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UST 과학기술연합대학원대학교

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슈퍼컴퓨팅 실현하는 비대면 가상실험

  • 조회 : 180
  • 등록일 : 2020-11-01
슈퍼컴퓨팅 실현하는 비대면 가상실험의 대표사진

과학 인사이트

슈퍼컴퓨팅 실현하는 비대면 가상실험

조금원 KISTI 캠퍼스 대표교수(부원장)

4차 산업혁명 시대에는 슈퍼컴퓨팅, AI 같은 첨단 지능정보 인프라와 활용이 기업과 조직의 발전에 생존조건이 되고 있다. 슈퍼컴퓨팅은 초고성능컴퓨팅 또는 HPC(High Performance Computing) 등으로 혼재되어 사용되고 있다. 이번 기회를 통해 이들 용어에 대한 정의를 먼저 소개하고자 한다. 초고성능컴퓨터(초고성능컴퓨터법 제2조)는 대용량 데이터를 초고속으로 생산?처리?활용할 수 있는 컴퓨터로 슈퍼컴퓨터와 동일한 용어이며, 통상적으로 Top500 리스트(www.top500.org)의 500위 이내 성능을 가지는 비분산형 컴퓨팅 시스템이다. 초고성능컴퓨팅(또는 슈퍼컴퓨팅)은 초고성능컴퓨터나 초고성능컴퓨터 기술을 이용한 고용량, 고속의 전산망의 활용, 특수 목적의 실현시스템 구축, 응용 및 시스템 소프트웨어, 대용량 데이터 관리 등을 포함하는 컴퓨팅, 통신 및 정보기술을 말한다. 쉽게 표현하면, 슈퍼컴퓨팅의 ‘팅(ting)’은 슈퍼컴퓨터라는 HW 인프라에 전문연구와 활용, 교육 등을 포함하는 포괄적인 용어이다. 일반 연구자들이 보유하고 있는 대형서버급 컴퓨터가 고성능컴퓨터(HPC, High Performance Computer)이며, 일반 PC에서 수행할 수 없는 병렬계산과 시뮬레이션, AI, 빅데이터 분석 등이 가능한 장비이다.

올해 NAVER가 슈퍼컴퓨터를 도입하였다고 발표하였다. AI 분야에 활용할 초거대 언어모델 구축에 활용함으로써, AI 기술 경쟁력을 한 단계 끌어올린다는 계획이라고 한다. MS사는 세계 5위 수준의 슈퍼컴퓨터(28만여 개의 CPU와 1만 개의 GPU를 장착)를 구축하여, 약 3,000억 개의 자연어를 처리할 수 있는 GPT-3를 지난 6월에 공개하였다. 이러한 슈퍼컴퓨터는 1980년대부터 기초과학연구에 연구에 집중 활용되어 혁신적인 과학적 성과를 거두었다. 20세기 물리학계에 등장한 양자역학을 적용한 가우시안이라는 프로그램을 개발한 영국 케임브리지대학 존 포플 교수는 노벨상을 받았고, 2013년에는 분자역학 계산과학 SW(CHAMM)를 개발한 마르틴 카르플루스 하버드대 교수 등도 노벨상을 받았다. 자동차 엔진개발, 항공기 설계 등 항공, 기계, 조선, 토목, 건축 등에서 슈퍼컴퓨터를 활용하는 일은 일반화되고 있다. 2020년 9월 Hyperion Research에서 발간한 백서를 통해 HPC 기술의 투자 수익률(ROI, Return On Investment)이 4,300%에 달한다고 발표하였다. 1달러 투자로 44달러의 효과가 있다는 것이다.

슈퍼컴퓨팅을 활용한 고정밀 비대면 가상실험의 대표사례로 블랙홀 연구가 있다. 이론적으로 증명된 블랙홀의 존재를 슈퍼컴퓨터를 통해 재현 및 예측하는 연구를 통해 많은 성과를 도출하였으며, 실제 관측 성공으로 이어지게 되었다. 가상 핵실험도 고정밀 비대면 가상실험의 대표사례이다. 미국은 2002년도에 슈퍼컴퓨팅을 활용한 계산과학연구를 통해, 핵무기 1, 2차 폭발의 3차원 해석에 성공하였고, 2007년도에는 가상실험을 통해 탄두 인증도 완료하였다. 이제는 개발된 고정밀·다학제 가상실험용 계산과학 SW를 상용화하여 기업을 육성시키고 있다. 교육 분야에서도 슈퍼컴퓨팅과 계산과학 SW를 활용하는 EDISON(www.edison.re.kr) 시스템이 비대면 교육에 널리 활용되고 있다. 국내 이공계 대학(원)생 들이 실제 실험을 최소화하고 컴퓨터와 전문분야(예: 나노, 화학 등) 계산과학 SW를 활용하여 열유체, 나노물리, 화학, 구조해석, 도시환경, 설계, 의학 분야의 비대면 실습을 할 수 있게 되었다. UST 학생들도 접속하여 학습에 활용해 보길 바란다.

AI와 데이터의 발전으로 과학기술 연구의 패러다임이 실험, 이론에서 대용량 데이터를 분석하는 데이터 집약형 연구방법으로 전환(관찰과 수리모델 중심 → 계산과 데이터 융합의 첨단계산과학)되고 있으며, 대용량 데이터 분석·처리를 위한 슈퍼컴퓨팅 활용이 대폭 증가하고 있다. 실제로 유럽 CERN 연구소에서 약 10조 개의 양성자 충돌 실험을 통해 획득한 데이터(약 60PB)를 분석하여 힉스 입자를 발견하였고, AI와 슈퍼컴퓨팅을 통해 힉스입자 발견을 가속화 한다는 전략을 발표하기도 하였다. 제조업도 패러다임 변화에 따른 제품설계·개발·테스트·검증을 위한 중요 수단으로 슈퍼컴퓨팅과 데이터 분석을 적극적으로 도입하고 있다. Goodyear는 슈퍼컴퓨팅을 활용하여 타이어 제품설계 기간 단축(3년?1년) 및 비용절감(40%?15%)(미국 정보기술혁신재단, ’16)을 달성하였다. 기업들은 제조업 디지털 혁신을 위해 생산공정 결함 분석·예측 등에 슈퍼컴퓨팅 활용을 확대하고 있다.

비대면이 일상화되고 있는 뉴노멀시대에 연구와 교육, 제조업 디지털 혁신에 슈퍼컴퓨팅과 첨단계산과학을 통해 역량을 높일 수 있기를 바란다.

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