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AlphaGo; 알파고
구글 딥마인드가 만든 바둑 인공지능으로, 정책망·가치망 두 신경망과 몬테카를로 트리 탐색을 결합해 처음으로 정상급 프로 기사를 이긴 프로그램

알파고는 구글 딥마인드가 개발한 바둑 프로그램이다. 2015년 10월 유럽 챔피언 판후이 2단을 5:0으로 이겨 맞바둑(접바둑 아님)으로 19×19 판에서 프로 기사를 이긴 첫 컴퓨터 프로그램이 되었고,[1] 2016년 3월 서울에서 이세돌 9단을 4:1로 이겼다.[2] 2017년 5월 당시 세계 1위 커제 9단을 3:0으로 이긴 뒤 대국 무대에서 은퇴했다.[3]

바둑은 경우의 수가 너무 많고 형세 판단이 어려워 컴퓨터가 사람을 이기려면 적어도 10년은 더 걸린다고 여겨졌다.[1] 알파고는 딥 러닝으로 학습한 신경망이 '어디에 두면 좋을지'와 '지금 누가 유리한지'를 직관처럼 판단하고, 몬테카를로 트리 탐색이 그 판단을 따라 수읽기를 하는 방식으로 이 벽을 넘었다. 한국에서는 이세돌과의 대국이 생중계되면서 인공지능에 대한 대중의 관심을 크게 끌어올린 사건으로 기억된다. 알파고의 방법은 알파고 제로, 알파제로, 뮤제로로 발전하며 이후 게임 인공지능과 강화 학습 연구의 기준점이 되었다.

왜 바둑이 어려웠나

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체스 프로그램 딥 블루는 1997년 사람이 만든 평가 함수와 깊은 탐색으로 세계 챔피언을 이겼다. 바둑에는 이 방식이 통하지 않았다.

  • 탐색 공간: 한 수에 둘 수 있는 곳이 평균 200곳 안팎으로 체스(약 35곳)보다 훨씬 많고, 한 판이 수백 수까지 이어진다.
  • 형세 판단: 돌 하나하나의 가치가 주변 배치에 따라 달라 체스의 기물 점수 같은 간단한 평가 함수를 만들기 어렵다.

알파고 이전의 강한 바둑 프로그램(크레이지스톤, Zen 등)은 몬테카를로 트리 탐색으로 무작위 대국을 수천 번 시뮬레이션해 형세를 추정했지만 아마추어 고단자 수준에 머물렀다.[1]

알파고(판후이·이세돌전 버전)는 세 가지 학습 단계로 만든 신경망과 탐색 알고리즘을 결합한다.[1]

구성 요소 역할 학습 방법
지도 학습 정책망 (SL policy network) 현재 판에서 사람 고수가 둘 만한 수의 확률 분포를 낸다 KGS 바둑 서버 고수 기보에서 뽑은 약 3,000만 개 국면으로 지도 학습. 13층 합성곱 신경망
강화 학습 정책망 (RL policy network) 이기는 수를 고르도록 다듬은 정책망 지도 학습 정책망을 초기값으로, 이전 버전 자신과 대국시키며 강화 학습(정책 경사)
가치망 (value network) 현재 판에서 이길 확률을 하나의 숫자로 낸다 강화 학습 정책망의 자기 대국에서 뽑은 약 3,000만 개 국면으로 회귀 학습
빠른 롤아웃 정책 탐색 끝에서 대국을 끝까지 빠르게 진행 간단한 패턴 특징의 선형 모델
몬테카를로 트리 탐색 위 신경망을 써서 수읽기 학습 없음(탐색 알고리즘)

탐색은 다음처럼 돌아간다.

  • 선택: 트리를 내려가며, 지금까지의 평균 가치에 정책망이 준 사전 확률을 더한 점수가 가장 높은 수를 고른다. 아직 많이 탐색하지 않은 수일수록 보너스를 더 준다.
  • 확장: 처음 도달한 국면은 지도 학습 정책망으로 후보 수의 확률을 계산해 둔다. 논문은 탐색에는 강화 학습 정책망보다 수를 더 다양하게 고르는 지도 학습 정책망이 더 잘 맞았다고 보고했다.
  • 평가: 끝 국면은 가치망의 판단과 빠른 롤아웃으로 끝까지 둔 결과를 섞어 평가한다.
  • 역전파: 평가 값을 지나온 경로의 모든 수에 반영한다.
  • 착수: 시간이 다 되면 가장 많이 방문한 수를 둔다.

정책망은 탐색할 후보를 좁히고(폭 축소), 가치망은 끝까지 두어 보지 않고 형세를 판단하게 해(깊이 축소) 경우의 수 폭발을 피한다. 알파고는 다른 바둑 프로그램과의 대국에서 99.8%를 이겼다.[1]

버전 시기 하드웨어 학습 주요 결과
알파고 판 (Fan) 2015년 10월 분산형, GPU 176개 인간 기보 지도 학습 + 자기 대국 강화 학습 판후이 2단에 5:0
알파고 리 (Lee) 2016년 3월 분산형, TPU 48개 같은 방식, 개선 이세돌 9단에 4:1
알파고 마스터 (Master) 2016년 12월~2017년 5월 단일 머신, TPU 4개 신경망 구조와 학습 개선 온라인 대국 60전 전승, 커제 9단에 3:0
알파고 제로 (Zero) 2017년 10월 발표 단일 머신, TPU 4개 인간 기보 없이 자기 대국만으로 학습 알파고 리에 100:0, 알파고 마스터에 89:11

알파고 제로 논문이 추정한 Elo 점수는 알파고 판 3,144, 알파고 리 3,739, 알파고 마스터 4,858, 알파고 제로 5,185다.[4]

판후이전 (2015년 10월)

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2015년 10월 알파고는 런던에서 중국 출신 프로 기사이자 2013~2015년 유럽 챔피언인 판후이 2단과 다섯 판을 두어 모두 이겼다.[2] 결과는 2016년 1월 27일 네이처 논문과 함께 공개되었다.[1]

이세돌전 (2016년 3월)

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2016년 3월 9일부터 15일까지 서울에서 열린 '구글 딥마인드 챌린지 매치'에서 알파고는 이세돌 9단을 4:1로 이겼다. 세계 대회 18회 우승 경력의 이세돌과의 대국은 전 세계에서 2억 명 넘게 지켜봤다.[2] 승부가 3국에서 결정된 뒤에도 다섯 판을 모두 두었다.

대국 날짜 결과 비고
1국 3월 9일 알파고 불계승
2국 3월 10일 알파고 불계승 37수: 사람이 둘 확률이 1만분의 1로 평가된 수[2]
3국 3월 12일 알파고 불계승 알파고 승리 확정
4국 3월 13일 이세돌 불계승 78수: 이세돌의 '신의 한 수'
5국 3월 15일 알파고 불계승

딥마인드는 2국의 37수가 수백 년 이어진 바둑의 통념을 뒤집은 창의적인 수로 승부를 갈랐고, 4국에서 이세돌이 둔 78수 역시 둘 확률이 1만분의 1인, 37수만큼 뜻밖이고 창의적인 수로 이세돌의 승리를 이끌었다고 평가했다.[2] 이 승리는 공식 대국에서 사람이 알파고를 이긴 유일한 판으로 남았다.[5] 한국기원은 대국 뒤 알파고에 명예 9단을 수여했다.[2]

마스터의 온라인 대국 (2016년 12월~2017년 1월)

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2016년 12월 29일부터 2017년 1월 초까지 'Magister', 'Master'라는 계정이 한국 타이젬과 중국 바둑 서버에서 한중일 정상급 프로 기사들과 빠른 대국을 두어 60전 전승을 거두었다. 딥마인드는 이 계정이 새 버전 알파고(알파고 마스터)였다고 밝혔다. 알파고 제로 논문은 알파고 마스터가 2017년 1월 온라인 대국에서 정상급 프로 기사들을 60:0으로 이겼다고 적었다.[4]

커제전과 은퇴 (2017년 5월)

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2017년 5월 중국 우전에서 열린 '바둑의 미래 서밋'에서 알파고 마스터는 당시 세계 1위 커제 9단을 3:0으로 이겼다. 딥마인드는 이 행사가 알파고의 마지막 대국이라고 발표했고, 허사비스는 이 서밋이 경쟁 프로그램으로서 알파고가 이를 수 있는 가장 높은 정점이라고 말했다. 딥마인드는 알파고끼리 둔 대국 50판의 기보를 공개했다.[3] 2017년 12월에는 알파고 마스터의 분석을 담은 포석 학습 도구를 공개했다.

이름 발표 바뀐 점 결과
알파고 제로 2017년 10월 네이처 인간 기보와 손으로 만든 특징 없이 규칙만 주고 무작위 수부터 자기 대국으로 학습. 정책망과 가치망을 하나의 잔차 신경망으로 합침. 롤아웃 없이 신경망 평가만 사용 3일 학습으로 알파고 리에 100:0, 40일 학습으로 알파고 마스터를 넘어섬[4][6]
알파제로 2017년 12월 arXiv, 2018년 사이언스 알파고 제로 알고리즘을 바둑 전용 요소 없이 일반화 24시간 학습으로 체스(스톡피시), 쇼기(엘모), 바둑(알파고 제로) 최강 프로그램을 이김[7]
뮤제로 2020년 12월 네이처 게임 규칙조차 주지 않고, 탐색에 필요한 환경 모델(보상·가치·정책 예측)을 스스로 학습 아타리 57종에서 최고 성능, 바둑·체스·쇼기에서 알파제로 수준[8]

알파고 제로의 학습은 자기 대국과 탐색이 서로를 끌어올리는 구조다. 신경망이 다음 수 확률과 승자를 예측하고, 그 신경망을 쓴 탐색이 신경망보다 더 좋은 수를 고르며, 신경망은 다시 탐색의 선택과 실제 승패를 따라 하도록 학습된다.[4] 알파고 제로 공개 뒤 이를 재현한 공개 프로젝트(Leela Zero, 카타고 등)가 나왔고, 오늘날의 바둑 AI는 대부분 이 계열이다.

  • 인공지능 연구: 사람이 만든 규칙 대신 데이터와 자기 대국으로 학습한 신경망이 탐색과 결합하면, 사람의 직관이 중요하다고 여겨진 영역에서도 최고 수준에 오를 수 있음을 보였다. 이 '학습된 직관 + 탐색' 구조는 이후 구글 딥마인드의 알파폴드 같은 과학용 AI와, 추론 시간에 더 많이 계산해 답을 찾는 추론 모델 논의에서도 자주 비교 대상이 된다.
  • 바둑계: 알파고가 보여 준 수(이른 3·3 침입 등)[9]가 프로 기사들 사이에 퍼지면서 정석과 포석 이론이 크게 바뀌었고, AI로 연구하는 것이 프로 기사의 기본 훈련이 되었다. 이세돌은 2019년 11월 은퇴하며 "1등이 되더라도 이길 수 없는 존재가 있다"며 AI의 등장을 은퇴의 주된 이유로 꼽았다.[5]
  • 사회: 한국에서는 대국 이후 인공지능 교육과 산업 투자에 대한 관심이 크게 늘었고, '알파고'가 한동안 인공지능을 가리키는 대명사처럼 쓰였다.
  1. ↑ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Silver 외, 〈Mastering the game of Go with deep neural networks and tree search〉, Nature 529, 484~489쪽, 2016. doi:10.1038/nature16961
  2. ↑ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Google DeepMind, AlphaGo
  3. ↑ 3.0 3.1 The Verge, AlphaGo retires from competitive Go after defeating world number one 3-0, 2017-05-27
  4. ↑ 4.0 4.1 4.2 4.3 Silver 외, 〈Mastering the game of Go without human knowledge〉, Nature 550, 354~359쪽, 2017. doi:10.1038/nature24270
  5. ↑ 5.0 5.1 연합뉴스, (Yonhap Interview) Go master Lee says he quits unable to win over AI Go players, 2019-11-27
  6. ↑ DeepMind, AlphaGo Zero: Starting from scratch, 2017-10-18
  7. ↑ Silver 외, 〈Mastering Chess and Shogi by Self-Play with a General Reinforcement Learning Algorithm〉, 2017. arXiv:1712.01815
  8. ↑ Schrittwieser 외, 〈Mastering Atari, Go, chess and shogi by planning with a learned model〉, Nature 588, 604~609쪽, 2020. doi:10.1038/s41586-020-03051-4
  9. ↑ DeepMind, Innovations of AlphaGo, 2017-04-10
  • Google DeepMind, AlphaGo
  • Silver 외, 〈Mastering the game of Go with deep neural networks and tree search〉, Nature, 2016.
  • Silver 외, 〈Mastering the game of Go without human knowledge〉, Nature, 2017.