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[김정호의 4차혁명 오딧세이] 인공지능은 강아지와 고양이를 어떻게 구분할까?

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알고보면 흥미로운 선형대수(linear algebra. 線型代數)

보통 고등학교 때 처음 수학 ‘행렬’을 배운다. 행렬은 다차원적인 숫자의 나열로 2차원인 경우 '(x,y)'로 표현된다. 대부분의 고등학교 수학처럼 왜 배워야 하는지, 어디 쓰는지 그때 알기 어렵다. 그런데 이 행렬 수학이 ‘인공지능 컴퓨터 계산’의 핵심 방법이다.

김정호 카이스트 교수

필자는 대학 2학년때 ‘선형 대수학’이라는 수학과목을 수강했다. 행렬의 수학적 의미와 원리를 배운다. 이 과목은 필자가 대학 때 공부한 과목 중에 가장 감동적이고 재미가 있었다. 수학 논리 전개의 아름다움을 깊이 느끼는 계기가 됐기 때문이다. 전기공학이나, 전자 공학, 전산 과목 또는 물리학 과목이 아니라 ‘수학과목’이었던 기억이 흥미롭고 그 중에서도 선형대수학이라는 과목이라는 점도 지금도 신기하다.

선형대수학에서는 벡터에서 출발해서 행렬의 정의하고 행렬의 기본이 되는 원리들을 순서대로 제시하고 증명한다. 행렬 속의 각 열 벡터가 서로 상호 의존적인가 독립적인가 논의한다. 서로 선형적이면 종속적이고 비선형적이면 독립적이다. 각 열 벡터가 독립적 벡터로 이루어진 행렬은 역행렬이 존재하고 구할 수 있다. 역행렬이 존재하는 행렬은 그 벡터들을 더하고 곱해서 변형하면 대각행렬(Diagonal Matrix, 대각선 부분 숫자만 있고 나머지는 모두 ‘0’인 행렬)가 될 수 있다.

선형대수 과목에서는 이러한 이론들을 처음부터 끝까지 200 여 페이지 책에서 순서대로 빈틈없이 증명한다. 처음부터 끝까지 한 개의 논리적 오점 없이 전체를 증명하고 전개해 간다. 이러한 논리의 완결성이 눈부시기까지 하다. 완벽하게 논리적이다.

행렬의 구성과 곱셈 공식. [출처: 정보통신 기술용어해설]
대각행렬의 구성과 조건. [출처: 정보통신 기술용어해설]

 

강아지와 고양이를 구분하게 해주는 'CNN 알고리즘'


요즈음 행렬 계산이 공학적으로 더욱 중요해 지고 있다. 모든 빅데이터가 디지털로 기록되기 때문이다.

그 중에서도 데이터의 깊이가 크고 정보량이 많은 데이터가 영상 이미지이다. 카메라에서 얻은 이미지는 카메라 센서가 2차원 평면 배열로 되어 있다. 이 배열 자체가 (x,y) 2차원이다. 여기에 색깔 정보, 밝기 정보, 빛의 세기 정보가 더해지면 N 차원 정보가 되고 이를 수학적으로 표시하면 N 차원 행렬이 된다. 그래서 유튜브의 사용이 더욱 확대되면 행렬 계산양도 늘어난다.

인공지능 딥러닝 알고리즘 중에서 영상 이미지 판독에 가장 유효하게 쓰이는 방법이 CNN(Convolution Neural Network) 이라는 알고리즘이다. CNN 에는 여러 개의 신경망 층으로 이루어져 있다. 쉽게 이야기해서 CNN 입력으로 사진이 들어가면 CNN이 강아지인지, 고양이 인지, 곰인지, 사슴인지 찾아 낸다.

그런데 이 CNN 에서 여러 개의 신경망 층(Layer)을 지나면서 각 층의 출력이 단순화되고 추상화 되어 나간다. 이러한 과정을 거치면서 입력이 수천 다차원 행렬이라 하더라도 최종 출력은 ‘동물의 이름’이 되기 때문이다. 이렇게 크기가 큰 행렬을 줄여나가는 과정을 수학적으로 함수 합성곱(Convolution) 이라고 한다. 이 과정은 수식적으로 볼 때 크기가 큰 행렬에 작은 크기의 행렬을 계속 곱해서 얻는다.

이 곱하는 작은 행렬을 필터 행렬이라고 한다. 이렇게 되면 각 신경망 층이 추상화(Abstraction) 과정을 하게 된다. 첫 층의 입력이 사진이라면 2층은 윤곽을 표현하고, 3층은 코, 입, 귀를 판단하고, 뒷 부분 층은 남녀 인종 등을 파악하고 최종적으로 누구인지 파악하는 과정을 거친다. 이처럼 CNN 에서도 학습과정에서 계속해서 행렬 연산이 이루어져 있다.

사진과 영상 분석에 유용한 인공지능 알고리즘인 CNN의 구성도. [출처: Intel]

행렬과 텐서

그러니 인공지능을 위한 프로그램을 만들기 위해 소프트웨어 코딩을 한다는 것은 수많은 행렬연산을 계획된 순서대로 짜는 것과 같다. 특히 인공지능의 학습과정과 ‘판단(Decision)’ 혹은 ‘추론(Inference)’을 내릴 때 수 많은 행렬 연산을 한다. 그래서 인공지능을 연구하고 개발한다는 의미는 행렬 연산에 묻혀 사는 것과 같다.

이처럼 다차원 행렬을 수학에서 텐서(Tensor)라고 부른다. 그러므로 스칼라(Scalar)는 ‘0 텐서’, 벡터(Vector)는 ‘1 텐서’, 행렬은 ‘2 텐서’라고 부르기도 한다. 구글에서 제공하는 인공지능 계산 플랫폼을 텐서 플로우(Tensor Flow) 라고 부르는 것이 이런 배경이 된다. 인공지능에서 다 차원 행렬인 텐서 계산이 딥러닝 층을 지나가면서 쭉 흘러간다. 이 수학적인 과정이 학습과 판단 과정이다.

재미있는 드라마에는 ‘암시’를 주고 되살아나는 과정이 있으며, 이 과정이 드라마의 재미를 더해 준다. 암시는 장면, 만남, 표정, 대사에서 다양하게 나타난다. 특히 드라마 초반에 나타나 미래 전개 과정을 암시한다. 필자가 대학 2학년 때 선형대수 과목에 푹 빠졌던 것은 40년 후 다가올 4차 산업혁명 시대와 인공지능 시대를 암시했는지도 모른다.

구글의 오픈소스 인공지능 플랫폼 텐서 플로우, [출처: Data Flair]

 

 

joungho@kaist.ac.kr


[김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수]

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[단독] 'Z플립8'에 주름 개선 신기술 뺐다 [서울=뉴스핌] 김정인 기자 = 삼성전자가 폴더블폰의 고질적인 화면 주름을 줄이기 위해 '플렉스 티타늄'을 도입했지만, 접힘부 굴곡과 단차에 대한 소비자 불만이 이어져 온 갤럭시 Z플립8은 제외됐다. 고급 기술을 상위 제품에 먼저 적용해 제품 간 차별화를 두는 전략은 기존에도 활용해 왔다. 다만 화면 주름 개선은 새로운 편의 기능을 추가하는 것과 달리 폴더블폰의 기본 사용감과 완성도에 직결된다는 점에서 이번 선별 적용의 배경에 관심이 쏠린다. 업계에서는 폴드와 플립의 서로 다른 패널 구조와 접힘 방향, 별도 설계·내구성 시험, 양산 검증 과정이 영향을 미친 것으로 보고 있다. 전작 기준 폴드7이 플립7보다 출고가가 약 89만원 높아 신기술 비용을 상대적으로 흡수하기 수월하다는 점에서 원가 부담 가능성도 거론됐지만, 삼성 측은 직접적인 이유는 아니라는 입장이다. ◆ 같은 폴더블이지만 구조는 달라 16일 업계에서는 플렉스 티타늄이 플립8에 적용되지 않은 이유로 폴드와 플립의 서로 다른 디스플레이 구조를 꼽고 있다. 플렉스 티타늄은 기존 부품의 소재만 바꾸는 기술이 아니다. 유기발광다이오드(OLED) 패널 아래에 티타늄 합금 필름을 넣고, 디스플레이 모듈을 받치는 플레이트에도 티타늄을 적용하는 새로운 적층 구조다. [AI 인포그래픽=김정인 기자] 티타늄 플레이트에는 화면을 반복해서 접고 펼칠 수 있도록 미세한 구멍을 촘촘하게 가공한다. 구멍의 크기와 간격, 배열은 패널이 접힐 때 받는 힘과 접힘 반경에 맞춰 설계해야 한다. 폴드는 화면을 세로 방향으로 접지만 플립은 가로 방향으로 접는다. 화면 크기와 비율, 접힘부위 길이, 힌지 구조와 내부 부품 배치도 서로 다르다. 폴드용으로 설계한 티타늄 플레이트와 미세 홀 구조를 단순히 줄여 플립에 그대로 적용하기 어려운 이유다. 업계에서는 플립에 같은 기술을 넣으려면 제품 형태에 맞춘 구조 설계와 내구성 시험, 양산 검증을 별도로 거쳐야 할 것으로 본다. 플립형 제품에 기술을 적용할 수 없다는 의미라기보다 이번 세대에서는 폴드용 구조의 개발과 양산 적용이 먼저 이뤄졌다는 분석이다. ◆ 원가보다 별도 설계·검증에 무게 플립8 미적용 배경으로 원가 부담 가능성도 거론됐다. 전작 기준 갤럭시 Z폴드7의 국내 출고가는 256GB 모델이 237만9300원으로, 148만5000원인 Z플립7보다 89만4300원 높았다. 업계에서는 상대적으로 가격대가 높은 폴드가 신기술 적용에 따른 부품비와 공정비 부담을 흡수하기 수월했을 가능성을 제기한다. 다만 삼성 측은 원가가 플렉스 티타늄 적용 모델을 가른 직접적인 배경은 아니라는 입장인 것으로 전해졌다. 삼성전자가 지난해 출시한 갤럭시 Z폴드7. [사진=뉴스핌DB] 수율도 변수로 꼽힌다. 새로운 적층 구조를 적용하려면 티타늄 필름과 플레이트, 접착층이 일정한 품질로 결합돼야 한다. 패널 크기와 접힘 방향이 달라지면 제조 공정과 검사 기준도 다시 맞춰야 한다. 업계에서는 폴드8에서 양산성과 내구성을 먼저 확인한 뒤 플립형 제품으로 확대하는 방식이 생산 부담을 줄일 수 있다고 본다. 차기 플립 모델의 적용 여부와 시기는 아직 정해지지 않은 것으로 알려졌다. ◆ 판매 비중 커진 폴드에 우선 적용 폴드의 넓은 화면도 신기술 우선 적용 배경으로 꼽힌다. 폴드는 펼친 상태에서 영상과 문서, 여러 애플리케이션을 동시에 사용하는 제품이기 때문에 화면 평탄도가 제품 완성도에 미치는 영향이 크다. 접힘부위가 길고 디스플레이 면적도 넓어 화면 전체를 균일하게 받쳐주는 하부 지지 구조도 중요하다. 삼성전자는 강성이 높은 티타늄 합금 필름과 플레이트를 함께 적용해 화면 주름과 내구성, 제품 두께를 개선했다고 설명했다. 최근 폴드의 판매 비중이 커진 점도 눈에 띈다. 지난해 국내 사전판매에서 갤럭시 Z폴드7과 Z플립7은 총 104만대가 판매됐다. 이 가운데 폴드7이 60%, 플립7이 40%를 차지했다. 삼성전자가 2019년 폴더블폰을 처음 출시한 이후 국내 사전판매에서 폴드가 플립을 앞선 것은 처음이었다. 얇고 가벼워진 폴드7의 판매가 늘어난 가운데 차세대 디스플레이 기술도 폴드8에 먼저 적용된 셈이다. ◆ 소비자 불만 남은 플립…차기 모델 주목 플립8이 신기술 적용 대상에서 제외되면서 소비자들이 체감해 온 문제를 고가 폴드 제품부터 개선한다는 비판은 피하기 어렵게 됐다. 플립은 접었을 때 크기가 작고 휴대가 편리해 폴더블폰 대중화를 이끈 제품이다. 하지만 사용 기간이 길어질수록 화면 중앙의 접힘부위가 평평하게 유지되지 않고 굴곡이 도드라진다는 불만이 이어져 왔다. 화면을 위아래로 넘길 때 손가락에 단차가 느껴지거나 접힌 부분이 살짝 솟아오른 듯한 이질감이 생기고, 밝은 곳에서는 접힘 자국이 더 선명하게 보여 사용감을 떨어뜨린다는 지적이다. 폴드8에서 플렉스 티타늄의 양산성과 실제 주름 개선 효과가 확인되면 플립형 제품에 맞춘 구조를 별도로 개발해 차기 제품으로 확대할 가능성이 있다. 다만 플립용 설계와 시험이 추가로 필요한 만큼 내년 출시 제품에 곧바로 적용된다고 단정하기는 이르다. 삼성전자가 지난해 출시한 갤럭시 Z플립7. [사진=삼성전자] ◆ 폴더블로 확대되지 않은 프라이버시 기능 갤럭시 S26 시리즈에서 처음 선보인 프라이버시 디스플레이는 차세대 폴더블 라인업으로 이어지지 않았다. 폴드8과 플립8 모두 적용 대상에서 빠졌다. 프라이버시 디스플레이는 사용자가 지정한 상황에서 화면의 시야각을 좁혀 옆 사람에게 내용이 잘 보이지 않도록 하는 기술이다. 비밀번호를 입력하거나 금융 서비스를 이용하는 등 민감한 정보를 다룰 때 화면 노출을 줄이는 데 초점을 맞췄다. 폴드는 화면을 펼쳐 문서나 메시지, 여러 애플리케이션을 동시에 사용하는 경우가 많아 주변에서 화면을 볼 수 있는 범위도 넓어진다. 이 때문에 프라이버시 디스플레이가 폴더블의 대화면 활용성을 보완할 기능으로 꼽혔지만 이번 신제품에는 반영되지 않았다. 삼성전자가 해당 기술을 향후 폴더블 제품군까지 확대할지는 아직 확인되지 않았다. 차기 제품에서 적용 범위가 넓어질지 주목된다. kji01@newspim.com 2026-07-16 11:37
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'육해공 통합' 4년제 사관학교 대전 자운대에 세운다 [서울=뉴스핌] 오동룡 군사방산전문기자 = 국방부가 16일 '국방교육 대개혁'을 표방하며 육·해·공군 사관학교를 대전 자운대 일대에 통합하는 '국군사관학교 창설 기본계획'을 공식 발표했다. 미래 안보환경 변화와 전시작전통제권(전작권) 회복 이후 한미연합방위체제를 이끌 장교를 양성하기 위해, 기존 각 군 사관학교를 "최고 수준의 첨단 통합 사관학교"로 재편하겠다는 구상이다. 국방부는 이번 계획을 "국방교육 대개혁의 첫걸음이자, 사관학교 교육체계 전반을 재설계하는 도약적 혁신"이라고 규정했다. 안규백 국방부장관이 지난 2월 20일 오전 충남 계룡대 대연병장에서 열린 육·해·공군 사관학교 통합임관식에서 축사를 하고 있다. [사진=국방부 제공] 2026.07.16 gomsi@newspim.com 국방부는 문제 인식의 출발점으로 "지금 변화하지 않으면 미래는 없다"고 규정하며, "각 군 사관학교 병립 체계가 자원 중복과 분산투자를 초래하는 구조적 비효율을 낳고 있다"고 진단했다. 현행 육·해·공군 사관학교는 각각 약 700~1000명 규모로 일반 종합대학 단과대 수준에 불과하지만, 총 2900여 명의 생도를 양성하기 위해 3명의 3성 장군을 포함한 7명의 장성, 약 3000여 명의 지원 인력을 유지하고 있어 "규모 대비 지휘·지원 구조가 비대하다"는 것이 국방부 판단이다. 국방부는 또한 "전쟁 양상이 지·해·공을 넘어 우주, 사이버, 전자기스펙트럼 등 '다영역 통제 능력'을 요구하는 시대로 급변하고 있는데도, 사관학교 교육체계는 여전히 군종별로 분절된 구조에 머물러 있다"고 지적했다. 새로 출범할 국군사관학교는 대전 자운대 지역에 통합 신설되며, KAIST와 국방과학연구소(ADD), 항공우주연구원, 천문연구원, 전자통신연구원, 원자력연구원 등 주요 연구기관이 밀집한 과학기술 클러스터와 연계된 '스마트캠퍼스'로 설계된다. 국군사관학교 예상 조감도. [그래픽=국방부 제공] 2026.07.16 gomsi@newspim.com 국방부는 "분산·노후화된 기존 육·해·공군 사관학교 시설을 하나로 모아 과감한 집중투자를 단행, 규모의 경제가 실현된 세계 최고 수준의 통합 교육 플랫폼을 만들겠다"고 밝혔다. 교육과정은 우주·사이버·전자기스펙트럼을 포함한 AI 기반 전영역 작전을 주도할 수 있는 각 군 특성화 교육과, 전작권 회복 이후 한미 장병을 주도할 수 있는 국제 감각·소양 함양 과정으로 재설계된다. 국방부는 "현재 약 24% 수준인 사관학교 민간교수 비율을 점차 50% 이상으로 끌어올리고, 국립대학 수준 처우를 보장해 최고 석학이 장교 양성 일선에 참여하도록 하겠다"고 밝혔다. 통합 국군사관학교를 중심으로 간호사관학교, 첨단사관학교, 학군·학사장교 과정 등 다양한 교육 코스를 수용하는 '국방교육 허브'로 장기 발전시키고, 상징성이 큰 기존 사관학교 시설과 기념공간은 보존·활용 방안을 병행 마련한다는 계획이다. 국방부는 "전작권 회복 이후 한미연합방위체제를 이끌 주역을 길러내는 세계적 수준 첨단 사관학교로 도약하겠다"며 "국민 의견을 적극 수렴하는 열린 절차로 국방교육 대개혁을 추진하겠다"고 덧붙였다. gomsi@newspim.com 2026-07-16 10:12
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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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