최대 변수로 맞는다. 양사의 실적과 하반기 전망은 국내 반도체 업황은 물론 인공지능(AI) 투자 기대감의 지속 여부를 가늠할 핵심 지표가 될 전망이다. 같은 기간 마이크로소프트와 메타, 애플, 아마존 등 미국 빅테크 기업들도 잇따라 성적표를 공개하는 가운데 미국 연방공개시장위원회(FOMC) 결과까지 예정돼 있어 글로벌 증시의 분수령이 될 것으로 보인다. 27일 금융투자업계에 따르면, 지난주(7월 20~24일) 국내 증시는 코스피가 4.1% 상승했지만, 코스닥은 0.2% 하락하며 차별화된 흐름을 나타냈다. 이달 들어 이어진 지수 급락은 반도체 업황 악화보다 높아진 시장 기대치와 주도주 디레버리징, 단일종목 레버리지 ETF의 리밸런싱 매물이 겹친 영향이 컸다는 분석이다. 이후 외국인 저가 매수세가 유입되고 알파벳 실적이 호조를 보이면서 투자심리가 회복돼 지수는 반등에 성공했다. 시장에서는 이번 주 삼성전자와 SK하이닉스를 비롯한 국내외 주요 기업들의 실적과 FOMC 결과를 확인한 뒤 투자심리가 결정될 것으로 보고 있다. 국내에서는 반도체 대장주의 성적표가 공개된다. SK하이닉스는 29일, 삼성전자는 30일 2분기 실적을 발표한다. 삼성전자와 SK하이닉스 실적 자체보다 고대역폭메모리(HBM) 수요와 AI 서버 투자 확대가 실적에 얼마나 반영됐는지, 하반기 메모리 업황과 실적 가이던스가 어떻게 제시될지에 이목이 집중되고 있다. 이재원 유안타증권 연구원은 "가장 모멘텀이 강한 반도체 업종의 낙폭이 컸던 만큼 단기적으로는 반도체가 주도주 역할을 하고 이후 다른 업종으로 순환매가 이어질 가능성이 있다"고며 "국내 기업들의 실적 모멘텀은 여전히 견조하다"고 진단했다. 미국 빅테크 실적도 AI 랠리의 지속 여부를 판가름할 핵심 변수다. 29일에는 마이크로소프트와 메타가, 30일에는 애플과 아마존이 2분기 실적을 발표한다. 시장은 클라우드 사업 성장세와 AI 인프라 투자, 자본지출(CAPEX) 확대 기조가 유지될지를 집중적으로 확인할 전망이다. 빅테크의 투자 확대가 이어질 경우 삼성전자와 SK하이닉스를 비롯한 국내 AI·반도체주에도 긍정적인 영향을 미칠 가능성이 크다. 30일(한국시간)에는 미국 연방준비제도(Fed)가 FOMC 결과를 발표한다. 시장에서는 기준금리 동결 가능성을 높게 보고 있지만 제롬 파월 의장의 기자회견과 향후 통화정책 방향에 대한 발언에 따라 증시 변동성이 확대될 수 있다는 전망이 나온다. 이상준 NH투자증권 연구원은 "7월 연방공개시장위원회(FOMC)에서는 기준금리 동결이 유력한 만큼 시장의 관심은 향후 통화정책 방향보다 파월 의장의 발언에 쏠릴 것"이라며 "다만 최근 미국 고용과 물가 지표가 둔화된 가운데 연준도 선제적인 정책 신호를 자제하는 기조를 유지하고 있어 FOMC 자체가 시장에 미치는 영향은 제한적일 가능성이 크다"고 분석했다. 주요 경제지표도 대거 발표된다. 국내에서는 29일 6월 소매판매지수, 31일 6월 광공업생산이 공개돼 내수와 제조업 경기 흐름을 확인할 수 있다. 미국에서는 28일 컨퍼런스보드 소비자신뢰지수, 30일 2분기 국내총생산(GDP) 속보치와 근원 개인소비지출(PCE) 물가지수, 31일 6월 PCE 물가지수와 시카고 구매관리자지수(PMI)가 발표된다. PCE는 Fed가 통화정책 결정 과정에서 가장 중요하게 보는 물가지표인 만큼 향후 금리 경로를 가늠할 핵심 변수로 꼽힌다. 이밖에 유럽에서는 30일 2분기 GDP와 6월 실업률, 31일 7월 소비자물가지수(CPI)가 발표된다. 일본은행(BOJ)도 31일 금융정책결정회의를 열고 기준금리를 결정한다. 미국 통화정책과 AI 투자 흐름이 예상 범위에서 크게 벗어나지 않는다면 반도체를 중심으로 한 상승세가 이어질 수 있다는 전망이 나온다. [서울=뉴스핌] 류기찬 기자 = 24일 오전 서울 중구 하나은행 딜링룸 전광판에 코스피 지수가 표시되고 있다. 코스피 지수는 전장 대비 96.11포인트(1.35%) 내린 7000.78에, 코스닥 지수는 12.78포인트(1.62%) 내린 777.50에 장을 시작했다. 서울외환시장에서 달러/원 환율은 9시 기준 1475.20원에 거래중이다. 2026.07.24 ryuchan0925@newspim.com plum@newspim.com 2026-07-27 06:00
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엔비디아, 네이버 3대주주 된다 [서울=뉴스핌] 정승원 기자 = 네이버가 엔비디아를 대상으로 약 1조4809억원 규모의 제3자배정 유상증자를 단행하며 글로벌 AI(인공지능) 인프라 협력을 본격화한다. 네이버는 27일 공시를 통해 엔비디아를 대상으로 1조4808억9999만9999원 규모의 제3자배정 유상증자를 결정했다고 밝혔다. 신주 발행가는 주당 20만4500원이며 발행 대상은 엔비디아다. 네이버는 27일 공시를 통해 엔비디아를 대상으로 1조4808억9999만9999원 규모의 제3자배정 유상증자를 결정했다고 밝혔다. 신주 발행가는 주당 20만4500원이며 발행 대상은 엔비디아다. [사진= 네이버] 네이버는 지난 6월 공시했던 '장래사업·경영계획(공정공시)'도 정정했다. 정정 공시에는 엔비디아의 지분 투자 내용을 새롭게 반영하고 양사의 협력 구조와 투자 계획을 구체화한 내용이 담겼다. 정정 공시에 따르면 엔비디아는 네이버 보통주를 대상으로 약 10억달러 규모의 제3자배정 유상증자에 참여할 예정이다. 네이버는 데이터센터 부지 확보와 구축·운영을 담당하고 엔비디아는 GPU 공급을 맡는 구조다. 기존 공시에 포함됐던 '글로벌 고객 발굴 및 매출·사업 리스크 공동 부담' 내용은 삭제됐다. 양사는 글로벌 AI 팩토리 구축 사업도 추진한다. 네이버는 2027년 상반기 55MW, 2027년 말 누적 100MW, 2028년 누적 200MW 규모의 AI 인프라를 구축한 뒤 최종적으로 기가와트(GW)급 AI 인프라를 확보한다는 계획이다. 첫 거점은 하이퍼스케일 데이터센터 '각 세종'으로, 향후 유럽과 중동 등 글로벌 지역으로 사업을 확대할 방침이다. AI 팩토리 구축에 필요한 90억달러 규모의 컴퓨팅 인프라는 글로벌 대체자산운용사 브룩필드자산운용(Brookfield Asset Management)이 프로젝트파이낸싱(PF) 방식으로 조성하는 방안이 추진된다. 네이버는 브룩필드를 12주간 독점 우선협상대상자로 선정해 협의를 진행할 예정이며, 직접 투자 규모는 아직 확정되지 않았다. 네이버는 이번 협력을 통해 글로벌 AI 인프라 수요 증가에 대응하는 신규 수익원을 확보하고 엔비디아와의 협력을 기반으로 최신 AI 컴퓨팅 인프라 확보와 추가 사업 협력 기회를 모색할 계획이다. 네이버는 데이터센터 부지 확보와 전력 인프라, 인허가, 세부 계약 조건 등에 따라 사업 일정과 투자 규모는 변경될 수 있으며 향후 중요 계약이 확정되는 경우 관련 규정에 따라 별도 공시할 예정이라고 설명했다. origin@newspim.com 2026-07-27 08:12
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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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