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국내외 슈퍼컴퓨터 동향

날짜2018.07.31
조회수28061
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    • 2018년 6월 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터는 미국의‘서밋(Summit)’으로 지난 2012년부터 중국에 빼앗긴 정상을 탈환
    • 2018년 하반기 운영 예정인 우리나라 국가 슈퍼컴퓨터 5호기는 11위에 등극
  • 개요
    • 슈퍼컴퓨터의 성능 순위는 매년 6월과 11월에 1위부터 500위까지 집계되고(TOP500), 지난 2018년 6월에 독일에서 개최된 국제 슈퍼컴퓨팅 학술대회에서 새로운 순위를 공개함
    • 순위의 측정 방식은 High Performance Linpack(HPL)1에 대한 실제 성능을 측정하여 높은 순으로 결정
    • 1위를 차지한 시스템은 미국의 서밋(Summit)으로 122.3 PetaFLOPS의 실측 성능*을 달성
    • * 성능은 크게 두 가지 종류가 있으며 HW 설계치로 계산된 이론 성능과 HPL로 실측한 성능으로 나뉨. 측정단위는 초당 부동소수점연산수(Floating Operations Per Second, FLOP)이며 Peta는 천조를 나타내는 접두어
    • 국내에서는 한국과학기술정보연구원(KISTI)에서 도입한 국가 슈퍼컴퓨터 5호기가 실측 성능 13.93 PetaFLOPS로 11위에 등재
    • 이번 TOP500의 주요 경향은 인공지능 컴퓨팅과 고성능컴퓨팅(HPC)의 기능을 모두 보유한 슈퍼컴퓨터가 부상2
    • 1위를 차지한 미국의 서밋과 더불어 10위권 안에 총 5개의 시스템이 NVIDIA Tesla GPU*를 가속기 형태로 구축하여, 전통적인 HPC(High Performance Computing) 시뮬레이션과 함께 심층학습 기반의 인공지능 컴퓨팅 자원으로 활용
      * 작년 6월에 공개된 차세대 GPU(Graphics Processing Unit) 시스템인 Volta 시리즈는 행렬연산에 최적화된 Tensor core를 탑재하여 심층학습에 특화된 가속기로 주목을 받았으며, 현재 1위, 3위, 5위에 등극한 슈퍼컴퓨터가 Volta GPU를 탑재
    • 이러한 경향은 전통적인 HPC 시뮬레이션* 영역에 인공지능, 기계학습, 심층학습 등의 방법론을 접목시키고자 하는 의도가 반영된 것으로 판단되며, 현재 그 접목 비중은 여전히 낮지만 향후 증가할 가능성이 높음
    • * 날씨/기후 예측, 금융 분석, 유전체 분석, 석유 시추 등
  • 세계 최고의 슈퍼컴퓨터‘서밋’(2018년 6월)
    • 미국의 국립연구소인 오크리지 연구소에서 운영하는 최첨단 슈퍼컴퓨터
    • 표 1 서밋(Summit)의 스펙
      <표 1> 서밋(Summit)의 스펙
      보유 기관 美 에너지성 산하 오크리지 국립 연구소
      생산 업체 IBM
      연산처리 코어 수 2,282,544 개
      이론 성능치 187,659 TeraFLOPS
      실측 성능치 122,300 TeraFLOPS
      메모리 2,801,664 Gigabyte
      파워 8,805 kW
      연산처리장치 IBM POWER9 22C 3.07GHz, NVIDIA Volta GV100
      인터커넥트 Dual-rail Mellanox EDR Infiniband
      ※ 출처 : top500.org에서 정리 https://www.top500.org/system/179397
    • 2012년부터 중국에 빼앗긴 슈퍼컴퓨터 정상 자리를 탈환하는 업적을 남겼으며, 특징적으로 NVIDIA GPU를 가속기 형태로 구축
    • 오크리지 국립연구소는 서밋에 유전체 분석 알고리즘을 구동하여 1.88 exaops의 성능*을 달성, 최초로 엑사스케일**의 영역에 도달
    • * 이 성능은 NVIDIA GPU의 Tensor core를 활용하고, 일반적인 슈퍼컴퓨터에 쓰이는 두배정밀도(Double-precision) 대신 단정밀도(Single)와 반정밀도(Half)를 사용한 결과로, 지난 슈퍼컴퓨터인 타이탄에 비해 25배 성능이 향상됨
    • ** 엑사스케일(Exasalce) 컴퓨팅은 현재 HPC 분야의 가장 도전적인 과제로, 배정밀도 기준 초당 부동소수점 연산수가 1백경을 보유한 시스템을 의미
    • 그림 1 미국의 슈퍼컴퓨터‘서밋’
      그림 1 미국의 슈퍼컴퓨터‘서밋’
      ※ 출처 : 오크리지 국립연구소 홈페이지 https://www.olcf.ornl.gov/olcf-resources/compute-systems/summit/
    • 오크리지 연구소는 서밋을 기점으로 본격적인 엑사스케일 시스템 구축에 돌입하여 2022년에 실제 운영을 목표
    • 그림 2 오크리지 국립연구소의 엑사스케일 컴퓨터 로드맵
      그림 2 오크리지 국립연구소의 엑사스케일 컴퓨터 로드맵
      ※ 출처 : 오크리지 국립연구소 홈페이지 https://www.olcf.ornl.gov/2018/02/13/frontier-olcfs-exascale-future/
  • 국내외 슈퍼컴퓨터 주요 동향
    • (중국) 지난 5월 프로토타입 엑사스케일 컴퓨터인 텐허(天河)-3을 공개하여 2020년까지 엑사스케일 컴퓨터를 구축할 예정
    • (일본) 인공지능 전용 클라우드 인프라인 ABCI가 5위에 등극하여 인공지능 목적에 최적화된 시스템으로는 최초로 상위권에 등극했고, 일본의 슈퍼컴퓨터 전문기업 Fujitsu는 Arm 프로세서를 통해 엑사스케일 시스템을 구축할 예정
    • (EU) 유럽은 슈퍼컴퓨터 연산처리장치 자체개발을 위한 이니셔티브 EPI(European Processor Initiative)를 발족하여 엑사스케일 컴퓨팅 시스템 개발이 목표임
    • (국내) KISTI에서 운영하는 슈퍼컴퓨터 5호기‘누리온’은 이번 TOP500에서 11위에 등극했으며, 제2차 국가초고성능컴퓨팅 육성 기본계획(2018~2022)을 발표하여 국가 슈퍼 컴퓨팅 역량 강화 정책을 추진(2018.02.)
  • 결론
    • 미국은 이번 TOP500에서 지난 6년간 슈퍼컴퓨터 정상을 유지해왔던 중국을 제치고 정상에 등극하여 명실상부한 슈퍼컴퓨터 강국을 재증명
    • 현재 슈퍼컴퓨터의 주요 경향은 전통적인 HPC 응용분야와 학습 기반의 인공지능을 모두 구현할 수 있는 시스템이 대두됨
    • 국내도 차세대 슈퍼컴퓨터인 누리온을 도입, 11위에 등재되어 본격적인 운영을 앞두고 있으며, 국가 슈퍼컴퓨팅 역량 강화를 위해 기본 계획의 충실한 이행이 필요함
    • 1 Linpack은 Linear algebra package의 약자로 수치선형대수 루틴이 포함됨. 예를 들면, 행렬의 고유치 해법, 행렬 분해법 등 미분방정식 기반의 과학 시뮬레이션과 관련된 함수들로 구성.
      HPL homepage : http://www.netlib.org/benchmark/hpl/
    • 2 “This year’s TOP500 list represents a clear shift towards systems that support both HPC and AI computing”, Jack Dongarra
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