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2019. 9. 11. 03:13

미국 텍사스주립대 오스틴 캠퍼스의 텍사스 첨단 컴퓨팅 센터(Texas Advanced Computing Center: TACC)가 전 세계에서 5번째로 빠른 슈퍼컴퓨터 ‘프론테라(Frontera)’를 공개하고 본격 가동에 들어갔다. 프론테라는 2018년 미국 국립과학재단(National Science Foundation: NSF)으로부터 6,000만 달러를 지원받아, 과학 및 엔지니어링 연구에 활용할 페타 스케일 슈퍼컴을 제작하는 프로젝트를 통해 탄생했다. 

 

2019년 6월부터 초기 가동에 들어간 프론테라는 앞으로 미국 국립과학재단의 PCRA(Petascale Computing Resource Allocation) 프로그램을 통해, 프론테라에서 사용 가능한 최대 시간의 80%를 연구 목적으로 사용할 수 있도록 제공하게 된다. 프론테라의 이론상 연산속도(Rpeak)는 일초에 38.75페타플롭(Petaflop), 린팩(LINPACK) 벤치마크로 측정한 최대속도(Rmax)는 23.5페타플롭이다.

 

텍사스주립대 오스틴 캠퍼스의 텍사스 첨단 컴퓨팅 센터에 구축된 슈퍼컴퓨터 프론테라. 전 세계에서 5번째로 빠른 슈퍼컴으로 학술 연구 목적으로 개발된 슈퍼컴 중에서 가장 빠르다. 일 초에 38.75페타플롭의 연산을 수행할 수 있는 페타 스케일 슈퍼컴이다.(사진:인텔 & 엔비디아)

 

페타는 10의 15제곱을 의미하는, 1,000조를 뜻한다. 그러니까 1페타플롭의 연산이 가능하다는 것은, 1초에 1,000조 번 연산을 수행할 수 있다는 뜻이다. 페타플롭급 연산이 가능한 슈퍼컴퓨터를 페타 스케일 컴퓨터라고 하며, 전 세계 슈퍼컴퓨터 순위를 집계하는 TOP500 목록에 이름이 올라있는 슈퍼컴은, 현재 모두 페타 스케일 슈퍼컴이다. 프론테라는 전체 순위에서 5위지만, 학술용으로 개발된 슈퍼컴 중에서는 가장 빠르다. 

 

프론테라 시스템 개발과 구축에는 델 테크놀로지(Dell Technologies), 인텔(Intel), 멜라녹스 테크놀로지(Mellanox Technologies), 데이터다이렉트 네트웍스(DataDirect Networks), 엔비디아(NVIDIA), IBM, 쿨IT(CoolIT), 그린 레볼루션 쿨링(Green Revolution Cooling) 등의 업체와 TACC의 연구원들이 참여했다. 

 

프론테라는 1개의 기본 컴퓨팅 시스템(Primary Compute System)과 2개의 서브 시스템으로 구성되어 있다. 기본 컴퓨팅 시스템은 인텔 제온 플래티넘 8280 프로세서가 탑재된 델 EMC 파워엣지(PowerEdge) 서버들로 구성되어 있다. 델 EMC 서버에 사용된 프로세서는 2.7GHz의 클록 속도로 동작하고 소켓당 28개의 코어를 내장한, 인텔 제온 플래티넘 8280 CPU가 사용됐다. 메모리는 인텔의 옵테인 DC 퍼시스턴트를 탑재했다.

 

서브 시스템은 리퀴드 서브머지드 시스템과(Liquid Submerged System) 롱혼(Longhorn)으로 구성되어 있다. 리퀴드 서브머지드 시스템은 GRC가 개발한 수냉식 ICEraQ 랙(Rack) 시스템에 360개의 엔비디아 쿼드로(Quadro) RTX 5000을 탑재하고, 멜라녹스 인피니밴드 HDR-100을 통해 네트워크로 연결했다. IBM이 구축한 롱혼 서브 시스템에는 448개의 엔비디아의 텐서 코어 GPU가 사용됐다. 전체 컴퓨팅 노드 수는 8008개다.

 

프론테라는 지난 6월부터 천문학, 기후 모델링, 신약 개발 등의 연구를 수행하는 30개 이상의 팀에 대한 지원을 시작했다. 앞으로 프론테라는 의학, 인공지능, 양자 역학, 기계 공학 등 다양한 분야의 연구를 지원할 예정이다. 현재 프론테라를 통해 진행되고 있는 초기 프로젝트로는 멀리 떨어져 있는 별이 미치는 영향에 대한 이해, 신경 교종 진단과 치료, 신경망 양자화학 훈련, 신종 바이러스 퇴치 등이 있다. 

 

천문학 연구에서는 100TB 이상의 초대용량 데이터 세트 작업이 드문 일이 아니다. 슈퍼컴퓨터를 구성하는 고성능 GPU를 이용한 가속과 인공지능은, 이러한 대규모 데이터 세트에서 신호와 잡음을 분리하고, 우주에서 일어나는 현상을 시뮬레이션하는 데 유용하게 활용된다. 로체스터공과대학의 마누엘라 캄파넬리 천체물리학 교수는 프론테라를 활용해, 중력파에 대한 시뮬레이션을 개발하고 있다.

 

의료 영상 분석에서 딥 러닝 도구를 사용하면, 뇌종양의 일종인 신경교종을 더욱 효과적으로 진단할 수 있다. 텍사스주립대 오스틴 캠퍼스의 조지 비로스 교수는 프론테라를 활용한, 뇌종양 발병의 복잡한 생체물리학 모델을 구축하고 있다. 신약을 개발하는 과정에서 새로운 후보 물질의 분자 구조를 계산하고 식별하는 과정은 많은 시간과 비용이 소요된다. 

 

이 과정에서 슈퍼컴퓨터의 빠른 시뮬레이션 성능은, 실험 시간을 줄이고 시험 후보 물질을 좁히는 데 유용하게 활용된다. 미국 버지니아대 분자 생리학 의공학 부교수인 피터 카슨은 신종 바이러스 연구와 새로운 항바이러스 치료제 개발에 프론테라의 도움을 받고 있다. 카슨 교수 연구팀은 프론테라를 활용해 컴퓨터로 모델링한 바이러스의 상호작용 메커니즘을 시뮬레이션하고 있다. 

 

아울러 많은 양의 데이터를 수집하고 분석한 후, 인공지능 모델을 적용해 도시의 혼잡 지역을 식별하고, 안전 문제를 효과적으로 해결할 수 있도록 해주는 스마트 도시 계획에도 프론테라를 활용할 수 있다. 이 밖에도 날씨, 기후, 조류, 해류 등 복잡한 자연 시스템의 상호작용을 분석하거나, 지진이나 해일과 같은 자연재해 예측 연구에 프론테라의 도움을 받을 수 있다.

 

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