전체기사 최신뉴스 GAM 라씨로
KYD 디데이
산업 생활경제

속보

더보기

[김정호의 4차혁명 오딧세이] 계룡산에서 배우는 인공지능의 학습 원리

기사입력 : 2019년10월07일 08:00

최종수정 : 2019년10월07일 08:00

김정호 교수.

두 갈래 계룡산 등산로 

지난 주말, 국내 대표적인 반도체 기업의 임원 10여명과 카이스트(KAIST) 교수 10여명이 함께 1박2일로 충남 계룡산에 모여 토론을 겸한 친목 모임을 했다. 모두 바쁜 가운데도 어렵게 귀중한 자리를 같이했다.

앞으로 반도체 산업의 기술 발전 방향, 기술개발, 인력육성과 상호협력 방안도 논의했다. 특히 토론 속에서도 가을 풍경과 냄새가 눈과 코를 즐겁게 했다. 계룡산 정기를 받아 국내 반도체 산업의 계속된 성장을 기원해 본다.

계룡산 동쪽에는 동학사라는 절이 있고, 계룡산 서쪽 공주 방면에는 갑사라는 절이 있다. 그래서 주말에 가끔 산책 겸 등산도 하게 된다. 등산로 입구의 음식점에 들러 맛있는 식사를 해서 말(馬)도 아닌데 가을 살이 찌게 된다. 계룡산은 근처 대청댐과 함께 대전 연구단지의 커다란 자연환경 자산이다. 집에서 30분 이내에 이러한 국립공원이 있다는 사실은 큰 행운이다.

그런데 동학사에서 출발하는 계룡산 등산로에는 대표적인 두 가지 등산로가 있다. 먼저 하나는 동학사 입구 매표소 바로 우측으로 올라가는 등산로이다. 이 등산로를 잡으면 산등성이를 타고 쭉 정상으로 등산하게 된다. 처음에는 조금 가파르지만, 나중에는 완만하게 산꼭대기까지 능선을 타고 간다. 그래서 남매탑을 지나 최종적으로 계룡산 정상에 오르게 된다.

또 다른 등산로는 동학사 절을 지나 계곡을 따라 계속 올라가는 등산로이다. 쭉 계곡을 오르다 보면 물길 흐르는 개울 소리와 바람에 흔들리는 나뭇잎 소리, 낙엽을 밟는 발자국 소리를 듣게 된다.

개울에 가을 단풍 낙엽도 떠다닌다. 이렇게 계속 오르다 보면 은선 폭포를 지나게 된다. 이 등산로의 장점은 물길을 따라가기 때문에 물소리를 들을 수 있다는 점이다. 능선 길에서는 볼 수 없는 풍경이다. 하지만 등산 막바지에 높은 각도의 오르막을 숨이 차게 한참 올라가야 한다. 정상에 오를 때 막판에 힘이 든다.

2019년 9월 말 계룡산 자락의 한옥 마당 앞에 핀 코스모스. [출처=KAIST]

인공지능 학습은 등고선 미분

이처럼 산속에서의 물길은 가파른 계곡을 따라 흐른다. 산의 등고선을 그린다면 산의 등고선이 빽빽한 부분에서 산의 경사가 크고, 그 경사 방향으로 물이 흐르고 계곡이 생긴다.

물이 중력의 힘에 따라 흐르고 중력은 높은 산의 경사를 좋아한다. 산의 등고선과 직각 방향으로 물의 힘이 가해지고, 그에 따라 물길이 생긴다.

그런데 인공지능도 계룡산 물길과 같이 등고선의 직각 방향의 계곡으로 빠르게 '학습(Learning)'해 간다. 인공지능도 경사가 급한 물길을 좋아한다.

인공지능의 핵심은 기존의 해석적 모델이 아니라 데이터를 이용해 학습하는 알고리즘인 '기계학습(Machine Learning)'이다. 이런 이유로 인공지능 학습에 빅데이터가 꼭 필요하다. 그 결과 인공지능과 빅데이터는 서로 떼려야 뗄 수 없는 숙명적인 관계가 된다.

기계학습 중에서 특히 정답을 이용해 학습하는 방법을 '지도학습(Supervised Learning)'이라고 부른다. 그래서 인공지능 기계학습 개발 과정에서 데이터를 이용해서 학습해 나간다. 이 과정을 순방향 학습(Forward Propagation)이라고 한다.

그리고 다시 정답을 비교해 인공지능 신경망 속의 수백만 또는 수천만 변수(Weight)를 보정해 가는 과정을 역전파 학습(Backward Propagation)이라고 부른다. 이러한 역전파 학습 과정에서 최대한 빠른 시간에 학습을 마치고 변수(Weight)들을 확정할 필요가 있다.

이러한 방법 중에 가장 많이 쓰이는 최적화 방법이 경사하강법(Gradient Descent)이다. 쉽게 표현한다면 정답과의 차이를 비용함수(Cost Function)라고 부르는데, 이 비용함수를 미분해서 기울기가 '0'이 되는 지점으로 변수를 조정해 가는 방법이다.

인공지능 기계학습에 사용되는 경사하강법(Gradient Descent) 설명 노트. [출처=KAIST]

등산으로 치면 계곡을 따라 하산하고, 등산로 입구까지 빨리 내려오는 방법이 경사하강법이다. 고등학교와 대학에서 배우는 미분법이 여기에 사용이 된다. 그래서 인공지능 학습과정에서 행렬 다음으로 많이 사용되는 수학이 '미분(Differentiation)'이다.

계룡산을 비롯한 산 주변의 지형의 굴곡은 등고선으로 표현할 수 있다. 수학적으로 보면 이 등고선의 직각 방향으로 가장 가파른 계곡을 만난다. 다르게 이야기하면 어느 지점에서 등고선과 직각 방향이 가장 가파르다. 그 방향으로 물이 흐르고, 인공지능도 그 방향으로 학습 최적화를 한다. 이런 등고선 함수를 미분하면 직각 방향으로 벡터가 만들어진다. 수학적으로 벡터 미분(Gradient)이라고 부른다.

결국 등고선 미분 방향으로 계속 가면 계곡을 만나고, 계곡 따라 물이 흐른다. 인공지능도 마찬가지로 비용함수의 등고선의 미분 벡터 방향을 따라 빠르게 학습해 간다. 물을 만나 계곡의 바닥을 만나면 학습을 멈춘다. 이처럼 계룡산 계곡의 물흐름과 인공지능 학습은 같은 원리를 따른다. 이는 우연의 일치일 수도 있고, 자연의 섭리일 수도 있고, 외계인의 암호 코드일 수도 있다.

인공지능의 최적화

등산으로는 계룡산도 좋고, 속리산도 좋고, 설악산도 좋다. 아울러 외국의 산 중에는 경험상 캐나다 로키산맥 속의 재스퍼 국립공원(Jasper National Park)이 가장 웅장하고 아름답다. 6월 말이면 빙하가 녹아내려 호수를 이루고, 계곡물이 세차게 흐른다.

그 빼어난 산맥이 수백 킬로미터에 걸쳐 병풍처럼 펼쳐져 있다. 빙하가 녹은 물에는 광물이 녹아 있어 햇빛을 받으면 에메랄드 색깔을 나타낸다. 공통적으로 계룡산, 설악산, 안데스 산맥의 마추픽추 계곡, 로키 산맥의 폭포수 모두 산 등고선의 미분 벡터 방향으로 물이 흐른다.

인공지능은 냉정하고 인간미가 없고, 오직 정확성과 효율성만 따진다. 그래서 인공지능에게는 인간미가 없다고 볼 수 있다. 유일하게 위안으로 삼고자 하는 점은, 인공지능도 '산과 계곡의 모습'을 따른다는 점이다. 보통 산을 좋아하고 계곡을 좋아하면 인자한 사람이다.

캐나다 로키 산맥 재스퍼 국립공원(Jasper National Park) 속의 설산과 에메랄드 빛 호수 사진. [출처=KAIST]

 

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

CES 2025 참관단 모집

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
'왕좌의 게임' 재현...넷마블 '지스타' 첫선 [서울=뉴스핌] 양태훈 기자 = 넷마블이 HBO의 메가 IP '왕좌의 게임'을 활용한 '왕좌의 게임: 킹스로드'와 국내 모바일 게임의 대중화를 이끈 '몬스터 길들이기'의 정통 후속작 '몬길: STAR DIVE'를 선보이며 글로벌 게임 시장 공략에 나선다. 8일 넷마블은 서울 구로구 지타워에서 '지스타 2024 출품작 미디어 시연회'를 열고 국제 게임 전시회 '지스타 2024'에서 선보일 신작 '왕좌의 게임: 킹스로드'와 '몬길: STAR DIVE'를 최초로 공개했다. '왕좌의 게임: 킹스로드'는 전 세계적으로 흥행한 HBO 드라마 IP를 활용한 오픈 월드 액션 RPG다. 8일 넷마블은 서울 구로구 지타워에서 '지스타 2024 출품작 미디어 시연회 현장. [사진=양태훈 기자] 장현일 넷마블네오 PD는 "워너 브라더스, HBO와 긴 시간 신중하게 협업하며 원작 팬들을 만족시킬 수 있는 게임을 만들었다"고 자신감을 보였다. 이 게임은 원작 드라마의 시즌 4 후반부를 배경으로 한다. 플레이어는 '피의 결혼식'에서 정당한 후계자를 모두 잃은 몰락한 가문의 서자 역할을 맡는다. 장 PD는 "눈과 배고픔밖에 없는 척박한 북구에서 밤의 경비대를 도우며 가문의 생존을 위해 고군분투하는 이야기"라며 "드라마에서 자세히 다루지 못한 이야기와 인물들을 보여줄 것"이라고 설명했다. '왕좌의 게임: 킹스로드'의 가장 큰 특징은 원작의 주 무대인 웨스테로스 대륙을 심리스 오픈 월드로 구현한 것이다. 드라마에 등장한 지역은 물론 나오지 않은 지역까지 철저한 고증을 거쳐 제작했다. 장 PD는 "원거리 공격으로 높은 곳의 물건을 떨어뜨리거나 재배치해 새로운 길과 숨겨진 공간을 찾는 등 다양한 퍼즐 요소도 즐길 수 있다"고 덧붙였다. 전투 시스템도 원작의 사실적인 톤을 살리는 데 중점을 두었다. 장 PD는 "마법이 난무하는 흔한 판타지가 아닌 칼과 도끼 등 현실적 무기를 기반으로 한 전투를 구현했다"고 설명했다. 플레이어는 용병, 기사, 암살자 중 하나의 클래스를 선택할 수 있으며, 각 클래스는 원작 캐릭터들에게서 영감을 받아 개발됐다. 싱글 플레이뿐 아니라 협력 중심의 멀티 플레이도 제공된다. 윈터펠 같은 대형 성에서 다른 유저들과 만나 대화하고 파티를 꾸려 던전에 도전할 수 있다. 일부 필드에서는 다른 유저들과 함께 필드 보스 전투도 가능하다. '몬길: STAR DIVE'는 모바일 게임의 대중화를 이끈 '몬스터 길들이기'의 정통 후속작이다. 8일 넷마블은 서울 구로구 지타워에서 '지스타 2024 출품작 미디어 시연회 현장. [사진=양태훈 기자] 김광기 넷마블몬스터 개발 총괄은 "원작의 세계관과 스토리, 추억의 캐릭터들을 현대적으로 재해석했다"며 "어딘가 부족해 보이는 클라우드, 혈기왕성한 베르나 등 대표 캐릭터들과 새로운 마스코트 야옹이가 펼치는 모험"이라고 소개했다. '몬길: STAR DIVE'는 전작에 비해 전투 시스템을 대폭 강화했다. 김 총괄은 "캐릭터마다 개성 있는 전투 스타일과 역할이 있어 이해도가 높아질수록 더 다양하고 효율적인 전투가 가능하다"며 "원작의 태그 플레이를 계승해 단순한 캐릭터 교체가 아닌 연계 공격과 협력 시스템으로 발전시켰다"고 설명했다. 저스트 회피, 버스트 모드 등 액션성도 강화했다. 보스 몬스터와의 전투에서는 특정 부위 파괴나 속성 활용 등 전략적 플레이가 가능하며, 야옹이와 함께하는 몬스터 포획·길들이기 시스템도 구현했다. 한편 넷마블은 오는 14일부터 17일까지 부산 벡스코에서 열리는 지스타 2024에서 100부스 규모로 두 게임을 선보인다. 170개 시연대를 통해 '킹스로드'의 프롤로그와 '몬길'의 초반 스토리를 체험할 수 있다. 중앙 무대에서는 인플루언서 대전, 버튜버 시연, 코스프레 쇼 등 다양한 이벤트도 진행할 예정이다.   dconnect@newspim.com 2024-11-08 17:01
사진
위례과천선 광역철도 민자적격성 통과 [서울=뉴스핌] 최현민 기자 = 경기 과천시와 서울 강남구, 송파구 일원을 연결하는 위례과천선 사업이 본궤도에 오른다.   국토교통부는 위례과천 광역철도사업이 한국개발연구원(KDI)의 민자적격성 조사를 통과했다고 7일 밝혔다. 위례과천선은 서쪽으로는 정부과천청사, 동쪽으로는 송파구 법조타운과 위례신도시를 연결하고 북쪽으로는 강남구 압구정까지 연결하는 총 연장 28.25km의 광역철도 사업으로 민간투자방식으로 지어진다.  위례과천선 노선도안 [자료=국토부] ※노선 미확정 위례과천선은 제4차 국가철도망 구축계획 반영 후 2021년 12월 '대우건설 컨소시엄'에서 국토부에 최초제안서를 제출했으며 제안서 검토 및 지자체 협의과정을 거쳐 2022년 9월 민자적격성 조사에 착수했다. 민자적격성 조사 과정에서 원자재 가격 급등, 양재첨단물류단지 개발 등 여건 변화가 발생했고 경제성을 최대한 확보하기 위한 사업계획 보완을 거쳐 올해 11월 최종적으로 사업의 타당성을 인정받았다. 특히 본 사업 영향권에 있는 9개 공공주택지구에 총 8만6000명 규모의 입주가 예정돼 있어 신규 철도노선을 통해 선제적으로 교통난을 해소해 나갈 계획이다. 입주 예정 지구는 과천주암 공공지원주택지구, 서울강남 공공주택지구 등이다. 다만 노선안은 아직 확정되지 않았다. 국토부는 세부노선 및 역사는 실시협약 체결 시 확정‧공개할 방침이다.  윤진환 국토부 철도국장은 "내년 전략환경영향평가를 마무리하고 제3자 제안 공고를 통해 우선협상대상자를 선정해 협상까지 착수하는 것을 목표로 속도감 있게 사업을 추진할 계획"이라고 말했다. min72@newspim.com 2024-11-07 17:36
안다쇼핑
Top으로 이동