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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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리사 수, 전영현 부회장과 만찬..."아주 좋은 대화 나눴다" [서울=뉴스핌] 이승우 기자 심재민 인턴기자 = 리사 수 AMD 회장 겸 최고경영자(CEO)가 7일 삼성전자 서초사옥을 직접 찾아 전영현 삼성전자 대표이사 겸 디바이스솔루션(DS)부문장 부회장 등 주요 경영진과 만나 양사의 파트너십에 대해 논의했다. 이날 만남의 핵심 의제로 꼽힌 AMD와 삼성의 '파트너십'에 대해 수 회장이 "아주 좋은 대화를 나눴다"고 밝혔다. 고대역폭메모리(HBM)와 DDR5에서 시작된 양사의 협력이 파운드리, 피지컬 AI 등 AI 반도체 전반으로 확대될 수 있다는 기대감이 높아졌다. [서울=뉴스핌] 심재민 인턴기자 = 리사수 AMD CEO가 삼성전자 서초사옥으로 빠져나가고 있다. 2026.10.07 flurry327@newspim.com ◆ "파트너십에 대해 아주 좋은 대화 나눴다" 수 회장은 이날 오후 4시44분께 검은색 차량을 타고 서울 서초구 삼성전자 서초사옥에 도착했고, 오후 8시경까지 전 부회장을 비롯한 경영진과 만찬을 즐겼다. 이날 밤 늦게 출국을 앞두고 빡빡한 일정을 소화했다. 수 회장은 사옥에 들어서기 직전 삼성과 논의할 핵심 의제를 '파트너십'이라고 짧게 밝혔다. 현장에서 '어떤 이야기를 나눌 예정이냐'는 취재진 질문에 수 회장은 "파트너십 얘기를 할 것"이라고 답했다. '이재용 삼성전자 회장도 만나느냐'는 질문에는 "Too much information(너무 많은 정보가 있다)"라며 즉답을 피했다. 삼성전자 측에서는 김재준 삼성전자 메모리사업부 부사장과 조상연 삼성전자 DSA법인장(부사장)이 수 회장을 사옥 1층에서 영접했다. 수 회장은 이날 서초사옥에서 전 부회장과 약 7개월 만에 재회했다. 둘은 지난 3월 삼성전자 평택사업장에서 차세대 AI 메모리 협력을 위한 업무협약(MOU)을 체결하기 위한 만났다. 생산라인도 둘러보며 메모리와 파운드리를 아우르는 협력 가능성을 살펴보기도 했다. 만찬이 끝난 뒤 수 회장은 "삼성은 우리에게 훌륭한 파트너이고 전략적으로 좋은 논의를 나누고 있다"며 "오늘 대화 역시 아주 좋았다"고 말했다. 고대역폭메모리(HBM)와 DDR5에서 시작된 양사의 협력이 파운드리 등 AI 반도체 전반으로 확대될 수 있다는 기대감이 높아졌다. [서울=뉴스핌] 심재민 인턴기자 = 리사수 AMD CEO가 삼성전자 서초사옥으로 들어가고 있다. 2026.10.07 flurry327@newspim.com ◆HBM 넘어 파운드리·피지컬AI까지 협력 넓히나 삼성전자와 AMD의 협력이 메모리를 넘어 파운드리로 확대될지가 이번 회동의 핵심 관전 포인트다. 수 회장은 이날 서울 용산구 드래곤시티에서 열린 'AMD 게이머 데이'에서 "삼성은 여러 영역에서 좋은 파트너"라며 "파운드리를 비롯한 여러 영역에서 삼성과 계속 협력할 수 있을 것으로 본다"고 말했다. AMD가 AI 가속기 공급을 빠르게 늘리는 가운데 향후 삼성전자의 첨단 공정을 활용한 생산 협력으로 이어질 가능성도 열어둔 셈이다. 양사는 이미 HBM과 DDR5 등 차세대 AI 메모리 분야에서 협력을 구체화하고 있다. 지난 3월 체결한 업무협약(MOU)에는 삼성전자가 AMD의 차세대 AI 가속기 '인스팅트 MI455X'에 6세대 HBM인 HBM4를 공급하고, 랙 단위 AI 서버 플랫폼 '헬리오스'와 차세대 서버용 CPU에 쓰이는 고성능 DDR5에서도 협력을 확대하는 내용이 담겼다. AI 가속기 시장이 커질수록 AMD로서는 안정적인 HBM 공급망 확보가 중요하고, 삼성전자 역시 차세대 HBM 고객을 확보할 수 있다는 점에서 이해관계가 맞닿아 있다. 수 회장은 삼성과의 관계를 중장기 전략적 파트너십으로 강조했다. 그는 "삼성은 AMD의 가장 전략적인 파트너 중 하나이며 HBM, DDR5 등 메모리와 여러 기술에 집중하고 있다"며 "단기적인 1~3년 파트너십이 아니라 3~5년 이상의 중장기 파트너십을 중요하게 보고 있다"고 말했다. 이어 "장기적으로 탄탄한 공급망을 구축하려면 파트너사와 가깝게 일하는 게 중요하다"고 덧붙였다. 파운드리에 대해 구체적으로 무슨 이야기를 나눴는지는 밝히지 않았다. 수 회장은 만찬 이후 '파운드리 분야에 대한 논의에 진전이 있었나'라는 취재진의 질문에 "전반적으로 매우 폭넓은 파트너십을 맺고 있다"고 답했다. 피지컬 AI 분야 협력 가능성도 제기된다. AMD가 최근 페이페이 리 스탠퍼드대 교수가 설립한 AI 스타트업 월드랩스를 82억 달러에 인수하면서 피지컬 AI 특화 반도체 개발에 뛰어들 것이라는 분석이 뒤따르고 있다. 수 회장은 삼성전자와 피지컬 AI 협력에 대해서 "앞으로 아주 다양한 분야에서 함께 협력할 것"이라고 말했다.  raul1649@newspim.com 2026-10-07 21:41
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'여고생 살해범' 장윤기, 1심 무기징역에 불복해 '항소' [서울=뉴스핌] 김신영 기자 = 성범죄를 목적으로 귀가하던 여고생을 납치하려다 살해한 장윤기(23)가 1심 무기징역 판결에 불복해 항소했다. 7일 법조계에 따르면 장윤기는 이날 광주지법 형사13부(이정호 부장판사)에 항소장을 제출했다. 재판 과정에서 공소사실을 모두 인정했으나 항소 기한 마지막 날인 이날 판결에 불복했다. 광주에서 여고생을 흉기로 살해한 장윤기(24)가 5월 7일 오전 광주지법에서 열린 구속 전 피의자 심문(영장실질심사)을 받고 나오고 있다. [사진 = 뉴스핌DB] 장윤기에게 사형을 구형했던 공소청도 지난 2일 항소했다. 앞서 1심 재판부는 성폭력범죄의 처벌 등에 관한 특례법상 강간살인 등 혐의로 기소된 장윤기에게 무기징역을 선고했다. 위치추적 전자장치 부착과 아동·청소년 및 장애인 관련 기관 취업제한 10년도 명령했다. 강간살인죄의 법정형은 사형 또는 무기징역이다. 장윤기는 지난 5월 5일 오전 0시 10분쯤 광주 광산구 월계동 거리에서 귀가 중이던 이채원(당시 16세·고교 2학년) 양을 차량으로 납치해 성폭행하려다 뜻대로 되지 않자 살해한 혐의로 기소됐다. 피해자의 비명을 듣고 달려온 고교 2학년 남학생에게 흉기를 휘두른 혐의도 받는다. 이 밖에도 범행 이틀 전 아르바이트 동료 여성을 스토킹하고 성폭행한 혐의, 사회복무요원으로 근무하던 당시 청소년 여성의 신체를 몰래 촬영한 혐의 등이 적용됐다. sykim@newspim.com 2026-10-07 20:42
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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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