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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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김영국 주택토지실장은 누구 [서울=뉴스핌] 최현민 기자 = 40여일간 이어진 공백 끝에 국토교통부 주택정책의 컨트롤타워인 주택토지실장에 김영국 주택공급추진본부장이 전격 발탁되면서 그 배경에 관심이 쏠리고 있다. 이번 인사는 단순한 보직 이동을 넘어 공급 확대에 주력해온 국토부가 향후 시장 관리와 제도 정비 기능까지 강화하며 '시장 안정'에도 무게를 싣겠다는 신호로 해석된다. 주택토지실장은 주택가격 동향 관리부터 청약·임대차 제도, 토지거래허가구역 운영 등 부동산 시장의 핵심 규칙을 설계하는 국토부 내 핵심 요직이다. 지난 3월 30일 이후 한 달 반 가까이 공석 상태가 이어졌던 만큼, 이번 인사를 계기로 시장 안정 대응과 각종 규제·제도 정비 작업에도 속도가 붙을 것이란 전망이 나온다. [AI일러스트 = 최현민기자] ◆ '물량'에서 '관리'로… 40일 공석 깨고 등판한 구원투수 14일 업계에 따르면 최근 신임 주택토지실장에 김영국 주택공급추진본부장이 발탁되면서 국토교통부가 기존 공급 확대 기조를 유지하면서도 시장 관리와 제도 정비 기능 강화에 나선 것 아니냐는 관측이 나온다. 이번 인사는 신도시 개발과 정비사업 등 공급 정책을 총괄하던 수장을 주택 금융과 제도, 시장 관리 정책을 아우르는 핵심 자리로 이동시켰다는 점에서 의미가 크다. 공급 현장에서 쌓은 경험을 바탕으로 실제 시장에서 작동하는 정책 추진력을 높이고, 공급 과정에서 반복적으로 제기돼온 규제와 사업 지연 요인을 해소하려는 의도가 반영됐다는 분석이다. 주택공급추진본부는 기존 공공주택추진단을 실장급 조직으로 격상해 지난해 말 신설된 조직이다. 공공택지 발굴과 3기 신도시 조성, 노후계획도시 정비 등 공급 확대 정책을 실행하며 재개발·재건축과 도심복합사업 등 현 정부의 핵심 공급 과제를 실무에서 담당해왔다. 반면 주택토지실은 주택·토지·주거복지 정책을 총괄하며 임대차 제도와 토지거래허가제, 공시가격, 부동산 소비자 보호 등 시장 전반의 제도와 질서를 관리하는 조직이다. 업계에서는 공급 현장 경험이 풍부한 실무형 인사를 정책 총괄 자리에 배치한 것은 현장과 정책 간 괴리를 줄이고 정책 대응력을 높이기 위한 포석이라는 해석이 나온다. 특히 40일 넘게 이어진 주택토지실장 공백을 깨고 김 실장을 전진 배치한 것은 최근 부동산 시장 불확실성이 커지는 상황에서 정책 컨트롤타워 기능을 강화하려는 의도로 읽힌다. ◆ 공급·시장안정 '투트랙'…규제 정비 본격화하나 시장에서는 이번 인사가 단순한 인적 쇄신을 넘어 공급 확대와 시장 안정을 동시에 추진하기 위한 신호탄이라는 해석도 나온다. 최근 국토부는 토지거래허가구역과 실거주 의무 등 시장 안정과 직결된 제도 조정 이슈 대응에 집중하고 있다. 특히 비거주 1주택자 실거주 의무 유예 확대 등은 시장 안정과 매물 유도, 형평성 문제가 맞물린 대표적인 현안으로 꼽힌다. 공급 전문가인 김 실장이 정책 총괄을 맡게 되면서 공급 과정에서 반복적으로 제기됐던 토지 규제와 정비사업 병목 현상 등에 대한 제도 개선 논의도 속도를 낼 것이란 전망이 나온다. 실제 사업 현장에서 걸림돌로 작용했던 규제와 절차를 보다 현실적으로 손질할 가능성이 크다는 평가다. 다만 이번 인사를 두고 정부가 공급 확대 기조에서 선회한 것으로 보는 시각은 많지 않다. 공급 정책은 유지하되 시장 안정과 제도 정비 기능까지 함께 챙기려는 차원의 인사라는 해석이 나온다. 국토부 관계자는 "김 본부장은 과거 주택정책과장 등을 맡으며 주택 시장 전반을 두루 경험한 인물"이라며 "최근 시장 상황 등을 종합적으로 조망할 수 있는 주택토지실장 자리가 중요한 만큼 당분간 공급과 시장 관리 역할을 함께 맡게 될 것"이라고 설명했다. 이어 "시장 안정 역시 중요한 과제지만 정부의 공급 확대 기조에는 변화가 없다"며 "주택 공급은 가장 중요한 정책 과제라는 점은 분명하다"고 강조했다. 한 부동산학과 교수는 "그동안 공급 확대에 집중했던 국토부가 이제는 불확실한 시장의 안정까지 같이 도모하겠다는 의지를 보인것"이라며 "공급 현장을 잘 아는 인사가 정책 총괄을 맡게 되면 실제 시장에서 작동할 수 있는 현실적인 대책이 나올 가능성이 커질 것"이라고 말했다. min72@newspim.com 2026-05-14 15:01
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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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