AI·우주…첨단기업의 비밀병기 '수학'

AI·우주…첨단기업의 비밀병기 '수학'
신기술 '수학적 최적화'로 구현
전력수급계획 수학으로 예측
반도체·2차전지 성능도 개선
최적화 기법, 全산업으로 확산

올해 말 국가 에너지 대계인 제11차 전력수급기본계획이 수립되는 가운데 인공지능(AI) 최적화 기술로 이를 전면 개편해야 한다는 지적이 나온다.

전력거래소 핵심 관계자는 20일 “전력수급계획의 틀이 아직도 1980년대에 머물러 있다”며 “소형모듈원전(SMR) 등 미래 에너지 공급원을 감안해 전력수급계획 패러다임을 바꿔야 한다”고 말했다. 전력수급계획은 수십~수백만 개 이상 변수로 구성된 함수를 다양한 제약 조건 아래에서 푸는 수학적 최적화 문제다.

현재 전력수급계획에 따르면 국가 총발전량에서 태양광, 풍력 등 신재생에너지 비중은 올해 약 9%에서 10여 년 뒤인 2036년 30.6%로 급증한다. 문제는 날씨에 따른 변동성이 극심한 신재생에너지 비중이 이렇게 높아지면 수급 예측이 사실상 불가능해진다는 점이다. 전력 시스템이 풀어야 할 함수의 외생변수(파라미터)가 기하급수적으로 늘어나기 때문이다. 현재 9% 안팎인 신재생에너지만으로도 수급 예측 오차가 적지 않다. 전력업계 분석에 따르면 지난 15일 전력거래소가 전날(14일) 예측한 수요와 당일 실수요 간 오차는 최대 15%(9000㎿)에 달했다. 1000㎿ 대형 상용원전 9대 출력에 해당하는 수치다.

국가 핵심 산업으로 성장한 2차전지 성능도 최적화가 결정한다. 핵심 소재인 양극재의 성능은 니켈, 코발트, 망간 등 30여 가지 원료를 어떤 비율로 조합해 최적화하느냐에 달려 있다. 최적화 결과물에 따라 충전 시간과 주행거리, 용량, 안전성 등이 천차만별로 달라지기 때문이다. LG에너지솔루션은 최적화 값을 생산량으로 오차 없이 연결하는 스마트 공장을 미국 캐나다 유럽 등에 구축하기 위해 올해 들어 CDO(최고디지털책임자) 조직을 기존 100여 명에서 600여 명으로 대폭 확대했다.

수학적 최적화와 동전의 양면인 AI 기술 발전에 따라 최적화 소프트웨어(SW) 수요는 전 산업에서 급증하고 있다. 미국과 중국의 기술 패권 전쟁 중심인 우주·항공을 비롯해 차세대 반도체 기술 개발 역시 최적화가 성패를 가른다. AI, 바이오와 함께 윤석열 정부가 3대 게임체인저로 꼽은 양자 기술도 최적화와 직결돼 있다.

해외에서는 수학적 최적화를 통한 산업 난제 해결을 비즈니스 모델로 내세우는 기업까지 등장했다. 최적화 SW 분야 세계 1위 기업인 페어아이작(FICO)은 수학을 활용해 HSBC, 존슨앤드존슨, 프록터앤드갬블(P&G) 등을 돕고 있다. 이 기업의 주가는 AI 열풍에 힘입어 지난 2년간 500% 이상 올랐다.

■ 수학적 최적화

수학적 해석을 통해 최적의 의사 결정을 내리는 것을 뜻한다. 다수의 기업이 생산 공정 효율화, 적정 재고 수준 결정 등의 과제를 수학적 최적화를 통해 해결하고 있다. 최근 주목받는 인공지능(AI) 기술도 수학적 최적화와 밀접한 관계가 있다.

이해성/강경주 기자 ihs@hankyung.com