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[김정호의 4차혁명 오딧세이] 인공지능에도 오만과 편견 있다

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샤논의 법칙과 5G 필터

디지털 무선 통신과 관련한 대표적인 법칙으로 1948년 발표된 샤논의 법칙(Shannon`s Theorem)이 있다. 이 법칙에 나오는 무선 통신 채널에서 채널 용량(Channel Capacity)은 디지털 정보가 에러를 발생시키지 않고 보내질 수 있는 최대의 속도를 말한다.

 김정호 카이스트 교수

이러한 채널 용량은 또한 전송에 쓰이는 매체가 수용할 수 있는 정보의 전송 능력이라고도 할 수 있다. 이 샤논의 법칙에 의하면 채널을 통해 보내지는 데이터의 양(C, Capacity)은 그 채널의 대역폭(B, Bandwidth)에 비례한다.

이 샤논의 법칙은 다음과 같은 수식으로도 표현된다.


C = W log₂(1 + S/N)

C: 주어진 채널을 통해 신뢰성 있게 전달할 수 있는 최대 용량 (데이터 전송 용량)

W : 가용 대역폭 (주파수)

S : 수신 신호 전력, N : 잡음 전력

다른 말로 하면, 수신기의 주어진 수신신호 전력과 잡음 환경에서, 디지털 무선통신에서 최대한 데이터 전송 용량을 높이려면 전자파 고주파 대역폭으로 높여 전자파를 이용해야 한다는 뜻으로 해석된다. 즉 4차 산업혁명에서 무선으로 빅데이터를 주고 받아야 하는데 그러려면 점점 더 높은 주파수 대역을(수식에서 W) 을 사용해야 한다. 그래서 5G 통신에서는 4-6GHz 대역 혹은28 GHz 대역에서 고주파 전자파를 사용해야 한다. 아마도 미래의 6G 통신에서는 70-100GHz 대역을 사용해야 할 것으로 판단한다.

샤논의 법칙을 수식으로 표현한 강의 슬라이드. [출처: KAIST]


그런데 이러한 무선 통신에서 더욱 더 채널 통신 용량을 높이려면 채널에서 주어진 통신 주파수 대역을 더욱 세분화 해서 쪼개야 한다. 그래야 동시에 수십 명 혹은 수백 명이 같은 공간에 동시에 무선통신을 할 수 있기 때문이다. 그런데 문제는 통신 채널이 인접해 있으면 서로 전자파 간섭을 일으킨다. 그래서 각 채널이 구분이 잘 되어야 한다. 그러려면 인접한 다른 채널 주파수의 전자파를 차단(Filtering)해서 구별(Isolation)하는 기술이 필요하다. 이 고주파 부품을 필터(Filter) 라고 한다.

그래서 무선 송수신기 여러 부분에 필터가 존재한다. 필터의 크기도 충분히 작고, 가격도 작고, 인접 주파수 전자파를 충분히 차단 시키는 능력이 꼭 필요하다. 5G, 6G 통신에서는 더욱 필터의 성능이 중요하게 되었다.

그런데 이렇게 필터를 쓴다는 의미는 기술적으로 가치는 있지만 철학적, 도덕적으로 본다면 남의 이야기를 듣지 않는 태도를 의미한다. 듣고 싶은 이야기만 듣는다는 것이다. 다른 말로 필터를 잘 설계하면 ‘소 귀에 경 읽기’ 시스템이 된다. 무선 디지털 통신 시대에 데이터의 소통은 강화되지만 이웃과의 소통은 차단하는 뜻 밖의 결과를 낳는다. 필터는 ‘편견’을 낳을 수 있다.

 

인공지능 알고리즘에도 '편견' 있다

4차 산업혁명의 핵심인 인공지능에도 ‘필터’ 가 사용된다. 영상 이미지 판독에 주로 사용되는 인공지능인 CNN(Convolution Neural Network)에 필터라는 행렬 곱셈 과정이 진행된다. 인공지능에 사진이 입력되면 1차로 행렬 곱(Convolution)이 진행되면 특징(Feature)을 다음 신경망 층에서 구분하기 시작한다.

예를 들어 신경망 층에서 자동차 사진을 본다면, 처음에는 윤곽을 찾아 내고, 그 다음 층에서는 바퀴, 창문, 범퍼 등의 특징을 찾아 나간다. 한층 씩 전파(Propagation)하면서 추상화(Abstraction) 과정을 거치고 최종적으로는 차 회사 브랜드, 몇 년도 형식, 모델 넘버도 판독해 간다.

여기서 이러한 행렬 곱을 할 때 어떤 필터를 선정할 것인가에서 아직 인간의 선택 요소가 된다. 인간의 개입도 없이 완전한 자동화가 이루어 지기 위해서는 지금보다 더 많은 변수와 계산 작업이 필요하다. 필터의 선택과 같은 인간의 개입 없이 완전 인공지능을 이루려면 지금 보다 컴퓨터의 데이터 처리 속도가 100 배 증가하면서 동시에 전력소모가 100 분의 1 이하로 줄여져야 한다. 그러려면 컴퓨터에 사용되는 프로세서와 메모리의 성능 또한 100 배 향상되고, 100 배 전력 소모가 줄여야 한다.

인공지능에서 필터뿐만 아니라 다양하게 인간의 판단이 개입되고 있다. CNN에서 변수를 줄이고 컴퓨터 부담을 줄이기 위해서 추가로 추출(Pooling) 기법을 쓰기도 한다. 일정 행렬 내에서 최대값만을 취하거나, 또는 평균값 혹은 대표 값을 선택한다.

그러면 행렬 계산 양을 줄인다. 또한 활성화 함수(Activation)도 선택해야 한다. 여기에 더해서 거시적 변수(Hyper Parameter)인 층의 개수, 노드의 개수, 학습 속도, 학습 횟수도 정해야 한다. 이 모든 작업이 완전 인공지능 스스로 판단하기에는 아직 컴퓨터와 메모리 성능이 따라가지 못한다. 따라서 일정 부분 인간의 선택을 빈영해야 한다. 그러면 이러한 선택 과정에서 인간의 의지가 반영된다. 이렇게 되면 결국 인공지능에도 인간에 의한 ‘편견’이 발생한다.

 

CNN을 이용한 인공지능에서 영상 판독을 위해 효율적으로 하기 위해 쓰이고 있는 필터를 사용하는 합성곱(Convolution) 과정. [출처=Medium]

 

영상 판독을 위해 효율적으로 쓰이고 있는 인공지능 알고리즘인 CNN 의 층 구조. [출처=Towards Data Science]


인공지능의 오만과 편견 막아야 

이처럼 5G 통신과 인공지능에 필터가 사용된다. 그러면 효율은 높아지지만 편향된 시각과 판단이 필연적으로 생긴다. 여기에 더해서 인공 지능에는 학습을 위한 ‘빅데이터의 선택’에 의한 편견 문제가 남아 있다. 그 결과 학습을 위한 데이터의 선택에 따라 학습된 인공지능은 편향성을 갖게 되고 이에 따라 이념적, 종교적, 사회적 편견을 갖게 된다. 또는 인공지능은 외모, 국적, 언어, 문화에 따라서 편견을 가질 수 있다. 편견이 쌓이고 자기 확신 단계에 들면 오만이 생긴다. 이후 국가, 사회간 갈등과 전쟁의 씨앗이 될 수 있다.

영국 영화 ‘오만과 편견(Pride and Prejudice)’이 있다. 키라 나이틀리(Kiera Knightley) 가 주연한 멜로 로맨서 영화다. 1813년 출간한 영국의 소설가 제인 오스틴의 장편소설을 영화화했다. 작가는 로맨스를 이끌어나가는 한편 인물들의 위선과 허위의식을 풍자하기도 했다.

기본적인 스토리는 상류계급의 재수 없는 신사와 평범한 집안의 명랑하고 똑똑한 숙녀가, 서로 편견을 거두고 난관을 이겨내며 결혼에 골인한다는 이야기다. 영화 ‘오만과 편견’ 처럼, 4차 산업혁명에서 필연적으로 발생하는 편견의 문제가 ‘해피 엔딩’으로 맞이하기 바란다.

영화 <오만과 편견>의 주연 배우 키이라 나이틀리(오른쪽)와 매튜 맥퍼딘. [출처= Empireonline]

 

joungho@kaist.ac.kr  


[김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수 

 

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美, 3년만에 기준금리 0.25%P 인상 [뉴욕=뉴스핌] 김민정 특파원 = 미국 연방준비제도(Fed)가 16일(현지시간) 3년여 만에 기준금리를 올렸다. 연내 추가 인상 가능성도 함께 열어뒀다.  연준은 이날 이틀간의 연방공개시장위원회(FOMC) 정례회의를 마친 뒤 기준금리 목표 범위를 3.75~4.00%로 0.25%포인트 인상한다고 발표했다. 표결은 12대 0 만장일치였다. 연준이 금리를 올린 것은 지난 2023년 7월 이후 처음이다. FOMC는 성명에서 "오늘의 정책 조치는 위원회의 2% 목표로 더 빠르게 돌아가는 것을 뒷받침할 것"이라고 밝혔다. 금리를 올리지 않으면 물가가 목표치로 내려오는 데 더 오래 걸린다는 뜻이다. 이어 "위원회는 물가 안정을 반드시 달성할 것"이라고 못 박았다. ◆ 워시 "성장은 높고, 문제는 물가"…추가 인상 무게 케빈 워시 연준 의장은 회의 후 기자회견에서 경제 판단부터 정리했다. 그는 "최근 몇 주만 놓고 봐도 광범위하게 정의한 지표들이 경제가 실제로 강해졌음을 말해준다"며 "기저 성장세가 더 높다"고 말했다. 이어 "문제는 물가"라며 "물가 안정은 5년 반 넘게 문제였다"고 지적했다. 최근 지표를 두고는 "6개월 기준으로든 12개월 기준으로든 3%를 넘는 상승률을 기록하는 항목이 여전히 너무 많다"고 말했다. 7월 동결 이후 무엇이 바뀌었느냐는 질문에는 세 가지를 들었다. 경제가 강해졌고, 올여름 물가 흐름이 시험을 통과하지 못했으며, 지정학적 상황에 대한 판단이 달라졌다는 것이다. 워시 의장은 "이 세 가지가 오늘의 확고한 만장일치 결정으로 이어졌다"고 설명했다. 케빈 워시 미 연방준비제도(Fed) 의장.[사진=로이터 뉴스핌] 2026.09.17 mj72284@newspim.com 이날 연준은 추가 인상 여지도 열어뒀다. 워시 의장은 현재 금리가 긴축적이냐는 질문에 "금융 여건을 긴축적이라고 표현하기 어렵다고 말해 왔다"며 "지난 이틀간 회의 테이블에서 들어보니 동료들도 그렇게 표현하기를 어려워했다"고 답했다. 이번 인상에 대해서도 "완화를 한 단위 걷어낸 것"이라고만 규정했다. 연속 인상이 필요한지에 대해서는 답을 거부했다. 시장에 방향을 제시하지 않겠다는 새 방침을 지키겠다는 이유에서다. 그는 "데이터 포인트는 노이즈가 많고, 데이터 포인트 의존은 위험한 집착"이라고 말했다. 물가를 잡기 위해 고용을 희생해야 하느냐는 질문에는 "실업률이 기본적으로 완전고용에 부합하는 수준에서 움직이고 있다"며 "목표를 달성하기 위해 노동시장에 해를 끼쳐야 한다고 생각하지 않는다"고 답했다. 함께 공개된 점도표에서는 위원 16명이 올해 안에 최소 한 차례 추가 인상을 예상했다. 6월에는 올해 두 차례 이상을 점친 위원이 6명에 그쳤다. 연말 기준금리 전망 중간값은 4.1%로 6월의 3.8%에서 올랐다. 2027년 중간값은 추가 인상이 없는 것으로 나타났으나 8명은 현 수준보다 0.25%포인트 더 높은 금리를 선호했다. 워시 의장은 6월에 이어 이번에도 전망을 제출하지 않아 19명 중 18명의 점만 찍혔다. 금리를 올렸는데도 물가가 2%로 돌아가는 시점은 오히려 1년 밀려 2029년으로 제시됐다. 성명이 "더 빠른 복귀"를 말한 것과 어긋난다는 지적에 워시 의장은 "쉽게 정리하자면 그것은 내 전망이 아니다"라며 "동료 18명의 전망이고 나는 그것을 충실히 전달했을 뿐"이라고 답했다. LPL파이낸셜의 제프리 로치 수석이코노미스트는 "이번 경제전망 요약 전반에 매파적 색채가 깔려 있다"고 진단했다. ◆ 트럼프 압박엔 "우리 차선 지킨다" 이번 결정은 도널드 트럼프 미국 대통령의 요구와 정면으로 어긋난다. 트럼프 대통령은 최근 연준이 금리를 내리지 않으면 무역 전쟁을 확대하겠다고 위협했고, 지난 13일에는 미국의 차입 비용이 세계에서 가장 낮아야 한다는 주장을 되풀이했다. 워시 의장은 연준 독립성에 대한 시험이라는 시각을 어떻게 보느냐는 질문에 "대통령과의 대화에 대해서는 드릴 말씀이 없고, 나는 월가 뉴스레터가 아니다"라고 답했다. 이어 "독립성은 양방향 도로"라며 "무역 정책과 재정 정책을 하는 이들도 자기 차선을 지키게 한다. 그래야 우리가 여기 서서 보이는 대로 말할 수 있다"고 말했다. 시장은 기자회견을 거치며 방향을 틀었다. 발표 직후 오름세를 보였던 증시는 하락 전환했고, 연준 정책 기대를 반영하는 2년물 국채 금리는 큰 폭으로 올랐다. 페더레이티드헤르메스의 캐런 마나 채권 전략가는 "긴축 위험의 상당 부분은 이미 가격에 반영돼 있고 더 큰 신호는 연준이 이것으로 충분하다고 보느냐 아니면 더 이어질 것의 시작으로 보느냐"라고 짚었다. mj72284@newspim.com 2026-09-17 04:15
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'수시접수 먹통' 250명 이상 구제 가능할까 [서울=뉴스핌] 송주원 기자 = 최교진 교육부 장관이 2027학년도 대학 수시모집 원서접수 시스템 장애와 관련해 실제 구제 대상 수험생이 250명을 넘어설 것으로 예상한다고 밝혔다. 최 장관은 16일 국회 교육위원회 전체회의에서 강경숙 조국혁신당 의원이 구제 대상 수험생 규모를 묻자 "현재 저희가 파악한 것으로는 한 250명 정도 이상이 될 것으로 생각한다"고 말했다. 최교진 교육부 장관이 12일 서울 여의도 국회에서 열린 교육위원회 제2차 전체회의에서 발언하고 있다. [사진 = 뉴스핌DB] 당초 교육부는 장애가 발생한 시간대에 접속하거나 원서 작성을 진행한 기록 등을 토대로 구제 가능성이 있는 수험생을 최대 1200여 명으로 추산했다. 이후 별도로 구제 신청을 접수한 뒤 수험생별 접속 기록과 원서 작성 이력 등을 확인해 실제 장애로 원서접수를 완료하지 못했는지 심사하고 있다. 이 과정에서 구제 요건에 해당하는 수험생 규모가 당초 추산치보다 크게 줄어든 것으로 보인다. 교육부는 이날부터 특별조사반을 가동해 장애 발생 원인뿐 아니라 원서접수 대행업체의 사전 대비와 사후 대응이 적절했는지까지 점검하기로 했다. 시스템 장애의 원인과 대응 과정 전반을 들여다보기 위한 특별조사에도 들어갔다. 조사 대상에는 장애 발생 경위와 업체의 사전 점검 체계, 장애 발생 이후 조치뿐 아니라 원서접수 시스템의 운영 구조 전반이 포함될 예정이다. 최 장관은 특별조사반 구성에 대해 "전문성이 있는 분들을 전체적으로, 회계 담당까지 포함해서 구성해 철저하게 해보려고 한다"고 설명했다. jane94@newspim.com 2026-09-16 15:04
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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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