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
'내란 가담' 이상민 2심 징역 15년 구형 [서울=뉴스핌] 홍석희 기자 = 조은석 특별검사팀이 22일 12·3 비상계엄 당시 특정 언론사 단전·단수를 지시한 혐의를 받는 이상민 전 행정안전부 장관의 항소심에서도 징역 15년을 구형했다. 서울고법 형사1부(재판장 윤성식)는 이날 오후 이 전 장관의 내란 중요임무 종사 등 혐의 항소심 결심 공판을 진행했다. 조은석 특별검사팀이 22일 12·3 비상계엄 당시 특정 언론사 단전·단수를 지시한 혐의를 받는 이상민 전 행정안전부 장관의 항소심에서도 징역 15년을 구형했다. 이상민 전 행정안전부 장관. [사진=뉴스핌 DB] 특검은 "피고인은 특정 언론사의 기능을 완전히 마비시킴으로써 계엄에 비판적인 언론을 봉쇄해 위헌적 계엄에 우호적인 여론을 형성하려 했다"며 이 전 장관에게 징역 15년을 선고해 달라고 재판부에 요청했다. 또한 "본 사건은 대한민국이 수립한 민주주의에 대한 테러"라며 "미완성 이라는 이유와 사상자가 발생하지 않았다는 점은 이 사건의 양형 고려 사항이 아니다"라고 강조했다. 이 전 장관은 계엄법상 주무부처 장관임에도 윤 전 대통령의 위헌·위법적 계엄 선포를 방조하고, 특정 언론사 단전·단수 지시를 전달하는 등 내란에 순차적으로 공모한 혐의로 1심에서 징역 7년을 선고받았다. 특검은 1심 결심에서 징역 15년을 구형한 바 있다. 1심 재판부는 언론사 단전·단수 지시 혐의에 대해 "피고인이 법조인으로서 장기간 근무했고 비상계엄의 의미와 그 요건을 잘 알 수 있는 지위에 있었던 점과 피고인이 언론사 단전·단수에 대한 협조 지시를 하기 직전 경찰청장과의 통화를 통해 국회 상황에 대해 인식하고 있었던 점을 종합해볼 때, 피고인에게 내란 중요임무 종사의 고의 및 국헌문란의 목적이 있었다"며 유죄로 판단했다. hong90@newspim.com 2026-04-22 14:57
사진
엔비디아, 'AI 에이전트 전환' 선언 [서울=뉴스핌] 김아영 기자 = 엔비디아가 인공지능(AI)의 역할을 단순 응답 모델에서 스스로 판단하고 실행하는 시스템과 에이전트로 재정의하며 글로벌 AI 패러다임 전환을 선언했다. 특히 한국 시장 특화 데이터셋을 전격 공개하고 차세대 고성능 모델의 출시 임박을 알리는 등 가속 컴퓨팅 효율성을 지능으로 변환하는 기술 생태계 확장에 속도를 낼 방침이다. ◆"효율성이 곧 지능"…모델 넘어선 에이전트 시대 [서울=뉴스핌] 김아영 기자 = 브라이언 카탄자로 엔비디아 응용 딥러닝 연구 부문 부사장은 21일 서울 마포구에서 열린 '엔비디아 네모트론 디벨로퍼 데이즈 서울 2026'에서 오프닝 기조연설을 하고 있다. 2026.04.21 aykim@newspim.com 브라이언 카탄자로 엔비디아 응용 딥러닝 연구 부문 부사장은 21일 서울 마포구에서 열린 '엔비디아 네모트론 디벨로퍼 데이즈 서울 2026' 오프닝 기조연설을 통해 AI가 더 이상 단순한 모델이 아닌 시스템의 영역으로 진화했음을 분명히 했다. 카탄자로 부사장은 "AI는 이제 대화를 나누는 챗 모델을 넘어 단계별로 사고하는 추론 단계를 지나 에이전트 단계에 진입했다"며 "에이전트는 단순히 똑똑한 모델을 넘어 기억을 보유하고 다양한 파일과 도구에 접근해 사용자의 잠재력과 생산성을 극대화하는 존재"라고 정의했다. 그는 엔비디아가 네모트론(Nemotron) 프로젝트에 대규모 투자를 단행하는 근본적인 이유로 효율성을 꼽았다. 네모트론은 엔비디아가 개발해 오픈 소스로 공개한 차세대 AI 모델 제품군이다. 기업이나 개발자가 목적에 맞는 고성능 AI 에이전트를 구축할 수 있도록 모델, 데이터셋, 연구 기술을 통합 제공하는 오픈형 AI 플랫폼이다. 카탄자로 부사장은 "지능에 대한 수요는 본질적으로 무한하지만 이를 뒷받침할 연산 자원은 한정돼 있다"며 "연산이 곧 지능인 시대에 인프라에서 더 많은 효율을 얻어낼수록 더 높은 수준의 지능을 가질 수 있고, 이것이 모델을 시스템으로 구축해야 하는 이유"라고 강조했다. 효율성을 극대화하는 것이 곧 AI의 지능을 높이는 유일한 길이라는 분석이다. ◆블랙웰 실측 성능 공개…"젠슨 황 약속보다 2배 빨라" 이날 기조연설에서는 엔비디아의 차세대 그래픽처리장치(GPU) 블랙웰(Blackwell)의 성능 실측치와 모델 구축 과정의 핵심 기술도 처음으로 공개됐다. 카탄자로 부사장은 하드웨어와 소프트웨어의 공동 설계가 가져온 파급력을 설명하며 블랙웰의 압도적인 성능을 강조했다. 그는 "젠슨 황 최고경영자(CEO)는 지난 GTC에서 블랙웰이 전문가 혼합 모델 추론 시 기존 호퍼 대비 30배 빠를 것이라고 약속했지만 최근 실제 측정 결과 55배나 빠른 것으로 나타났다"고 밝혔다. 이는 당초 공언했던 수치보다 약 2배 가까이 높은 성능 향상을 이뤄낸 것으로, 엔비디아가 하드웨어 설계 단계부터 AI 아키텍처의 요구사항을 완벽히 이해하고 반영했기에 가능했다는 설명이다. 특히 엔비디아는 극단적인 연산 효율을 위해 수치 설계의 한계에 도전하고 있다. 카탄자로 부사장은 "현재 사후 학습 중인 네모트론 3 울트라와 슈퍼 모델은 4비트 수준의 산술을 기반으로 사전 학습을 완료했다"며 "이렇게 작은 수치만으로 세계적 수준의 모델을 구축하는 것은 기술적 난도가 높지만, 결과적으로 정확도를 유지하면서도 에너지 소비를 최소화하고 AI 가속 능력을 극대화하는 데 성공했다"고 밝혔다. ◆네모트론 울트라·옴니 출시 임박… 중소형 모델의 반란 모델 라인업의 확장 계획과 성과에 대한 구체적인 수치도 제시됐다. 엔비디아는 현재 사후 학습 단계에 있는 대형 모델 네모트론 3 울트라와 이미지, 오디오, 비디오를 동시에 처리하는 멀티모달 모델 V3 옴니 출시가 임박했음을 알렸다. [서울=뉴스핌] 김아영 기자 = 브라이언 카탄자로 엔비디아 응용 딥러닝 연구 부문 부사장은 21일 서울 마포구에서 열린 '엔비디아 네모트론 디벨로퍼 데이즈 서울 2026'에서 오프닝 기조연설을 하고 있다. 2026.04.21 소형 모델의 효율성 측면에서는 이례적인 성과를 기록했다. 300억 개의 파라미터를 가진 네모트론 3 나노 모델이 6710억 개의 파라미터를 보유한 타사의 거대 모델과 대등한 수준인 '2025 국제수학올림피아드(IMO)' 금메달급 성적을 거둔 것으로 전해졌다. 카탄자로 부사장은 "20배 이상 큰 모델과 대등한 정확도를 냈다는 사실은 엔비디아의 사후 학습 기술의 우수성을 입증하는 사례"라고 설명했다. ◆한국형 데이터셋 '네모트론 페르소나' 전격 공개 엔비디아는 한국 개발자 생태계를 지원하기 위한 로컬 전략으로 '네모트론 페르소나 코리아' 데이터셋(자료 집합체)을 전격 공개했다. 이는 대한민국의 인구 조사 데이터와 언어, 문화적 통계를 정교하게 반영한 700만 개의 완전 합성 페르소나로 구성된 데이터셋이다. 이 데이터셋의 가장 큰 특징은 개인 식별 정보를 완전히 배제한 프라이버시 보호 설계다. 카탄자로 부사장은 "한국 개발자들이 한국인에게 실제적으로 유용한 모델을 구축하는 데 기여하기 위해 허용적인 라이선스로 이를 배포한다"며 "AI가 모든 상황에 적용되는 단일한 해답이 될 수 없고, 각 조직은 고유의 기밀과 전문성을 유지하면서 AI를 맞춤화할 수 있어야 한다는 것이 엔비디아의 판단"이라고 말했다. 그는 기조연설을 마무리하며 "네모트론은 모델을 넘어 데이터셋, 연구 기술, 소프트웨어를 모두 아우르는 엔비디아 전략의 핵심"이라며 "우리는 생태계가 강력하고 다양해질 수 있도록 오픈 기술을 지속적으로 공유해 전 세계 개발자들이 새로운 발명을 이어가도록 지원할 것"이라고 밝혔다. 한편, 이번 행사는 엔비디아 본사 리서치 팀이 직접 참여한 가운데 오는 22일까지 이틀간 진행된다. aykim@newspim.com 2026-04-21 14:16
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