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[김정호의 4차혁명 오딧세이] 설명 불가능한 인공지능 작동 원리의 비밀

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인공지능은 암호 숫자 모음

인공지능의 알고리즘 중에서 최근 가장 많이 사용하는 알고리즘이 딥러닝(DNN, Deep Neural Network)이라고 한다. 인간의 뇌 신경망을 모방해서 수학적 모델을 세우고 컴퓨터 코딩으로 구현한다.

 김정호 카이스트 교수

이 딥러닝 신경망은 여러 개의 층(Layer)으로 이루어져 있는데, 그 층 숫자가 증가할수록 성능과 정확성이 높아진다. 그래서 "깊다"라는 의미를 가진 '딥'(Deep)이라는 표현이 나온다. 다른 말로 딥러닝을 심층학습(深層學習)이라고 부르기도 한다. 다량의 데이터나 복잡한 자료들 속에서 핵심적인 내용 또는 기능을 추출해내는 기계학습(Machine Learning) 알고리즘의 일종이다.

기계학습은 큰 틀에서 사람의 사고방식을 컴퓨터에게 가르치는 분야라고 이야기할 수 있다. 이 딥러닝이 성공할 수 있었던 배경에는 컴퓨터와 반도체의 성능향상과 인터넷에 널린 빅데이터의 도움이 결정적이다.

2012년 스탠포드 대학의 앤드류 응 교수와 구글이 함께 한 딥 러닝 프로젝트에서는 1만6000개의 컴퓨터 프로세서와 10억 개 이상의 신경망과 딥러닝을 이용하여 유튜브에 업로드 되어 있는 천만 개 넘는 비디오 중 고양이 인식에 성공하였다.

이 딥러닝에는 입력층(Input layer)과 출력층(Output layer) 사이에 여러 개의 은닉층(Hidden layer)들로 이루어져 있다. 이 딥러닝은 복잡한 비선형 관계(Non-linear relationship)들을 모델링할 수 있다.

뇌의 동작은 비선형적이기 때문이다. 이 딥러닝 알고리즘에는 각 층에 설치된 수천 혹은 수천 만개의 신경세포(Node)가 서로 연결망의 선으로 연결되어 있다. 그리고 이 연결망을 통해서 각 층을 지나면서 출력이 전달될 때, 가중치(w, weight)가 곱해진다. 이때 각 신경세포(Node)에서 입력 값이 합해지게 되는데, 그 합이 일정 값이 넘으면 다음 단계로 출력으로 전달된다. 그래서 딥러닝 신경망에는 수많은 변수(Parameters)가 존재한다. 이러한 변수들은 인공지능이 빅데이터를 이용해 학습하면서 정해간다. 다름 아니라 이 변수들을 정해가는 과정을 학습이라고 한다.

이 학습과정에서 최종 출력 값인 결과와 미리 정해진 정답과 비교하면서 변수를 학습해 간다. 예를 들어 인공지능이 사진을 판독한다면, 입력이 사진이고 최종 출력이 판독이다. 사진을 넣어 주면서 결과를 뽑아 호랑이인지 고양이 인지 판정하게 되는데, 이 과정을 전진방향 전파 학습(Forward Propagation) 이라고 한다. 이 결과에 오차가 생겼을 때, 그 결과의 차이를 보고, 다시 꺼꾸로 변수를 정해가는 과정을 역방향 전파 학습(Back Propagation) 이라고 한다. 이처럼 결과 오류의 차이를 이용해 변수를 정해서 전해간다. 이렇게 답을 알려주면서 학습하는 방법을 지도학습(Supervised Learning) 이라 한다.

이렇게 인공지능에서 학습을 통해서 정해진 변수 값들을 행렬이나 테이블로 쭉 나열해 볼 수 있다. 그런데 놀랍게도 그 숫자들의 의미를 전혀 찾을 수가 없다. 인간에게 단순한 숫자의 나열에 불과하다. 그 숫자의 의미를 찾아 보려고 노력하지만 그 의미를 찾을 수 없다. 그래서 필자는 "설명 가능한 인공지능은 없다"고 말한다.

인공지능 신경망 딥러닝의 구조. 입력층(Input layer), 내부층(Hidden Layer), 그리고 출력층(Output layer)으로 연결망이 이루어져있다. [출처: KAIST]
인공지능 딥러닝 알고리즘에서 전진학습 과정(Forward Propagation)과 가중치 변수(w)들, [출처: KAIST]


인공지능 작동원리, 아직은 설명 가능하지 않아 

미국 국방성 고급 연구기관인 DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)는 방위 고등 연구 계획국의 약자이며, 미국 국방성의 연구, 개발 부문을 담당하고 있다. 인터넷의 원형을 개발한 것으로 잘 알려져 있다. 이 DARPA에서 인공지능을 이해하고 설명해 보려는 프로젝트를 진행하고 있다.

인공지능이 인간을 대신해서 전쟁을 수행하고 공격한다면 인간에게 매우 위협적이다. 핵 무기보다 무섭다. 잘못하면 인류의 종말이 가까이 올 수 있다. 그래서 국방 무기에 인공지능을 적용할 때 많은 우려를 갖는다. 이러한 배경으로 미국 국방부에서는 인공지능을 충분히 신뢰하기 위해서는 인공지능 내부와 결정과정을 이해하고 설명할 수 있어야 한다고 보는 것이다. 그런데 필자는 성공할 수 없는 프로젝트라고 본다.

인공지능은 수많은 데이터로 학습한 이후, 호랑이와 고양이 사진을 구별할 수 있다. 그런데 왜 그런지 인공지능 내부를 설명할 수 없다. 그리고 미래 인공지능은 쌍둥이도 구별하고, 같은 사람이 나이 들어도 알 수 있다. 가족도 찾아 낸다. 화장하더라도 같은 사람을 찾아 낼 수 있다.

이러한 구분은 '인간 아기'가 2~3세만 되어도 호랑이와 고양이 사진을 구별해내는 것과 유사하다. 방향이 돌려지고, 조명이 바뀌어도 찾아 낸다. 그런데 아기가 설명할 수는 없다. 설명할 수 없는 직관으로 찾아 낸다. 그래서 인공지능 내부는 직관이자 블랙박스이다.

인공지능 강화학습(Reinforcement Learning)을 통해서 얻어진 숫자 4x6 행렬(Q 값), [출처: KAIST]


인공지능, 신의 언어일까? 외계인의 언어일까?

인공지능에서 충분한 데이터로 학습하면 내부는 모르지만 입력을 하면 정답이 나오고 최적 값이, 그리고 판정이 나온다. 그래서 필자는 ‘인공지능이 신의 언어 혹은 외계인 언어’일수도 있다고 본다.

당분간 이해하거나 설명하려는 인간의 노력은 무의미하다. 어쩌다 반도체와 컴퓨터가 성능이 발전하고, 데이터가 많아 지면서 알게 된 비밀일 것 같다. 인공지능은 인간과 외계인과의 대화 물꼬를 틀지도 모른다.

4차 산업혁명의 동력인 반도체가 양자역학 원리에 의해서 동작한다. 양자 역학도 불확실성에 기반하고 확률을 구하는 물리이다. 기존 인간의 확정적 경험 세계로는 절대 설명할 수 없다. 그냥 받아 들여야 한다.

양자적 불연속 에너지 현상, 존재의 불확실성, 배타성 (Exclusion Principle) 등은 인간의 실 생활에서 찾아 볼 수 없다. 원자 세계에서만 나타나는 현상이다. 그래서 양자역학과 인공지능 모두 미지의 세계이고 상상의 세계이다. 4차 산업혁명 개념과 실제도 그래서 어렵다. 그 물결을 받아 들이고 파도를 타야 한다.

외계인의 이미지. [출처: 허핑턴포스트코리아 ]

 

joungho@kaist.ac.kr  


[김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수] 

 

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'100조 영업익' 역사 새롭게 쓴 삼성전자의 비밀은? [서울=뉴스핌] 서영욱 기자 = 삼성전자가 분기 영업이익 100조원을 돌파한 배경에는 메모리 반도체의 폭발적인 수익성 개선이 자리 잡고 있다. 고대역폭메모리(HBM)에 이어 범용 D램과 낸드플래시까지 가격이 급등하면서 메모리 전반이 이례적인 초고마진 구간에 진입했다. 특히 범용 D램의 수익성이 HBM을 추월하는 이례적인 현상까지 나타났다. 내년에는 HBM 가격도 큰 폭으로 오를 것으로 전망되면서 반도체 호황이 장기화할 가능성에 무게가 실리고 있다. 8일 반도체업계에 따르면 삼성전자는 이날 3분기 연결기준 매출 195조원, 영업이익 107조4000억원의 잠정 실적을 발표했다. 매출은 전년 동기 대비 126.59%, 영업이익은 782.50% 증가했다. 전분기와 비교해도 각각 13.70%, 20.01% 늘었다. 이날 사업부문별 실적을 발표하지는 않았으나 증권가에서는 반도체 부문에서만 110조원의 영업이익을 달성한 것으로 보고 있다. [사진=삼성전자] ◆D램 이익률 83%·낸드 71%…메모리 초고마진 시대실적 개선을 주도한 것은 메모리 반도체다. 증권가에서는 삼성전자 D램의 3분기 영업이익률이 83%, 낸드는 71%에 달했을 것으로 추정하고 있다. 이 같은 수익성의 배경에는 범용 메모리 가격 급등이 있다. AI 데이터센터 투자가 확대되면서 HBM뿐 아니라 서버용 D램과 기업용 솔리드스테이트드라이브(SSD) 수요가 동반 증가했다. 반면 메모리 업체들이 생산능력을 단기간에 확대하기 어려워지면서 공급 부족이 심화했고, 가격 결정권은 공급업체 쪽으로 기울었다. 시장조사업체 트렌드포스에 따르면 범용 D램 계약가격은 올해 1분기 전분기 대비 93~98%, 2분기에도 58~63% 상승할 것으로 전망됐다. 상반기에만 가격 수준이 크게 높아진 데 이어 하반기에도 추가 상승세가 이어지면서 메모리 업체들의 수익성을 끌어올리고 있다. ◆HBM보다 돈 되는 범용 D램…수익성 역전특히 눈에 띄는 변화는 범용 D램과 HBM의 수익성 역전이다. 트렌드포스는 지난 6월 발표한 보고서에서 올해 1분기 서버용 DDR5 64GB RDIMM의 웨이퍼당 매출과 수익성이 HBM을 넘어섰다고 분석했다. HBM은 여러 개의 D램 칩을 수직으로 쌓아 만드는 고부가가치 제품이다. 일반 D램보다 제조공정이 복잡하고 같은 용량을 생산하는 데 더 많은 웨이퍼가 필요하지만, 높은 판매가격을 바탕으로 수익성이 우수한 제품으로 평가받아 왔다. 그러나 지난해 체결한 연간 공급계약이 올해 HBM 가격에 영향을 미치는 동안 범용 D램은 급등한 시황을 상대적으로 빠르게 반영했다. 가격 상승 속도의 차이가 일부 서버용 D램의 수익성을 HBM보다 높이는 결과로 이어진 것이다. 낸드 역시 AI 데이터센터를 중심으로 고수익 제품의 수요가 확대되고 있다. 대규모언어모델(LLM)의 학습뿐 아니라 AI 추론과 실시간 데이터 처리에 필요한 기업용 SSD 구매가 늘면서 가격 상승을 이끌고 있다. 트렌드포스는 올해 기업용 SSD의 비트 수요가 전년 대비 80% 이상 증가할 것으로 예상했다. 4분기 낸드 전체 계약가격은 전분기 대비 15~20%, 기업용 SSD는 23~28% 상승할 것으로 전망했다. 다만 스마트폰과 소비자용 저장장치 수요는 상대적으로 부진해 제품별 가격 상승 폭에는 차이가 나타나고 있다. 삼성전자 HBM4E [사진=삼성전자] ◆내년 HBM 가격 121% 급등 전망…고수익 이어지나범용 메모리의 수익성 상승은 내년 HBM 가격에도 영향을 미칠 전망이다. 생산업체 입장에서는 같은 웨이퍼를 투입했을 때 범용 D램의 수익성이 더 높아진 만큼 HBM을 공급할 때도 그에 상응하는 가격을 확보해야 할 필요성이 커졌기 때문이다. 트렌드포스는 지난달 29일 발표한 보고서에서 내년 HBM 평균판매가격(ASP)이 올해보다 121% 상승할 것으로 내다봤다. 기존 제품의 계약가격 인상뿐 아니라 고가 제품인 HBM4의 공급 비중 확대와 내년 하반기 HBM4E 양산 증가 등을 반영한 전망이다. 이는 동일한 규격의 HBM 가격이 일률적으로 두 배 이상 오른다는 의미는 아니다. 다만 차세대 제품 전환과 공급 부족이 맞물리면서 HBM 시장 전체의 가격 수준이 크게 높아질 수 있다는 분석이다. 실제 메모리 업체들도 내년 HBM 가격 인상을 예고하고 있다. 산제이 메로트라 마이크론 최고경영자(CEO)는 지난달 30일 실적발표 콘퍼런스콜에서 2027년 HBM 공급물량의 상당 부분이 이미 판매계약을 통해 확보됐으며, 계약가격도 2026년보다 훨씬 높다고 밝혔다. 그는 이러한 가격 상승이 HBM과 비HBM 메모리 간 수익성 격차를 줄이는 데 기여할 것이라고 설명했다. 반도체업계 관계자는 "HBM과 범용 D램은 생산능력을 공유하는 만큼 어느 한쪽의 생산을 늘리면 다른 쪽의 공급이 제한될 수밖에 없는 구조"라며 "HBM은 적층 공정과 수율 확보에도 시간이 필요해 단기간에 공급을 확대하기 어렵다"고 설명했다. 이어 "올해는 범용 D램과 낸드의 가격 급등이 수익성을 끌어올렸다면 내년에는 HBM 가격 인상 효과까지 더해질 가능성이 있다"며 "다만 범용 메모리 가격 상승세가 둔화하고 있고 HBM4의 생산원가와 수율도 변수인 만큼 높은 수익성을 얼마나 유지하느냐가 관건"이라고 말했다. syu@newspim.com 2026-10-08 10:46
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히든스테이지 대상에 '심각한 개구리' 수상 [서울=뉴스핌] 이지은 기자 = 종합뉴스통신사 뉴스핌과 감엔터테인먼트가 주최하고, 문화체육관광부·한국콘텐츠진흥원이 후원하는 제4회 싱어송라이터 경연 대회 '히든스테이지'가 다수의 실력 있는 싱어송라이터를 발굴하며 막을 내렸다. 7일 서울 동대문구에 위치한 KOCCA콘텐츠문화광장 내 스테이지66에서는 제4회 '히든 스테이지'가 개최됐다. 이번 결선에는 김은찬밴드, 박희수, 신직선, 심각한개구리, 오아(OHAH), 윤준, 윤태경, 채수빈, 채비(Che!vee), 혼즈(Hon'z)까지 총 10팀이 이름을 올렸다. [서울=뉴스핌] 김현우 기자 = 유근석 뉴스핌대표가 7일 오후 서울 동대문구 KOCCA콘텐츠문화광장 스테이지66에서 열린 제4회 싱어송라이터 경연대회 '히든스테이지(HIDDEN STAGE)'에서 결선에서 최우수상을 수상한 참가번호 8번 심각한개구리와 기념촬영을 하고 있다. '히든스테이지'는 종합뉴스통신사 뉴스핌과 감엔터테인먼트가 주최, 주관하고, 문화체육관광부·한국콘텐츠진흥원이 후원한다. 2026.10.07 khwphoto@newspim.com 결선 무대에서 참가자 심각한 개구리는 '불을 밝혀라'를 선곡했다. 해당 곡은 비참한 세상 속에서도 서로를 일으켜주며 다시 살아가는 사람들의 노래로, 우리 마음속에 꺼져가는 불을 다시 밝히자는 내용이 담겼다. 무대에 오른 심각한 개구리는 안정적인 중저음을 자랑하며 경쾌한 분위기의 곡을 활기차게 이끌었다. 심사위원을 맡은 배순탁 대중음악평론가는 심각한 개구리의 무대에 대해 "제일 마음에 들었던 점은, 곡 주제의 독창성"이라고 밝혔다. 이어 "대혐오의 시대에 대해 희망을 놓지 말자, 선의가 흐르고 있다는 걸 노래했다는 게 가장 마음에 들었다. 인상 깊게 잘 들었다"고 호평했다. 정민재 심사위원은 "영상 심사 때부터 인상 깊게 들었다. 초반에는 긴장했던 것 같다. 후반으로 갈수록 잘 풀려서 자신만의 페이스로 잘 꾸민 것 같다. 음악적으로 매력적이라고 느꼈고, 본인의 메시지와 소리를 잘 가지고 있는 싱어송라이터라고 생각한다"고 덧붙였다. 예선부터 본선, 그리고 결선 무대까지 모두 끝낸 후 만난 심각한 개구리는 후련한 표정을 지으며 대상 소감을 전했다. [서울=뉴스핌] 김현우 기자 = 7일 오후 서울 동대문구 KOCCA콘텐츠문화광장 스테이지66에서 열린 제4회 싱어송라이터 경연대회 '히든스테이지(HIDDEN STAGE)'에서 결선에서 참가번호 8번 심각한개구리가 경연을 펼치고 있다. '히든스테이지'는 종합뉴스통신사 뉴스핌과 감엔터테인먼트가 주최·주관하고, 종합뉴스통신사 뉴스핌과 감엔터테인먼트가 주최하고, 문화체육관광부·한국콘텐츠진흥원이 후원한다. 2026.10.07 khwphoto@newspim.com "일단 오디션이 끝나서 너무 후련합니다. 예선과 본선, 결선까지 세 차례나 진행이 됐기 때문에 긴장감이 유지되는 경연대회였어요. 일단 후련하다는 마음이 가장 크고, 대상을 받아서 너무 행복해요. 하하." 심각한 개구리는 결선 무대에서 다소 긴장한 모습을 보였지만, 심사위원의 호평을 받으며 대상과 상금 500만원을 품에 안았다. "수상은 사실 어느 정도 예상은 했어요(웃음). 심사위원들께서 너무 좋은 평가를 해주셨거든요. 그래서 기대를 해봐도 되겠다 싶더라고요. 또 이번 노래가 '히든 스테이지'의 취지에 맞는 음악이라고 생각했어요. 평소에는 마냥 긍정적인 음악을 만들었는데, 이 노래는 세상에 대한 불만을 포함한 노래였거든요. 그래서 이 곡으로 결선에 나가면 결과가 좋지 않을까 생각했는데, 대상을 받아서 너무 행복해요." 활동명 '심각한 개구리'에는 '심각한'이라는 말이 붙지만, '고민 끝에 행복을 노래하는 싱어송라이터'라는 의미가 있다. 그동안 행복하고 긍정적인 노래만 해온 심각한 개구리는 처음으로 세상에 대한 불만을 노래했다. "사실 밝은 음악만 했던 이유가, 부정적인 이야기를 하면 결과가 좋지 않을 거라는 생각 때문이었어요. 그런데 이번에 '불을 밝혀라'로 결선 무대에 나왔고, 심사위원들의 평가를 들으니까 속 깊은 어려운 이야기에도 진심을 담았을 때 결과가 좋을 수 있다는 걸 깨달았습니다. 앞으로 이런 어렵고 어두운 이야기도 용기 있게 펼칠 수 있을 것 같습니다." [서울=뉴스핌] 김현우 기자 = 7일 오후 서울 동대문구 KOCCA콘텐츠문화광장 스테이지66에서 열린 제4회 싱어송라이터 경연대회 '히든스테이지(HIDDEN STAGE)'에서 결선에서 참가번호 8번 심각한개구리가 경연을 펼치고 있다. '히든스테이지'는 종합뉴스통신사 뉴스핌과 감엔터테인먼트가 주최·주관하고, 종합뉴스통신사 뉴스핌과 감엔터테인먼트가 주최하고, 문화체육관광부·한국콘텐츠진흥원이 후원한다. 2026.10.07 khwphoto@newspim.com 심각한 개구리는 싱어송라이터로 활동한지 10년이 됐다. 올해로 10년차에 접어든 그는, 이번 수상의 기쁨을 가족에게 돌리고 싶다며 환한 웃음을 지었다. "어머니는 가수로 활동을 하셨고, 아버지는 시인이세요. 그동안 오디션에 나가서 1등을 못했었거든요. 올해 목표가 1등이었는데, 이번 수상 소식을 부모님에게 먼저 전하고 싶어요. 저도 언론매체 뉴스핌에서 진행한 오디션에서 1등을 했다고 당당하게 전하고 싶어요. 부모님이 그동안 제 곡을 듣고 나서 부족한 점을 말해주셨는데, '불을 밝혀라'를 듣고 나서는 저만의 개성이 생긴 것 같다는 말을 해주셨거든요. 그래서 더 확신을 갖고 결선 곡으로 정했는데, 결과까지 완벽한 것 같아요." 제4회 '히든 스테이지' 대상이 주인공이 된 심각한 개구리는 앞으로의 음악 활동 계획에 대해 "상금을 단독 공연을 하는데 쓰고 싶다"고 밝혔다. [서울=뉴스핌] 김규빈 기자 = 참가자 심각한 개구리가 7일 오후 서울 동대문구 KOCCA콘텐츠문화광장 스테이지66에서 열린 제4회 뉴스핌 싱어송라이터 경연대회 '히든스테이지' 결선에서 무대를 펼치고 있다. '히든스테이지'는 종합뉴스통신사 뉴스핌과 감엔터테인먼트가 주최·주관하고, 문화체육관광부·한국콘텐츠진흥원이 후원한다. 2026.10.07 "결선 때 부른 '불을 밝혀라'가 포함된 미니앨범이 10월 14일에 나와요. 앨범명이 '추락한 개구리'인데, 꿈과 희망을 갖고 세상을 비행했던 개구리가 세상의 풍파를 맞고 추락한 내용을 담았어요. 세상의 아픔과 외로움을 노래하려고 해요. 기존에 들었던 음악과 달리 진지하고 조용하고, 어쩌면 심각한 앨범인데 많이 들어주셨으면 좋겠어요. 그리고 이번에 받은 상금으로 단독 공연을 해보려고 해요. 공연을 할지 말지 고민했는데, 이렇게 된 거, 한 번 추진해 보겠습니다!" 제4회 '히든 스테이지' 심사는 배순탁, 김도헌, 정민재 대중음악평론가가 맡았다. 심사는 음악적 완성도와 가사 표현력 및 메시지, 가창력과 무대 표현력을 중점으로 진행됐다. 그 결과, 문화체육관광부 장관상인 대상(500만원)은 심각한 개구리가 수상했다. 이어 한국콘텐츠진흥원장상 최우수상(300만원)은 윤태경, 우수상(200만원)은 김은찬 밴드, 루키상(200만원)은 신직선에게 돌아갔다. alice09@newspim.com 2026-10-07 17:15
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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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