- 엑사스케일 슈퍼컴퓨터 개발 위한 미국과 중국 현황 -

 

 

□ 슈퍼컴퓨터란 무엇인가

 

  ○ 슈퍼컴퓨터란 보통의 개인용 컴퓨터보다 연산 속도가 수백 배 혹은 수천 배 이상 빠른 컴퓨터. 즉 슈퍼컴퓨터는 수백에서 수천 개의 컴퓨터를 네트워크로 연결해 하나의 시스템처럼 동작을 시킴으로써 많은 양의 수치계산 또는 많은 양의 정보를 짧은 시간 안에 처리해야 할 때 사용함.

 

  ○ 일기예보의 정확도가 높아지는 것도 슈퍼컴퓨터의 성능이 좋아졌기 때문임. 항공기, 자동차 등을 개발할 때 컴퓨터 시뮬레이션을 이용해서 제품 설계 비용 및 기간을 대폭 단축할 수 있음. 또한, 석유 탐사에도 슈퍼컴퓨터를 이용해 탐사 비용을 줄일 수 있음.

  

  ○ 슈퍼컴퓨터의 성능은 'LINPACK'이라고 하는 벤치마킹 연산 프로그램을 수행할 때 1초에 몇 개의 계산을 수행하는지를측정하며, 이것을 플롭스(FLOPS)라는 단위로 표시함. 즉, 1테라 플롭스(Tera Flops)라고 하면 1초에 1조 번의 연산을수행하는 것을 의미하며, 1페타 플롭스(Peta Flops)는 1테라 플롭스보다 1000배 빠른 성능을 나타내는 단위이며, 현재고성능의 슈퍼컴퓨터급은 페타 플롭스를 지원하고 있음.

   - 최근 이세돌 9단과 바둑 대결을 했던 알파고 슈퍼컴퓨터의 성능은 약 0.2~0.3페타 플롭스로 추정하고 있음.

   - 세계 각 나라에서 보유하는 슈퍼컴퓨터 중 가장 성능이 좋은 500개의 시스템을 선정해 매년 6월과 11월에 순위를 발표하고 있음(www.top500.org).

  

  ○ 슈퍼컴퓨터의 성능은 1994년부터 2008년까지는 평균적으로 연간 99%씩 성장했으나 2008년부터는 매년 55%가량 성장하는 데 그침. 지속적인 성능 향상을 위해서는 극복해야 하는 기술적인 장벽들이 아직 많지만 미국, 중국 그리고 일본 등 슈퍼컴퓨터 선진국들의 노력은 계속되고 있음.

 

□ Top 500 슈퍼컴퓨터 국가별 현황 및 Top 5 성능 비교

  

  ○ 주요 국가별 슈퍼컴퓨터 보유 숫자 추세

   ※ 자료원: Top 500 list

 

  ○ Top 500에 속하는 슈퍼컴퓨터를 보유한 국가 중 중국이 2015년 11월부터 급격한 증가 추세를 보임.

    - 2016년 6월 기준으로  중국은 세계 1위 국가로 부상

    - 전통적인 1위 국가였던 미국은 매년 숫자가 감소하며 결국 2위로 추락

    - 한국의 경우는 2013년 4대 뿐이었으나 매년 증가해 2015년 11월에는 10개까지 올라갔으나, 2016년 6월 기준으로는 7대 보유 중

 

    

   ※ 자료원: Top 500

 

  ○ 2016년 6월 기준, Top 500 슈퍼컴퓨터 성능 비교

   - 가장 빠른 슈퍼컴퓨터는 중국 컴퓨터 개발 센터에서 발표한 Sunway TaihuLight 이며, 중국에서 자체 개발한 ShenWei(신성)라는 CPU 사용.

   - 2위 시스템은 3년 전 중국 국방 대학교에서 개발한 텐허-2이며, 출시 후 지금까지 세계 1위를 유지하고 있음.

   - 이번 결과는 중국이 슈퍼컴퓨터 분야에서 미국을 확실하게 앞서고 있다는 것을 보여줌.

   - 한국에서 보유 중인 가장 빠른 슈퍼컴퓨터는 기상청에서 사용 중인 Miri 시스템으로, 미국 크레이(Cray)에서 공급한 제품이며 성능은 세계 36위 수준임.

 

□ 엑사스케일링 슈퍼컴퓨터 전쟁

  

  ○ 엑사스케일(Exascale)은 1초당 100경 회 연산을 할 수 있는 엑사플롭스(Exaflops)급 슈퍼컴퓨터를 말함.

   - 1경(京)은 1조(兆)의 만 배. 엑사플롭스급 슈퍼컴퓨터는 인간의 뇌를 컴퓨터로 재현해 치매 등 뇌 질환의 치료법 개발에 활용될 수 있으며, 지구 온난화를 정확하게 예측하고 우주의 신비를 이해하는데도 필수적인 도구임.

  

 ○ 선진국들이 경쟁적으로 엑사플롭스급 슈퍼컴퓨터를 개발하는 이유는 다른 나라보다 더 빨리 자연과 사회 현상의 비밀을 알아내고, 문제 해결방안을 찾는 게 안보와 경제에 직결되기 때문

  

 ○ 현재 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터를 보유하고 있는 중국은 엑사스케일급 경쟁에서도 앞서기 위한 로드맵을 발표했으며, 이르면 2017년 늦어도 2018년까지 엑사스케일 슈퍼컴퓨터 프로토타입을 발표할 계획

 

 ○ 중국에 슈퍼컴퓨터 1등 자리를 빼앗긴 미국은 2015년 7월 오바마 대통령이 서명한 ‘국가전략컴퓨팅계획(NSCI)’에 따라 슈퍼컴퓨터 종주국으로서 지위를 지키기 위한 실행방안 등을 발표했으며, 10년 안에 엑사플롭스급 슈퍼컴퓨터를 개발하기로 함.

  

 ○ 2011년 Fujitsu사에서 개발한 K-system으로 세계 1위를 했던 일본도 엑사스케일 컴퓨터 개발을 위해 일본 정부에서 지원을 하고 있으며, 유럽연합(EU)에서는 ‘프레이스(PRACE) 프로젝트’를 출범해 투자를 늘리고 있음.

  

□ 엑사급 시스템 구현을 위해 넘어야 할 장벽

  

  ○ 첫 번째가 에너지 효율성임. 현실적인 운영비용등을 고려해 슈퍼컴퓨터의 전력소모를 20㎿ 이내로 맞추어야 함. 중국의 Tianhe-2 시스템의 전력소모가 18㎿이기 때문에 에너지 효율성 개선이 필요함.

  

  ○ 데이터 이동속도 향상을 위해서는 CPU와 메모리, 그리고 네트워크 간의 데이터 이동속도를 획기적으로 향상시킬 수 있는 새로운 기술들이 필요함.

  

  ○ CPU 속도가 빨라질수록 많은 전기가 필요하고, 더 많은 열이 발생함. 현재는 공냉식과 수냉식등의 방열기술을 사용하고 있지만, 안정적인 엑사급 시스템 동작을 위한 방열기술 개발도 필요함.

 

□ 한국의 슈퍼컴퓨터 계획 및 시사점

  

  ○ 시장조사기관 IDC에 따르면, 2014년 개방형 슈퍼컴퓨터 및 유관기술 시장규모는 322억 달러로 2018년 434억 달러(연평균 약 7.8% 성장)에 달할 것으로 전망함.

 

  ○ 현재 국내 슈퍼컴퓨터 현황

   - 국내 기상청 및 KIST 등에 설치돼 운영되고 있는 10대의 슈퍼컴퓨터는 모두 미국 회사(Cray, HP와 Sun) 제품을 수입해 사용하는 실정이며, 국산 시스템은 전무한 상황임.

   - 2012년 ‘천둥’, 2014년 ‘바람’, 그리고 2015년 ‘마하’라고 하는 슈퍼컴퓨터 개발을 위해 적게는 약 20억 원에서 많게는 283억 원이 투입됐지만 단발성으로 그침.

  

  ○ 국내 슈퍼컴퓨터 개발을 위한 정부 지원 계획

   - 미래부는 슈퍼컴퓨터분야의 안정적 R&D를 위해 2025년까지 매년 100억 원 내외의 연구개발비를 지원할 계획

   - 2020년까지 1페타플롭스(petaflops) 이상 슈퍼컴푸터를 우선 예정

   - 2021~2025년 30페타플롭스 이상인 슈퍼컴퓨터 단계적 개발 계획.

 

  ○ 중,소 기업 진출 기회

    - 슈퍼컴퓨터 전체 시스템 구성을 위해서는 수천개의 부품들이 필요하며 핵심 부품들을 제외하면 기술력을 바탕으로 하는 중,소 기업들도 정부 주도 프로젝트에 참여가 가능하다고 생각됨

    - 한국형 슈퍼컴퓨터 개발은 기술 선진국 반열에 가기 위한 필수 조건이며 이를 위해서는 정부의 지원아래 대기업과 중소기업의 협력으로 이룰수 있음.

  

자료원: Top 500, IDC, 국가슈퍼컴퓨팅연구소 및 KOTRA 실리콘밸리 무역관 자료 종합