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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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SK 73년 역사 속 최고의 승부수는? [서울=뉴스핌] 정탁윤 기자 = 재계 2위 SK그룹이 창립 73주년을 맞아 고(故) 최종건 창업회장과 고 최종현 선대회장의 경영 철학을 되새긴다. 중동 전쟁 후폭풍에 대내외 경제 여건이 악화된 가운데, 차분히 기념식을 챙기며 SK그룹 특유의 SKMS(SK Management System) 정신을 강조한다. 8일 재계에 따르면, SK는 이날 서울 종로구 선혜원에서 창업회장과 선대회장을 기리는 '메모리얼 데이'를 비공개로 연다. 이 자리에는 최태원 SK그룹 회장과 최창원 SK수펙스추구협의회 의장(부회장) 등 SK 오너 일가와 일부 경영진이 참석할 것으로 알려졌다. 행사가 열리는 선혜원은 최종건 창업회장의 사저이자 연구소로 사용된 공간으로, 현재는 인재 육성의 상징적 장소로 활용되고 있다. SK그룹은 해마다 창립 기념일에 선혜원에서 비공개 행사를 통해 그룹의 정체성과 경영 방향을 점검해 왔다. ◆ 1953년 4월 8일 창업주 최종건 회장이 세운 선경직물이 그룹 모태 SK그룹은 한국전쟁 직후인 1953년 4월 8일, 창업주인 최종건 회장이 설립한 선경직물(현 SK네트웍스)이 모태다. 선경직물은 나일론을 만들며 본격적인 섬유기업으로 빠르게 성장, SK그룹의 초석을 쌓았다. 1973년 동생 최종현 선대회장은 SK(당시 선경)를 세계 일류의 에너지·화학 회사로 키우기 위해 발 벗고 뛰었다. 1980년 대한석유공사(유공·현 SK이노베이션)를 인수하고 해외 유전 개발에 나섰다. 서울 종로구 서린동 SK그룹 사옥 [사진=뉴스핌 DB] 현 최태원 회장의 부친인 최종현 회장은 정유화학에서 멈추지 않고 통신에 눈을 돌렸다. 1992년 노태우 정부 때 제2이동통신사업자로 선정됐지만 특혜 시비로 1주일만에 사업권을 자진 반납해야 했다. 이후 1994년 민영화되며 매물로 나온 한국이동통신(현 SK텔레콤)경쟁 입찰에 참여해 경영권을 확보했다. 현재 SK그룹의 핵심으로 꼽히는 반도체 사업 역시 최종현 회장이 1978년 선경반도체가 출발점이다. 다만 당시엔 전 세계를 강타한 2차 오일쇼크로 꿈을 접어야 했다. 최종현 회장의 의지는 2011년 최태원 회장이 하이닉스를 인수하면서 실현됐다. 최태원 회장은 2012년 SK하이닉스 출범식에서 "30여년 만에 반도체 사업 진출의 꿈을 이뤘다"고 언급하기도 했다. 아버지인 최종현 회장의 경영철학은 1998년, 38세의 나이에 SK그룹을 이어받은 최태원 회장이 이어가고 있다. ◆ 최태원 회장, 2012년 하이닉스반도체 인수 '신의 한수' SK그룹은 1980년 대한석유공사(유공·현 SK이노베이션) 인수를 시작으로 적극적 인수합병(M&A)을 통해 재계 2위 그룹으로 성장했다. 특히 반도체 불황이던 지난 2012년 하이닉스 인수를 통해 그룹 체질을 바꿨다. 현재는 지주회사인 ㈜SK를 중심으로 에너지, 정보통신, 반도체, 배터리, 바이오 등을 주력 사업으로 하고 있다. 그 동안 세 차례 대형 인수합병(M&A)을 통해 삼성에 이은 재계 2위 그룹으로 성장했다는 것이 재계의 일반적 평가다. 특히 최태원 회장이 주도한 지난 2012년의 하이닉스반도체(현 SK하이닉스) 인수는 '신의 한수'로 꼽힌다. 당시만 해도 반도체 업황이 좋지 않았고, 통신과 정유 등 기존 사업과의 시너지 효과가 불분명 하다는 이유로 부정적인 여론이 많았다. 최태원 SK그룹 회장 [사진=뉴스핌 DB] 그러나 최태원 회장은 "(당시 반도체업계 3위 일본 엘피다 파산으로) 반도체 시장 경쟁자가 줄었고 반도체 산업 특성상 신규 진입자가 뛰어들 가능성은 사실상 없다. 게다가 하이닉스가 지금은 실적이 나쁘지만 경쟁력은 여전히 뛰어나다"며 3조원을 들여 하이닉스를 인수했다. SK하이닉스는 현재 엔비디아에 고대역폭메모리(HBM)를 공급하며 글로벌 인공지능(AI) 시장을 주도하고 있다. 올해 초 최태원 회장은 신년사에서 "AI라는 거대한 변화의 바람을 타고 글로벌 시장의 거친 파도를 거침없이 헤쳐 나가자"라며 '승풍파랑'(乘風破浪)의 도전을 강조했다.  재계 한 관계자는 "SK그룹은 AI의 핵심인 반도체(SK하이닉스)와 통신(SK텔레콤), 에너지 인프라(SK이노베이션)까지 'AI 밸류체인'을 두루 갖춘 대기업으로 세계적으로도 손꼽힌다"라고 말했다. tack@newspim.com 2026-04-08 10:27
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"애플 폴더블폰 테스트서 문제 발생" [뉴욕=뉴스핌] 김민정 특파원 =  애플이 첫 폴더블 아이폰의 엔지니어링 테스트 단계에서 예상 외 어려움을 겪으며 대량생산 및 출하 일정이 수개월 지연될 가능성이 제기됐다. 닛케이아시아는 7일(현지시간) 소식통을 인용해 폴더블 아이폰 초기 테스트 생산 과정에서 예상보다 많은 문제가 드러났다고 전했다. 닛케이아시아에 따르면 이 소식통은 폴더블 아이폰의 초기 테스트 생산 단계에서 예상보다 많은 문제가 발생해 이를 해결하고 조정하는 데 추가 시간이 필요하다고 설명했다. 최악의 경우 첫 출하가 수개월 늦어질 수 있으며, 이는 애플의 폴더블 기기 진입 전략에 차질을 줄 전망이다. 다만 블룸버그 통신은 이날 애플이 여전히 오는 9월 아이폰 18 프로와 프로 맥스와 함께 첫 폴더블 아이폰을 출시할 예정이라고 전했다. 다만 출시 시점이 확정된 것은 아니며 생산이 본격 가동되지 않은 상태로 6개월 여유가 있어 조정 가능성이 남아있는 것으로 알려졌다.  이날 소식에 애플 주가는 장중 5.1%까지 하락한 뒤 오후 거래에서 3% 가까이 떨어졌다. 미국 동부시간 오후 2시 27분 애플은 전장보다 2.88% 내린 251.41달러를 기록했다. 애플 로고 [사진=블룸버그통신] mj72284@newspim.com 2026-04-08 03:29
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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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