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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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'2026 한강 청년 버스킹 축제' 18일 한강공원서 개최 [서울=뉴스핌] 정태이 기자 = 선선한 가을바람이 부는 한강에서 청년 음악가들의 다채로운 공연과 시민 참여형 프로그램이 펼쳐진다. 감엔터테인먼트가 주최하고 서울특별시가 후원하는 '2026 한강 청년 버스킹 축제 : DAY OFF SEOUL'이 오는 18일 여의도한강공원 녹음수광장에서 열린다. 행사는 오후 1시부터 5시까지 진행되며 모든 공연과 체험 프로그램은 무료로 운영된다. [서울=뉴스핌] 정태이 기자 = '2026 한강 청년 버스킹 축제 DAY OFF SEOUL' 포스터 [사진=감엔터테인먼트] 2026.10.08 taeyi427@newspim.com 올해 축제는 '한강 위에서 하루를 통째로 쉬어가는 청년 문화 축제'를 주제로 마련된다. 음악과 피크닉, 한강, 가을을 결합해 누구나 부담 없이 즐길 수 있는 열린 문화 공간을 조성하고 시민 참여와 청년 예술가 발굴을 함께 꾀한다. 청년 예술가에게는 시민과 만나는 무대를, 시민에게는 일상에서 잠시 벗어나 문화와 휴식을 함께 즐길 수 있는 공간을 제공한다는 취지다. 축제의 중심은 청년 음악가들의 버스킹 무대다. 싱어송라이터 오디션 '히든스테이지' 출신의 김은찬밴드,신직선,윤태경,윤준,채수빈,심각한 개구리, 채비(Che!vee), 혼즈(Hon'z) 등 10팀이 참여해 각기 다른 장르와 개성을 담은 음악을 선보인다. [서울=뉴스핌] 정태이 기자 = '히든스테이지' 대상 심각한 개구리(위 왼쪽부터 시계방향으로), 최우수상 윤태경, 우수상 김은찬밴드. [사진=감엔터테인먼트] 2026.10.08 taeyi427@newspim.com 특히 지난 7일 열린 '히든스테이지' 결선에서 대상을 받은 심각한 개구리를 비롯해 최우수상 윤태경, 우수상 김은찬밴드 등 수상자들도 이번 축제를 통해 다시 관객들과 만난다. 경연 무대에서 실력을 겨룬 청년 음악가들이 이번에는 한강 야외 무대로 자리를 옮겨 시민들과 가까이에서 호흡할 예정이다. 청년 아티스트들의 공연에 더해 특별 초청 무대도 마련된다. 뉴올리언스 사운드를 기반으로 활동하는 컨템포러리 재즈밴드 '김루꾸밴드'와 국악·비보이·아크로바틱 등을 결합한 퍼포먼스팀 '라스트릿크루', 비트박서 잭브라이언(Jackbryan)이 무대에 올라 축제의 볼거리를 더한다. 싱어송라이터들의 음악부터 재즈와 퍼포먼스, 비트박스까지 서로 다른 장르의 무대를 한자리에서 만나볼 수 있다. [서울=뉴스핌] 정태이 기자 = 사진 위쪽부터 라스트릿크루, 김루꾸밴드, 비트박서 잭브라이언(Jackbryan). [사진=감엔터테인먼트] 2026.10.08 taeyi427@newspim.com 시민도 직접 무대의 주인공이 될 수 있다. '시민과 함께하는 버스킹' 참가 희망자는 축제 공식 홈페이지를 통해 사전 신청할 수 있으며 개인 또는 팀 단위로 지원 가능하다. 신청자의 자기소개와 활동 경력, 희망 공연곡과 장르, 공연 영상 등을 종합적으로 검토해 참가자를 선정한다. 선정된 참가자는 '시민과 함께하는 버스킹' 무대에 참여하게 된다. 청년 뮤지션의 공연과 함께 시민에게도 직접 무대에 참여할 기회를 제공한다. 무대 밖에서는 공연과 함께 즐길 수 있는 체험 프로그램이 이어진다. '서울의 향을 찾아서'에서는 서울을 대표하는 핫플레이스 이미지를 향으로 구현해 시향한 뒤 원하는 향료를 더해 자신만의 맞춤 향수를 만들 수 있다. 여러 향을 직접 맡아보고 취향에 맞게 조합해 결과물을 만드는 방식이다. '한강 포토 스테이션'에서는 축제 현장의 즐거운 순간을 간직할 수 있도록 즉석 사진 인화 부스 '한강로 사진관'을 운영한다. 현장에서 촬영한 사진을 인화해 축제의 순간을 기록할 수 있도록 마련했다. [서울=뉴스핌] 정태이 기자 = 한강 포토 스테이션 [사진=감엔터테인먼트] 2026.10.08 taeyi427@newspim.com 음악과 한강의 풍경, 청춘에게 전하고 싶은 문장을 엽서에 적어 남기는 참여형 아카이브 프로그램 '한강 사운드 엽서'도 준비된다. 공연 관람에 더해 향수 제작과 사진, 엽서 등 다양한 방식으로 축제를 즐길 수 있도록 구성했다. 주최 측은 "청년 음악가들이 시민과 가까이에서 소통하고, 시민들도 공연과 체험에 직접 참여할 수 있는 축제를 준비하고 있다"며 "가을 한강에서 음악과 휴식을 함께 즐기는 특별한 하루가 되길 바란다"고 말했다. taeyi427@newspim.com 2026-10-13 06:33
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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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