전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
산업 생활경제

속보

더보기

[김정호의 4차혁명 오딧세이] 인공지능과 엔트로피

기사입력 :

최종수정 :

※ 본문 글자 크기 조정

  • 더 작게
  • 작게
  • 보통
  • 크게
  • 더 크게

※ 번역할 언어 선택

김정호 교수.

엔트로피의 정의와 인공지능의 요구

'엔트로피'라는 단어는 1865년 독일의 물리학자 루돌프 클라우지우스가 처음으로 사용했다. 엔트로피라는 단어는 에너지라는 뜻의 그리스 어원에서 출발했다. 엔트로피는 일반적으로 무질서도라고 알려져 있기도 하며, 미시적 상태의 무질서한 정도를 표현한다.

그런데 열역학 제2법칙에서는 항상 전체 계(System)의 엔트로피가 증가하는 방향으로 사건이 일어난다고 한다. 이 법칙에 따르면 시스템은 엔트로피가 증가하는 쪽으로, 즉 무질서해지는 쪽으로 변하려 한다고 한다. 그래서 전 우주에서 부분으로 뭉쳐있는 에너지가 전체에 걸쳐 평평하게 흩어져가는 과정이 엔트로피의 증가과정이라고 본다. 즉, 엔트로피의 증가는 평형 상태로의 이동이며 에너지적으로 볼 때는 안정화되는 방향이다.

그런데 반대로 인공지능에서는 엔트로피가 감소하는 방향으로 학습을 최적화하기도 한다. 물리 법칙과 인공지능이 반대인 경우이다.

한편, 전자공학의 한 학문 분야인 ‘정보 공학’ 분야에서도 엔트로피 개념이 사용된다. 특히 인공지능과 관련해 정보 이론을 이용해서 인공지능 네트워크를 최적화하고, 그 이론을 뒷받침하려는 연구가 있다. 이러한 새로운 시도는 정보 이론 수학과 인공지능의 만남이다. 엔트로피로 대표되는 정보공학 이론이 인공지능 발전에 어떠한 기여를 할지 미래가 궁금하다.

정보 이론에서 정보의 양을 지수 I로 표현한다. 어떤 일이 일어날 확률을 P(x)라고 할 때, 그것이 갖는 정보량은 I=-Log2(P(x))로 표현된다. 정보를 확률의 로그 함수로 표현한다. 예를 들어 확률이 50%인 P(x)=1/2=0.5라고 하면 정보량 I=-Log2(1/2)=1이 되어 I=1이 된다. 그 뜻은 그 정보를 1비트의 2진수로 표현할 수 있다는 뜻이 된다.

통신이론 내용인 정보이론에서 정의된 엔트로피 수식. [출처=KAIST]

이러한 정의와 수식에 따라 확률이 낮을수록 정보량이 커진다. 거꾸로 확률이 높으면 정보량이 적어진다. 이 같은 확률에는 학교 성적 분포를 예로 들 수 있다. 학교 성적이 넓게 골고루 퍼져 있으면 정보량(I)이 많다. 점수가 골고루 분포돼야 학생의 능력을 구별하기 쉽고, 성적 주기도 편하다.

반면에 높은 성적과 낮은 그룹이 확 구별되면 성적이 특정 점수대에 몰려 있게 된다. 이때 정보량이 낮다. 학점은 2개 종류밖에 없게 된다.

여기에 더 나아가 정보 이론에서는 엔트로피(Entropy)가 정의된다. 엔트로피는 정보량과 확률 곱의 결과물이다. 정보량과 마찬가지로 넓게 골고루 분포하면 엔트로피가 높고, 특정 지점에 확률이 몰려있으면 엔트로피가 낮다.

예를 들어 주사위의 경우, 모두 6개의 면이 나올 확률이 1/6이다. 그래서 확률이 넓게 퍼져있다. 이 경우 엔트로피가 높다. 반면 윷놀이는 도(4/16), 개(6/16), 걸(4/16), 윷(1/16), 모(1/16)가 나올 확률이 각각 다르다. 분포가 균등하지 않다. 결국 윷놀이의 엔트로피가 낮다. 각각 확률의 차이가 크기 때문이다.

이러한 개념의 엔트로피가 인공지능에도 그대로 사용된다. 인공지능에서는 결과가 잘 구별되도록 엔트로피를 낮게 최적화한다. 인공지능에서는 주사위보다는 윷놀이를 원한다.

인공지능에서 출력 결과 값이 분명할수록 좋다. 그래야 인공지능이 미래를 명확하게 판단할 수 있고 미래를 예측한다. 알파고가 게임을 할 때도 인공지능이 이길 승률이 가장 높은 수를 명확히 알려 주어야 한다. 그래서 인공지능의 출력의 확률 분포는 엔트로피가 낮을수록 좋다고 볼 수 있다. 인공지능은 엔트로피 작은 방향을 선호한다.

인공지능에서 사용되는 엔트로피 비용함수

인공지능인 딥 뉴럴 네트워크(Deep Neural Network, DNN)는 대표적으로 두 종류로 나누어진다. 이미 정답을 알고 있고, 그 정답을 이용해서 인공지능을 교육하는 지도학습 (Supervised Learning)과 정답 없이 인공지능 스스로 학습하는 비지도 학습(Unsupervised Learning)으로 나누어진다.

지도 학습의 경우, 입력 데이터를 넣고, 인공지능 예측 결과를 얻는다. 예를 들어 사진을 입력으로 넣고, 고양이인지 호랑이인지 판독한다. 이때 주어진 정답과 인공지능 출력이 같을 수도 있고, 다를 수도 있다. 이때 정답과 인공지능 출력, 두 개의 차이를 함수로 정의하는 데 이를 수학적으로 비용함수(Cost Function)라고 한다.

이 비용함수를 최소화하기 위해서 인공지능 네트워크 변수들을 정해간다. 이를 학습(Training)이라고 부른다. 비용 함수의 선택에 따라 학습의 속도, 정확성에 차이가 난다.

가장 이해하기 쉽고 많이 쓰이는 비용함수가 제곱 오차 함수(Mean Square Error, MSE)이다. 즉, 정답과 인공지능 결과의 차이를 제곱해서 모두 더하는 것이다. 그래서 두 차이가 클수록 비용함수 값이 커진다. 최종 학습 결과로 비용함수가 ‘0’이 되면 제일 좋다. 그때 이 비용 함수의 미분도 ‘0’이 된다. 이처럼 비용함수가 최소화할 때까지 학습을 계속해 간다.

인공지능 최적화에 사용되는 MSE 비용함수 수식. [출처=KAIST]

그런데 또 다른 매우 용한 비용함수가 정보 이론에서 제시하는 엔트로피 함수이다. 엔트로피 함수를 사용하면 학습이 좀 더 빠르다. 다른 말로 혼란을 최소화하고, 분명한 결과를 내려면 엔트로피 값이 최소화된다.

이처럼 엔트로피 개념과 함수가 인공지능에서 유용하게 사용된다.

인공지능 최적화에 사용되는 크로스 엔트로피(Cross-Entropy) 수식. [출처=KAIST]

우리가 사는 세상의 엔트로피

인간 사회도 정보이론의 엔트로피로 표현할 수 있다. 다이내믹 코리아(Dynamic Korea)로 표현되는 우리 사회는 엔트로피가 높다고 할 수 있다. 에너지가 넘치고, 그 결과, 시간이 지나면 사회가 평형을 이룬다.

이렇게 엔트로피가 증가하는 방향은 사회 전체가 평등하다고 볼 수 있다. 사회의 자본, 정보 그리고 기회가 이렇게 골고루 퍼지면 좋다. 또한 누구나 열심히 일하면 계층이동을 할 수 있다. 이런 사회가 엔트로피가 높다.

반면에 사회의 자본, 정보 그리고 기회를 소수가 독점된 사회는 엔트로피가 낮다. 빈부격차가 큰 사회는 엔트로피가 낮다. 좌우 갈등이 높으면 엔트로피가 낮다.

인공지능은 빠르고 냉철한 지능을 가지려고 엔트로피가 낮은 방향으로 학습한다. 그렇게 보면 인공지능은 효율적이지만 냉정한 지능이다. 따뜻한 가슴이 없다.

 

[김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수] joungho@kaist.ac.kr

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
최태원, 재상고…대법서 재심리 [서울=뉴스핌] 백승은 기자 = 최태원 SK그룹 회장이 노소영 아트센터 나비 관장에게 9440억원의 재산분할금을 지급하라는 서울고법 파기환송심 판결에 불복해 대법원에 재상고했다. 최 회장 측은 14일 오후 늦게 법원에 상고장을 제출했다. 최 회장 측은 "최태원 회장은 여러 사정을 고려해 고심 끝에 상고장을 제출했다"며 "주주들과 그룹 경영에 대한 부정적 영향을 최소화하겠다는 자세로 향후 절차에 임하겠다"고 밝혔다. 앞서 지난달 24일 서울고법 가사1부(재판장 이상주)는 최 회장과 노 관장의 재산분할 파기환송심 선고기일을 열고 "최 회장이 노 관장에게 9440억원과 판결 확정 다음 날부터 지급일까지 연 5%의 이자를 지급하라"고 선고한 바 있다. 재산분할금 9440억원 기준 지연이자는 1년에 약 472억원이다. 한 달로 환산하면 약 39억3300만원, 하루 기준으로는 약 1억3000만원에 달한다. 민사소송법상 상고·재상고 제기 기간은 판결서가 송달된 날부터 14일이다. 이 사건의 파기환송심 판결서는 지난 1일 0시 양측에 송달됐는데, 송달 당일을 기한 계산에 포함하면 재상고 기한은 14일 오후 11시 59분까지였다. 최 회장 측의 재상고 결정에 따라 최 회장이 노 관장에게 지급해야 할 재산분할 등의 파기환송심 판결은 확정되지 않고 대법원에서 다시 심리된다. 대법원은 파기환송심이 앞서 제시한 법리와 취지를 충실하게 반영했는지, 재산분할 비율 산정 과정에 법리 오해 부분은 없는지 등에 대해 심리할 방침이다. 대법원 판단 전까지 파기환송심 판결은 확정되지 않는다. 한편 두 사람은 노 관장이 미국 시카고대 유학 중 인연을 맺고 1988년 청와대 영빈관에서 결혼해 슬하에 세 자녀를 뒀다. 다만 최 회장이 2015년 한 일간지에 혼외 자녀의 존재를 공개해 파경 사실을 알렸다. 이후 2017년 7월 이혼 조정을 신청했지만 결렬됐다. 이듬해인 2018년 노 관장을 상대로 이혼소송을 제기하자 노 관장도 이혼에 응하겠다며 2019년 12월 맞소송했다. 1심 재판부는 '최 회장이 노 관장에게 재산분할로 현금 665억원과 위자료 1억원을 지급하라'고 판단했지만 양측 모두 불복했다. 반면 2심 재판부는 최 회장이 보유한 주식회사 SK 지분도 재산분할 대상이라고 보고 재산분할 수준을 대폭 늘어난 1조3808억원으로 판단했다. 위자료 역시 크게 늘어난 20억원을 지급하라고 판결했다. 노 관장의 아버지인 노태우 전 대통령의 '300억원 비자금'이 SK그룹 성장에 상당 부분 기여한 점, 노 관장의 가사와 자녀 양육 등이 가정에 기여한 부분이 있다고 본 결과다. 지난해 10월 대법원은 위자료 20억원은 확정했지만, 재산분할은 파기환송하고 서울고법에 돌려보냈다. 노 전 대통령의 비자금은 불법 자금이라 노 관장의 기여로 평가할 수 없다고 봤다. 파기환송심 재판부도 이런 판단을 유지했다. 100wins@newspim.com 2026-08-15 00:04
사진
美 AI 기업들, 사용료 파격 인하 [서울=뉴스핌] 최원진 기자= 오픈AI, 앤스로픽 등 미국의 선도적 인공지능(AI) 기업들이 가격 경쟁력을 앞세운 중국산 AI 모델의 추격을 저지하기 위해 잇따라 대규모 가격 인하에 나섰다. 파이낸셜타임스(FT)는 14일(현지시간)  데이터 분석 업체 실리콘 데이터(Silicon Data)의 토큰 가격 지수를 인용해, 7월 중순 이후 미국 주요 AI 기업들이 고객에게 부과하는 모델 이용 가격이 25% 가까이 급락했다고 보도했다. 이 같은 '가격 전쟁'은 문샷, 딥시크 등 중국 AI 개발사들이 저렴하고 성능이 뛰어난 모델을 앞세워 실리콘밸리부터 유럽에 이르기까지 시장 점유율을 빠르게 확대하는 가운데 발생했다. 클로드 페이블 로고 [사진=블룸버그] 최근 오픈AI는 자사 모델 중 "가장 빠르고 경제적인" 'GPT-5.6 루나(Luna)'의 이용 가격을 80% 전격 인하했다. 입력 토큰당 가격은 100만 개당 1달러에서 0.20달러로, 출력 토큰은 6달러에서 1.20달러로 크게 낮췄다. 앤스로픽 역시 최상위 모델인 '페이블(Fable) 5'의 절반 가격에 이용할 수 있는 '클로드 오퍼스(Opus) 5'를 출시했다. 입력 100만 토큰당 5달러, 출력 25달러 수준이다. 앤스로픽은 당초 오는 9월 예정됐던 '소넷 (Sonnet) 5' 모델의 가격 인상 계획도 철회했다. 미국 빅테크의 이 같은 행보는 최고 성능 중심의 독점형(proprietary) AI 경쟁에서 '가격 대 성능비' 중심의 시장 방어로 전략이 수정되고 있음을 보여준다. 특히 오픈AI와 앤스로픽이 기업 고객의 요금제를 기존 '정액제'에서 실제 컴퓨팅 자원 소비량에 따라 부과하는 '사용량 기반 요금제'로 전환하면서 기업들의 AI 비용 부담이 급증한 점이 원인이 됐다. 이에 도어대시, 에어비앤비 등 주요 기업들은 AI 지출 한도를 설정하거나, 비용 절감을 위해 오픈소스로 공개된 중국산 AI 모델을 적극 도입하기 시작했다. 중국산 오픈 모델들은 자유롭게 다운로드해 수정할 수 있어 비용 효율성이 높다. 시장에서는 조 단위 달러 가치로 기업공개(IPO)를 준비 중인 미국 AI 기업들이 천문학적인 투자 비용 대비 수익성을 증명해야 하는 상황에서, 고객 이탈을 막기 위해 수익성 악화를 감수하고 가격을 내린 것으로 보고 있다. 웹 호스팅 제공업체 호스팅어(Hostinger)의 만타스 루카우스카스 AI 기술 책임자는 "미국 AI 기업들이 최상위 프리미엄 모델의 가격은 유지한 채, 허리가 되는 중급 모델의 가격을 낮춰 시장을 방어하고 있다"며 이번 가격 변동은 미 빅테크들이 자사의 가장 선도적인 모델 가격을 지켜낼 수 있는지 시험하는 "첫 번째 진짜 시험대"라고 분석했다. wonjc6@newspim.com 2026-08-14 14:27
기사 번역
결과물 출력을 준비하고 있어요.
종목 추적기

S&P 500 기업 중 기사 내용이 영향을 줄 종목 추적

결과물 출력을 준비하고 있어요.

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.
안다쇼핑
Top으로 이동