슈퍼컴퓨터의 세계 - 과거, 현재, 그리고 미래

슈퍼컴퓨터를 연구하고 다루고 있는 모습

 

서론

슈퍼컴퓨터의 세계는 인간의 오랜 숙제인 빠른 연산의 단순화를 위한 연구의 결과로 지속적인 발전을 거듭해 오고 인공지능분야를 접목해 데이터의 효율적인 운영에 커다란 도움을 받게 된 과정을 알아봅니다.

 

1. 유래나 기원 또는 역사 :
슈퍼컴퓨터는 미국 CDC의 세이무어 크레이가 1964년 개발한 CDC 6600(크레이-1)에서 출발합니다. 이후 슈퍼컴퓨터는 과학,공학, 의학 등에서 복잡다단한 계산을 수행하는 데 사용되었습니다.
1988년 한국과학기술연구원(KIST) 산하 시스템공학연구소에서 슈퍼컴퓨터의 도입과 발명이 시작되었습니다.

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2. 구성 및 분야 :
슈퍼컴퓨터는 엄청나게 많은 데이터를 초고속으로 처리할 수 있는 수백만 개의 프로세서를 갖춘 대형 컴퓨터로 병렬 처리와 분산 컴퓨팅 기술을 활용합니다. 기상 예측을 통한 날씨 예보, 이를 기반으로 한 기후 모델링, 물리학, 입자물리,천문우주, 바이오인포매틱스 등 다양한 분야에서 활용됩니다.
최근에는 빅데이터와 인공지능(AI) 등 많은 계산양이 필요한 기술의 활용 범위가 넓어지면서 중요성이 더불어 커지고 있습니다

 

3. 세부사항 :

슈퍼컴퓨터는 엄청난 속도처리를 가진 여러 대의 프로세스를 사용해 과학분야의 대용량 데이터처리에 도움을 주고 있습니다.
현재 슈퍼컴퓨터는 엑사플롭스(10의 18승 플롭스) 수준의 연산 성능을 달성하고 있습니다. 또한, 빅데이터 처리를 위한 기능 와 AI기능이 탑재되어 있습니다.
슈퍼컴퓨터는 일반 서버에도 사용되는 표준 아키텍처,범용 CPU, 리눅스 OS 같은 오픈 소스 SW 등 표준적인 기술을 사용하는 것이 일반화되었습니다. 이러한 기술은 신속하고 정확한 계산 성능을 제공하며, 과학, 엔지니어링, 비즈니스 분야의 복잡다단한 문제를 해결하는 데 사용됩니다.

 

근래 가장 성능이 좋은 건 미국오크리지 국립연구소소속 컴퓨터인 로 2022년 기준 세계 최초의 엑사플롭스급 슈퍼컴퓨터인 프런티어(Frontier)이며, 린팩 실성능 기준1.1 엑사플롭스 입니다.

현대 슈퍼컴퓨터들이 대부분 페타플롭스 수준의 계산능력을 가지고 있는 데 반해 엑사는 10의 18승에 달합니다. 페타는 10의 15승을 뜻하며, 페타플롭스는 1초에 1015번의 부동소수점 계산을 할 수 있는 초당 1000조번의 계산을 하는 성능입니다. 예를 들자면 17.590 페타플롭스의 성능을 가진 Titan은 초당 1경 7590조 번의 연산능력을 가지고 있는 것이기에 2022년 6월 기준 1위인 프런티어는 약 1102 페타플롭스의 성능을 가지고 있습니다.

4. 장단점 :
슈퍼컴퓨터의 장점은 엄청난 계산 성능과 대용량 데이터 처리 능력 뿐만 아니라 높은 안정성입니다. 그래서 연산에 하자가 생겨서는 안 되는 중요한 연구를 할 때 사용됩니다. 반면, 에너지 소모가 크며, 구축 비용이 매우 높고, 복잡한 시스템 관리가 필요한 것이 단점입니다. 또한 오랜 개발시간, 큰 부피, 큰 비용이 든다는 점이 있습니다

5. 사회적 영향과 향후 전망 :
슈퍼컴퓨터는 직장에서 업무의 고속화와 능률화 , 그리고 우리 사회에 인터넷을 통한 문화생활과 교육 등으로 삶을 윤택하게 했습니다. 그러나 기계가 인간의 역할을 침범하여 일자리 상실, 인간의 (사회적) 역할 감소, 인간의 차별성인 감성적 특성 상실 등이 우려됩니다. 많은 우려에도 불구하고 미래에는 슈퍼컴퓨터의 성능 향상에 따른 AI 기술의 발전이 병행되어, 더욱 복잡한 문제를 해결하는데 도움을 줄 것으로 예상됩니다.


6. 개선을 위한 대응과 대처방법 :
슈퍼컴퓨터의 성능 향상을 위해서는 프로세서 기술의 발전, 에너지 효율성 개선, 그리고 병렬 처리와 분산 컴퓨팅 기술의 발전이 필요합니다. 그리고 쾌적한 환경조성과 안정된 전원공급이 유지되어야 합니다. 또한, 슈퍼컴퓨터를 활용한 연구, 개발에 대한 지원도 중요합니다.
슈퍼컴퓨터의 성능을 개선하기 위해선 조각화된 데이터를 다시 정렬해서 디스크 및 드라이브를 더 효율적으로 사용할 수 있도록 효과적인 디스크 조각 모음을 수행하는 것이 중요합니다.

7. 활용방법 :
슈퍼컴퓨터는 복잡한 기술적, 과학적 문제를 해결하는 데 활용됩니다. 대형 데이터 센터, 연구 기관, 대학 등에서 활용되며, 특히 기후 모델링, 기상 예측, 유전체 분석, 입자물리, 생명공학, 의료연구, 천문학 등의 첨단 과학기술분야에서 중요한 역할을 합니다. 또한 실험이 매우 어렵거나 불가능한 에너지분야나 국방, 안보분야 와 같은 가상핵실험 등에서도 많이 사용되었습니다.

8. 슈퍼컴퓨터 분야에서 가장 활발하게 연구하고 있는 학교, 교수, 기업에 대해 알아보겠습니다.

학교, 연구소 :

츠카우바 대학교
MIT (매사추세츠 공과대학교)
스탠퍼드 대학교
KAIST (한국과학기술원)
광주과학기술원 (GIST): GIST는 'Dream-AI&rsquo라는 슈퍼컴퓨터를 운영하고 있습니다.
한국과학기술정보연구원 (KISTI): KISTI는 슈퍼컴퓨터 5호기 '누리온&rsquo을 운영하고 있으며, 이는 세계 슈퍼컴퓨터 순위에서 49위를 차지하고 있습니다.
삼성종합기술원: 삼성종합기술원은 'SSC-21&rsquo 과 'SSC-21 Scalable Module&rsquo이라는 두 대의 슈퍼컴퓨터를 운영하고 있습니다.
기상청: 기상청은 '구루 (GURU)'와 '마루 (MARU)'라는 두 대의 슈퍼컴퓨터를 운영하고 있습니다.

교수 :

데이비드 쿠셔 (MIT)
존 헨리스 (스탠포드 대학교)
사토시 마츠오카 (츠카우바 대학교)
김종원 GIST AI대학원 교수: 김종원 교수는 슈퍼컴퓨터를 공동으로 활용하는 시스템을 만들어야 한다고 지적하였습니다.
권기석 과기정통부 원천기술과장: 권기석 교수는 초고성능컴퓨팅 전문 인력을 양성할 수 있도록 전문대학원 4곳 설립을 검토하고 있다고 밝혔습니다.
장 센터장: 장 센터장은 '국민의 안전을 지키는 국가기상슈퍼컴퓨터&rsquo라는 주제로 강연하였습니다.
민 소장: 민 소장은 '혁명과 낭만의 과학, 그리고 과학사 속의 계산과학자들&rsquo이라는 주제로 강연하였습니다.
윤동섭 (KAIST)

기업 :

IBM
크레이
휴렛 팩커드 엔터프라이즈
레노버
미국 오크리지 국립연구소 (ORNL) - ORNL의 프런티어&rsquo 는 세계 슈퍼컴퓨터 순위에서 2년 연속 1위를 차지하였습니다.
MKO : 소프트웨어 업체인 MKO는 NOK1&rsquo 이라는 슈퍼컴퓨터를 운영하고 있습니다.
SKT : SKT는 'Titan&rsquo 이라는 슈퍼컴퓨터를 운영하고 있습니다.
삼성전자 : 삼성전자는 슈퍼컴퓨터를 운영하고 있으며, 이는 세계 슈퍼컴퓨터 순위에서 상위권에 속하고 있습니다.

이 정보들은 2023년 현재의 상황을 반영하고 있습니다. 슈퍼컴퓨터 분야는 빠르게 발전하고 있으므로, 최신 정보를 얻기 위해서는 지속적으로 업데이트를 확인하는 것이 중요합니다.

9. 결론 :
슈퍼컴퓨터는 우리 사회의 다양한 분야에서 복잡한 문제를 해결하는 데 필요한 중요한 도구입니다. 그러나 그 활용과 발전에는 여전히 많은 도전이 있습니다. 이러한 기술의 발전을 위해서는 지속적인 연구 개발, 그리고 이에 대한 투자가 필요합니다. 그럼으로써 슈퍼컴퓨터를 더욱 효과적으로 활용하여 사회적 가치를 창출하고 미래를 위한 기초를 마련할 수 있을 것입니다.