Jeffrey Erickson | Senior Writer | 2025년 11월 14일
'열심히 할수록 쉬워 보인다'는 아이스하키 스타 Jonathan Toews의 말은 유사성 검색에도 적용할 수 있습니다. 겉보기에는 쉬워 보입니다. 단 몇 초 만에 답변과 추천을 제시하니까요. 그러나 이 검색 기법 이면의 복잡한 데이터 흐름, AI 시스템, 컴퓨팅 파워는 만만치 않습니다. 대규모 데이터 세트에서도 유사 항목을 빠르게 찾아내는 유사성 검색은 자연어 처리, 추천 시스템, 사기 탐지, 검색 엔진은 물론 신약 개발과 같은 새로운 산업 사용 사례와 관련하여 핵심적인 역할을 수행합니다. 이 민첩한 기술은 어떻게 수많은 비정형 데이터를 빠르게 검색하는 것일까요? 오랫동안 사용된 키워드 검색과의 차이점은 무엇이고, 두 기술이 서로를 보완하는 방법은 무엇일까요? 본문을 통해 유사성 검색에 대한 자세한 정보를 확인해 보세요.
최근접 이웃 검색(nearest neighbor search)으로도 지칭되는 유사성 검색은 데이터 세트 내에서 질의 항목과 가장 유사한 항목을 찾는 기법으로서 정보 검색과 데이터 분석 분야에서 사용됩니다. 이는 주어진 질의와 같은 특성을 공유하는 객체, 문서, 이미지, 기타 데이터 포인트를 식별하는 것이 목표인 애플리케이션에 유용합니다. 이미지 검색 엔진이나 스트리밍 서비스의 콘텐츠 추천 같은 애플리케이션에서 유사성 검색을 사용합니다.
유사성 검색 시스템은 데이터 세트의 각 항목에 대해 벡터라는 수치 집합을 만듭니다. 벡터는 항목별 특성을 수치로 표현합니다. 따라서 데이터 세트가 이미지, 텍스트, 오디오, 비디오 등 어떤 형식의 데이터로 구성되어 있어도 컴퓨터가 현실의 개념과 대상을 수치적으로 이해할 수 있게 됩니다.
이렇게 다양한 데이터를 표현하는 벡터는 벡터 데이터베이스에 저장되고, 벡터 인덱스가 생성되어 빠른 검색이 가능해집니다. 데이터 세트에 대한 질의가 입력되면 데이터베이스에 저장된 벡터를 만들 때 사용한 것과 같은 알고리즘으로 질의에 사용된 용어가 나타내는 특징과 개념에 대한 임베딩 벡터가 생성됩니다. 이후 데이터베이스는 알고리즘을 사용해 데이터 세트에서 해당 질의와 가장 가까운 매치를 찾습니다.
이러한 유형의 검색은 문서의 키워드나 이미지의 픽셀이 아니라, 객체의 속성이나 항목이 표현하는 개념적 아이디어로 항목을 매칭하므로 '시맨틱(의미) 검색'이라고 부르기도 합니다. 유사성 검색은 매우 큰 데이터 세트로부터도 빠르고 정확한 검색 결과를 제공할 수 있으므로 자연어 처리, 이미지 인식, 콘텐츠 기반 필터링 같은 AI 기반 시스템에 필수적으로 사용됩니다.
유사성 검색과 전통적 키워드 검색의 장점을 모두 활용하는 비즈니스 애플리케이션도 흔합니다. 예를 들어 가격과 재고 같은 최신 비즈니스 정보에 기반한 추천 시스템이 좋은 예입니다. 이같은 기능은 전문 벡터 데이터베이스와 기존 데이터 저장소 간의 데이터 이동을 통해, 또는 벡터와 관계형 데이터를 네이티브로 처리하는 멀티모달 데이터베이스를 통해 구현할 수 있습니다.
전통적 검색은 사용자가 요청한 대상과 일치하는 대상을 찾는 것이고, 유사성 검색은 보유 중이거나 질의한 대상과 가장 유사한 대상을 찾는 것입니다.
전통적 검색은 특정 키워드나 기준에 기반해 정형 데이터에서 정확한 일치 또는 관련도가 높은 항목을 찾는 데이터베이스 쿼리에 자주 사용됩니다. 예를 들어 '샌프란시스코 라멘 맛집'을 검색하면 전통적 검색 엔진은 해당 키워드와 미리 정의된 연관 용어가 포함된 웹페이지, 그리고 아마도 숫자로 표현되는 순위를 표시할 것입니다. 전통적 검색은 정확한 결과를 제공하고 질의어를 직접적으로 다루는 데 집중합니다.
유사성 검색은 개념적 또는 구조적으로 질의와 가장 가까운 항목을 찾는 데 집중합니다. 이미지, 텍스트, 복잡한 데이터 포인트 등 비정형 또는 반정형 데이터 검색에 유용합니다. 자신의 사진과 비슷한 이미지를 찾는다면, 유사성 검색은 풀밭, 마천루, 색상, 표현된 감정 등 사진과 완전히 동일하지는 않지만 시각적 특징이나 패턴을 공유하는 이미지를 찾아냅니다. 문서 검색 시스템은 키워드가 정확히 일치하지 않더라도 유사한 주제를 다루거나 비슷한 언어를 사용하는 기사를 찾아낼 수 있습니다. 라멘 맛집을 찾는 경우 리뷰에 포함된 텍스트의 벡터를 사용한 유사성 검색을 수행할 수 있습니다.
주요 차이점
전통적 검색과 유사성 검색의 주된 차이점은 각 검색 방식의 목표, 사용 데이터 유형, 수학적 기법, 적합한 사용 사례 등 여러 관점을 통해 살펴볼 수 있습니다. 앞서 언급했듯이 전통적 검색은 특정 키워드나 기준에 기반해 정확히 일치하거나 관련도가 높은 항목을 찾는 반면, 유사성 검색은 질의 내용과 개념적, 구조적으로 유사한 항목을 찾는 데 집중합니다.
전통적 검색은 행과 열로 구성된 재고, 인사 기록과 같이 엔터프라이즈 애플리케이션에서 흔히 사용되는 정형 테이블 데이터를 사용하고, 유사성 검색은 이미지, 오디오, 복잡한 데이터 포인트처럼 JSON 형식으로 표현되는 경우가 많은 비정형, 반정형 데이터를 더 잘 처리합니다.
두 검색 방식의 수학적 기반은 서로 다릅니다. 전통적 검색은 불리언 로직, 키워드 매칭, 랭킹 알고리즘에 의존해 데이터 세트 내 항목의 관련성을 판단합니다. 반면 유사성 검색은 코사인 유사도, 유클리드 거리, 자카드 유사도 등의 벡터 거리 지표를 사용해 인덱싱된 항목 간의 유사도를 수치화합니다. 해당 지표들에 대해서는 뒤에서 더 자세히 설명하겠습니다. 짐작할 수 있듯이 전통적 검색은 비즈니스 정보 검색 시스템에서 데이터베이스 질의와 정확히 일치하는 결과가 필요한 경우 주로 사용되고, 유사성 검색은 추천 시스템, 이미지 인식, 콘텐츠 기반 필터링 등에 사용됩니다.
주목할 만한 점은 많은 비즈니스 사례에서 검색 증강 생성(RAG) 기술이 탑재된 시스템은 두 질의 방식을 LLM과 함께 사용해 시맨틱 검색 결과를 최신 기업 데이터와 결합함으로써 가장 정확하고 유용한 출력을 제공합니다. 예를 들어, 추천 엔진은 유사성 검색으로 아이템을 매칭하고, 전통적 SQL 쿼리로 가격과 재고 데이터를 가져와 LLM에 제공함으로써 모든 검색 결과를 바탕으로 이해하기 쉬운 자연어 답변을 생성합니다.
핵심 요점
유사성 검색은 데이터 세트로부터 질의 항목과 가장 유사한 항목을 빠르게 찾을 수 있는 데이터 과학 및 머신러닝 기법입니다. 유사성 검색 시스템은 데이터 세트에 저장된 이미지, 텍스트, 오디오 파일 등의 유사성을 어떻게 알 수 있을까요? 시스템은 정교한 AI 모델을 통해 각 항목의 현실 세계에서의 특징을 수치화하여 수학적으로 평가할 수 있도록 만듭니다. 특정 항목을 설명하는 숫자 묶음을 벡터 임베딩이라고 부릅니다. 벡터 임베딩은 비정형 데이터에 담긴 개념과 대상을 컴퓨터가 다룰 수 있는 수치로 표현합니다. 벡터 데이터베이스는 방대한 벡터를 저장, 인덱싱, 검색할 수 있으며 각 벡터는 고차원 공간에서 개별 항목을 나타냅니다. 벡터를 활용해 두 개의 항목이 서로 얼마나 가깝거나 유사한지를 수학적으로 판단할 수 있습니다.
다음 단계로 시스템은 유클리드 거리, 코사인 유사도, 자카드 유사 등의 잘 알려진 거리 메트릭을 기준으로 가장 가까운 위치의 일치하는 항목을 식별합니다. 유사성 검색 시스템을 개발하는 데이터 과학자는 이상 탐지, 상품 추천, 자연어 처리 등 시스템의 목적과 데이터 유형에 부합하는 지표 및 검색 알고리즘을 선택합니다. 예를 들어 근사 최근접 이웃(ANN) 알고리즘은 속도를 위해 정확도를 일부 희생함으로써 유사성 검색을 가속할 수 있도록 설계되었습니다. 이는 수십억 개에 달하는 항목으로 구성된 대규모 데이터 세트 검색에 특히 유용합니다. 대표적 ANN 방법으로는 트리 구조를 활용해 효율적인 검색을 제공하는 오픈 소스 라이브러리인 Annoy, 수십억 단위의 벡터를 다루기 위한 고급 인덱싱 기법을 사용하는 Faiss 등이 있습니다.
유사성 검색은 질의와 데이터 세트 항목 간의 유사한 특징을 식별하는 방식으로 작동합니다. 주로 벡터 임베딩, 인덱싱, 최근접 이웃 검색 등의 기법을 사용합니다. 관련 단계들에 대한 자세한 설명은 다음과 같습니다.
유사성 검색은 특히 비정형 데이터를 다루는 특정 애플리케이션을 위한 강력한 도구입니다. 다만 그 한계를 이해하고, 해결하고자 하는 과제에 맞는 기법과 지표를 선택하는 것이 중요합니다.
유사성 검색의 핵심 개념을 이해하는 것은 애플리케이션에 이 기술을 효과적으로 구현, 활용하기 위한 필수 요소입니다. 유사성 검색은 다음과 같은 기법과 기술을 함께 활용해 사용자가 원하는 결과를 제공합니다.
벡터 표현은 저장된 콘텐츠의 특징과 속성을 다차원 공간의 수치 벡터로 변환하는 과정입니다. 벡터는 텍스트의 단어 의미, 이미지의 시각 요소, 오디오의 패턴 등 데이터 항목의 본질을 포착합니다. 결과적으로 각 항목의 특징을 설명하는 벡터 임베딩들이 생성됩니다. 벡터 데이터베이스는 데이터와 질의 모두에 관한 벡터를 생성하고, 벡터 표현을 활용해 항목과 질의 간의 근접도를 효율적으로 측정, 비교할 수 있습니다.
벡터 간 유사성, 비유사성을 수치화하기 위한 거리 지표들은 유사성 검색의 필수 요소입니다. 어떤 거리 메트릭을 선택할지는 데이터의 특성과 애플리케이션의 요건에 좌우됩니다. 대표적 거리 지표로는 두 점 사이의 직선 거리를 재는 유클리드 거리, 두 벡터의 각도 코사인을 통해 방향 유사성을 평가하는 코사인 유사도, 크기가 달라도 벡터에 표현된 특성 집합을 비교하는 데 유용한 자카드 유사도 등이 있습니다.
기업은 자사의 애플리케이션을 통해 달성하고자 하는 최종 목표에 부합하는 유사성 검색 기법을 선택합니다. 예를 들자면 이상 탐지, 이미지 검색, 자연어 처리 중 무엇을 위한 시스템을 구축하고자 하나요? 선택한 기법들은 앞서 언급한 거리 지표를 활용해 지정된 과업을 수행합니다. 일반적으로 사용되는 두 가지 기법은 KNN과 ANN입니다.
K-최근접 이웃(K-nearest neighbors, KNN): KNN 기반 유사성 검색에서는 질의 벡터를 데이터 벡터 집합과 비교하고, 유클리드 거리나 코사인 유사도 같은 지표를 기준으로 질의에 가장 가까운 'k' 데이터 포인트들을 식별합니다. KNN은 벡터 공간에서 유사한 데이터들이 서로 가깝게 위치한다는 가정하에 데이터 세트 내 가까운 이웃들과의 비교를 통해 새 데이터 또는 질의의 범주 또는 값을 예측합니다.
KNN은 질의와 데이터 세트의 모든 데이터 간 거리를 계산하므로 특히 대규모 데이터 세트에서의 연산 비용이 큽니다. 그럼에도 KNN은 추천 시스템, 이미지 인식, 이상 탐지 등 많은 애플리케이션에 효과적입니다.
근사 최근접 이웃(approximate nearest neighbor, ANN): ANN은 모든 데이터 포인트들과의 정확한 거리를 계산하지 않고도 특정 질의를 나타내는 벡터에 매우 가까운 요소를 효율적으로 찾을 수 있는 유사성 검색 기법입니다. ANN은 정확한 최근접 이웃 검색시 과도한 연산 비용이 발생하는 대규모 데이터 세트에 적합합니다. 지역 민감 해싱(locality-sensitive hashing, LSH)이나 트리 기반 방법 등의 ANN 알고리즘은 차원을 축소하거나 인덱스 구조를 사용해 후보를 빠르게 압축함으로써 근사 검색을 수행합니다. 결과가 완벽히 정확하지는 않아도 실용적 측면에서는 충분히 근접한 경우가 많습니다. ANN은 이미지 검색, 자연어 처리 등에서 널리 사용됩니다.
유사성 검색은 여러 유형의 애플리케이션에 널리 사용됩니다. 스트리밍 서비스의 추천이나 검색 엔진의 답변 도출 과정에도 유사성 검색이 사용됩니다. 또한 금융, 데이터 보안 등의 백엔드에서도 사용됩니다. 대표적 활용 분야는 다음과 같습니다.
유사성 검색을 효율적으로 구현하도록 설계된 다양한 도구와 라이브러리가 존재하지만, 그 접근 방식과 기능은 서로 다릅니다. 구체적인 사용 사례는 다음과 같습니다:
귀사의 애플리케이션에 유사성 검색을 사용 중이거나 도입을 계획하고 있으신가요? 만약 그렇다면, AI를 사용하기 위해 데이터를 다른 장소로 가져가지 마세요. Oracle 솔루션은 단순화된 엔터프라이즈급 아키텍처를 통해 AI와 유사성 검색을 귀사의 비즈니스 데이터가 저장된 곳으로 직접 가져옵니다.
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Oracle AI Vector Search는 문서 로드, 변환, 청킹, 임베딩, 유사성 검색, LLM 기반 RAG 등의 다양한 기능을 제공하며 데이터베이스 내에서 네이티브로, 또는 API를 통해 사용할 수 있습니다.
Oracle Cloud Infrastructure(OCI) 상에 유사성 검색 시스템을 구축하면 귀사의 AI 애플리케이션을 지원하는 확장성, 성능, 고가용성, 보안 기능이 내장된 데이터 관리 플랫폼을 통해 엔터프라이즈용 AI를 활용할 수 있습니다.
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유사성 검색은 우리 회사에 어떤 이점을 제공하나요?
AI 벡터 검색 시스템을 사용하면 자연어 프롬프트로 데이터 저장소와 문서를 훨씬 쉽게 탐색할 수 있습니다. 또한 온라인 리테일 웹사이트의 추천 엔진과 같이 고객 서비스의 개인화에도 도움을 줍니다.
유사성 검색에 사용할 수 있는 데이터 유형은 무엇인가요?
유사성 검색은 벡터 임베딩이 포함된 모든 데이터에 사용할 수 있지만, 텍스트, 이미지, 비디오 및 오디오 파일과 같은 비정형 또는 반정형 데이터에 가장 자주 사용됩니다.
유사성 검색은 고객 경험을 어떻게 개선하나요?
유사성 검색은 고객의 선호도 및 과거의 선택을 기반으로 콘텐츠를 개인화 및 추천해 고객 경험을 개선합니다.
대규모 데이터 세트에 대한 유사성 검색은 얼마나 확장 가능한가요?
유사성 검색은 매우 유연하고 확장 가능한 검색 방법입니다. 유사성 검색은 쿼리와 유사한 항목을 쉽게 찾고 반환할 수 있도록 벡터 데이터를 인덱싱하여 대규모 데이터 세트를 처리합니다.