때는 바야흐로 빅데이터 소통 시대

4차 산업혁명의 쌀은 '빅데이터'이다. 다시 말해 4차 산업혁명은 '빅데이터'를 먹고 산다. 그런데 이러한 빅데이터는 서로 소통함으로써 가치가 높아 진다. 그 이유는 빅데이터를 생산하는 장치, 보관하는 장치와, 인공지능으로 빅데이터를 처리하는 장치가 서로 공간적으로 분리되어 있기 때문이다.

데이터를 생산하는 부품을 센서라고 한다. 그 센서는 사물인터넷 단말기에서 음성, 영상, 디지털 숫자와 문자를 생산한다. 그래서 센서는 PC, 인터넷, 스마트 폰, 자율주행 자동차뿐만 아니라 스마트 홈, 스마트 고속도로 등에 설치된다. 이렇게 생산된 데이터는 각각 분산된 메모리에 저장되기도 하지만 클라우드 컴퓨팅 시스템에서는 집중된 데이터 센터에 모이게 된다.

이렇게 저장된 분산 또는 집중 저장된 데이터는 인공지능 컴퓨터에 전송되어야 한다. 이처럼 데이터 네트워크의 연결은 지구 전체를 거쳐서 분포되어 있다. 각각 연결이 수천 킬로미터 경로를 거치기도 한다. 따라서 4차 산업혁명 시대에는 데이터의 발생과 인공지능 처리뿐만 아니라 데이터의 소통이 중요한 시대가 되었다.

빅데이터 시대를 맞은 데이터 소통 연결도, 출처: KAIST.

신호의 진실성이 중요해

데이터의 소통을 위해서는 유무선 통신 네트워크가 필요하다. 그래서 전세계에 분포한 센서와 데이터 센터, 그리고 컴퓨터는 서로 네트워크로 연결되어 있다. 그런데 무선 통신은 전자파 자원의 한계가 있고 유선 통신은 통신 회선의 데이터 전송 속도와 회선 수의 제한이 있다. 유선 통신 네트워크는 광통신 케이블을 사용하거나 구리선을 사용한다. 최근에는 선당 데이터 전송 속도가 초당 100 억 비트 속도(10Gb/s) 를 넘어서 초당 1000억 비트 (100 Gb/s) 시대에 가까이 가고 있다.

그런데 유무선으로 데이터를 고속으로 보내는 데는 여러 가지 기술적 한계가 있다. 네트워크 전송선 자체의 고속 신호 손실에 의한 한계, 고속 디지털 신호의 반사파에 의한 신호 전달 어려움, 근접한 선로와의 전자파 간섭 등이 이러한 한계를 만든다. 그래서 4차 산업혁명 시대에 ‘빅데이터’의 소통이 어려운 기술적 난제이다.

이렇게 어려운 환경 속에서 얼마나 고속 데이터를 깨끗하게 신호 오염 없이 디지털 신호를 전송하는 여부를 ‘신호 진실성’ 이라고 부르고 전문 용어로 ‘Signal Integrity’ 라고 한다. 그리고 그 신호 진실성을 보여주는 그림을 ‘아이 다이어그램(Eye diagram)’이라고 한다. 그 모양이 사람 눈처럼 생겼다. 주어진 데이터 전송 속도에서 디지털 신호인 ‘1’ 과 ‘0’ 이 선명하게 오염되지 않고 전송되면 아이 다이어그램이 어린 아이 눈처럼 맑고, 크고 선명하게 된다. 그래서 고속 디지털 설계자는 아이 다이어그램을 통해서 신호의 진실성을 확인한다.

신호의 진실성을 보여주는 300억 비트/초 신호속도를 측정한 아이 다이어그램, 출처: KAIST.

데이터의 진실성이 4차 산업혁명의 관건

4차 산업혁명 시대의 인공지능은 빅데이터를 통해서 학습하고 교육 받는다. 우리 인간의 지능은 인류 진화에 의해서 축적된 DNA로 지시 받는다. 그리고 어렸을 때부터 부모와 가정으로부터 교육 받고, 학교에서는 교과서를 통해서 교육 받는다. 그러나 우리가 불량한 환경에서 교육을 받는다면 그 교육 과정을 통해서 성장한 인간의 판단과 결정에 문제가 있을 수 있다. 마찬가지로 인공지능도 오염된 데이터에 의한 교육을 받으면 그 인공지능은 인류에게 재앙이 된다. 따라서 데이터의 진실성과 순수성은 절대적인 요구 조건이 된다.

이러한 데이터의 진실성을 ‘Data Integrity’ 라고 한다. 데이터의 오염은 센서 단계, 저장 상태, 그리고 네트워크 전송 과정에서 오염될 수 있다. 특히 의도적인 데이터 오염은 사회적으로 정치적으로 매우 위험하다. 따라서 이제 건강한 미래 사회를 위해서는 데이터의 오염을 막기 위한 사회적 합의, 도덕, 규제, 법률 등을 진지하게 생각해 봐야 하는 시점이 되었다. 신호의 진실성을 표현하는 아이 다이어그램처럼 데이터 진실성의 표현하는 새로운 지표가 필요한 시대가 되었다.

데이터 진실성의 3 요소 정확성, 일관성, 신뢰성을 보여 주는 그림, 출처: KD nuggets.

[김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수]

김정호 카이스트 교수.