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202003.10

다재다능 슈퍼컴퓨터, 이런 곳에도 쓰인다!

커뮤니케이션팀   
https://fusionnow.nfri.re.kr/post/nuclear-fusion/1081

슈퍼컴퓨터와 관련된 이미지 

 

SF영화 속 슈퍼컴퓨터는, 아주 무시무시한 위력을 가진 존재로 등장하곤 합니다. <트랜스포머>에 등장하는 ‘벡터 시그마’나 <터미네이터> 시리즈의 ‘스카이넷’처럼 영화 속 슈퍼컴퓨터는 인공지능에 각성하여 인류를 지배하려는 괴한으로 비치기도 합니다. 물론, 영화 속 설정일 뿐이지만, 현실에서의 슈퍼컴퓨터 역시 인류에게 막대한 영향을 끼칠 수 있는 어마어마한 능력자로 자리 잡은 것은 분명합니다.

  

 

| ‘Super’ 한 연산 속도 자랑하는 최초 슈퍼컴퓨터의 등장

 

슈퍼컴퓨터는 ‘super’라는 이름에서 느낄 수 있듯, 일반 컴퓨터보다 훨씬 뛰어난 성능을 갖춘 컴퓨터를 의미합니다. 일반적으로 쓰이는 컴퓨터의 성능은 CPU(중앙처리장치)의 클럭(CPU 동작 신호 발생 장치) 속도로 비교하는데요. 이와 달리 슈퍼컴퓨터는 플롭스(FLOPS)라는 단위를 사용해 일반 컴퓨터보다 훨씬 뛰어난 성능을 짐작할 수 있습니다. 여기서 플롭스는 1초에 가능한 부동소수점 연산 횟수를 나타내는 컴퓨터 연산속도 단위로, 이 수치가 높을수록 한 번에 많은 연산이 가능하다는 것을 의미합니다.

 

세계 최초의 슈퍼컴퓨터, CDC 사의 세이모어 크레이(Seymour Cray). ⓒextremetech.com
세계 최초의 슈퍼컴퓨터, CDC 사의 세이모어 크레이(Seymour Cray). ⓒextremetech.com

 

슈퍼컴퓨터의 최초 등장은 1964년, 미국에서 이뤄졌습니다. CDC(Control Data Corporation) 사는 ‘세이모어 크레이(Seymour Cray)’라는, 기존 컴퓨터보다 10배 이상 빠른 컴퓨터를 개발해냈는데요. ‘CDC 6600’ 이라 명명되는 이 슈퍼컴퓨터는 1MF급의 연산속도를 가져, 1초에 연산 명령 100만 회를 수행할 수 있다는 혁신을 이뤄냈습니다. 물론 현재는 가정용 컴퓨터 조차도 약 100GF급으로 1초에 연산 명령을 10억 회 수행할 수 있으니, 지금 우리가 사용하는 컴퓨터 성능과는 비교할 수 없지만, 당대에는 획기적인 성능을 자랑하는 슈퍼컴퓨터였습니다. 이 슈퍼컴퓨터는 주로 군사적 과학실험 연산이나 기상을 예측하기 위해 이용되었으나, 1980년대부터는 일반 산업체에서도 슈퍼컴퓨터의 발명이 두각을 드러내기 시작하면서 그 발전사 또한 끊임없이 쓰이고 있죠. 그리고 오늘날에는, 인류의 능력으로는 닿을 수 없는 영역까지 쉽게 처리하는 미지의 해결사로 자리 잡았습니다.

  

슈퍼컴퓨터는 각국 기술력의 지표를 나타낼 만큼, 각종 기술과 접목하여 더 발전된 모습으로 나아가고 있는데요. 전 세계 곳곳에서 시시각각 발전하는 슈퍼컴퓨터의 모습만큼, 국제 슈퍼컴퓨팅 컨퍼런스에서는 매년 6월, 11월 두 번씩 세계 곳곳에 있는 슈퍼컴퓨터를 조사, 성능 순위를 매긴 TOP500 리스트를 발표하고 있습니다.

 

 

Top 10 Sites for November 2019 ⓒtop500.org 

ⓒtop500.org

 

 

우리나라 역시 1988년 당시 KIST 시스템공학연구소(SERI)에서 슈퍼컴퓨터 1호기를 도입한 이후 일기예보와 국산 자동차 설계 및 제작, 액체로켓 엔진 시뮬레이션, 우주 진화 과정 연구, 원자력 발전소 안전성 분석과 같은 분야에 슈퍼컴을 활용해왔습니다. 특히 가장 최근 도입된 우리나라의 슈퍼컴퓨터인 한국과학기술정보연구원(KISTI)의 ‘누리온’은 세계 슈퍼컴퓨터 성능 랭킹 14위에 올라 있기도 한데요. 누리온은 우주의 기원, 자연재해 예측, 난치병 치료, 나노 소자 등의 연구뿐 아니라 빅데이터 분석과 인공지능(AI) 기계학습 등의 분야로도 확장해 연구를 지원하고 있습니다.

  

슈퍼컴퓨터는 직접 실험을 해야만 얻을 수 있던 과학적 사실들을 시뮬레이션을 통해 빠르고 간단하게 이론을 검증하며, 새로운 과학지식을 선사하고 있습니다. 이제 슈퍼컴퓨터는 금융·경제·안보·기후·문화 등 보다 다각화된 모습으로 활용되며 인류가 수행해야 할 숱한 연구를 든든히 뒷받침해주고 있는 것이죠.

  

  

|예측의 달인 슈퍼컴, 일기 예보와 스포츠 팀 승리까지 견준다


아마 일반인들에게 가장 잘 알려진 슈퍼컴퓨터의 기능은 기상예보일 것입니다. 슈퍼컴퓨터는 전 세계의 기상청에 자리하며 날씨를 예측하는 도우미로 자리 잡은 바 있는데요. 슈퍼컴퓨터가 미분방정식을 천만 개 이상의 격자점에서 계산하여, 사람이 계산해 도출하는 것보다 훨씬 빠른 속도로 날씨를 예측할 수 있게 된 것입니다. 특히 이제 슈퍼컴퓨터는 방대한 데이터를 다룰 수 있는 만큼 대륙 빙하, 해수면 상승 등 다양한 기후변화 분석에서도 적극적으로 활용되어 지구 온난화를 이해할 수 있는 실마리가 될 것으로 보입니다.

 

호날두 vs 메시 ⓒgivemesport.com 

ⓒgivemesport.com

 

또한 슈퍼컴퓨터는 스포츠라는 의외의 분야에서도 능력을 보여주기도 합니다. 슈퍼컴퓨터를 통한 흥미로운 예측 결과가 발표되며 축구 팬들의 이목을 사로잡은 것인데요. 바로 벨기에의 연구팀이 슈퍼컴퓨터에 세계 최고의 플레이어로 꼽히는 축구 선수 둘, ‘메시’와 ‘호날두’ 중 누가 더 뛰어난지 물었기 때문입니다. 이 물음에 슈퍼컴퓨터는 지난 2013-14시즌과 2017-18 시즌 동안의 두 선수의 플레이를 빠르게 분석해냈습니다. 슈팅, 패스, 드리블, 태클 등 경기 중 자주 발생하는 1,600여 가지 행동 패턴을 중심으로 분석한 결과, 슈퍼컴퓨터는 ‘메시가 호날두보다 두 배 이상 뛰어나다’고 결론 지었죠. 물론 이러한 예측은 주관적인 요소가 반영될 수 있으므로 100% 옳다고 볼 순 없지만, 이 결과는 인간이 모두 고려할 수 없는 조건을 신속히 연산해 예측한다는 데 의의가 있습니다. 이처럼 슈퍼컴퓨터는 EPL 시즌마다 각 챔피언스 리그 팀의 진출 여부까지 판가름하며 화제를 불러모으고 있습니다.

 

 

|슈퍼컴퓨터, ‘과학’을 빼놓고 논할 수 없다


하지만 무엇보다, 슈퍼컴퓨터가 제 역할을 톡톡히 해내며 주목을 받는 분야는 바로 ‘과학’입니다. 슈퍼컴퓨터는 지구과학, 천문학, 생물학, 물리학, 수학 등에서 필요한 수많은 확률을 연산하고 시뮬레이션해 연구가 원활히 진행될 수 있도록 하는 든든한 조력자이기 때문이죠. 최근 전 세계를 비상으로 몰아넣은 코로나19와 같은 바이러스 감염 연구에도 슈퍼컴퓨터는 큰 도움을 주고 있습니다. 신종 바이러스들을 치료하는 신약을 개발하기 위해 빠른 시간 안에 방대한 데이터를 비교·분석해주어, 수천 개의 화합물의 배합, 약물 부작용 등을 예측해볼 수 있게 해주는데요. 실제 미국 오크리지 국립 연구소(ORNL)에 있는 세계 최고의 슈퍼컴퓨터 서밋(Summit)이 코로나19 바이러스 치료제 개발에 투입되었다고 하죠. 분자 역학 시뮬레이션을 통해 8000개가 넘는 화합물이 바이러스와 어떻게 상호 작용하는지 확인하며 바이러스의 감염을 막을 수 있는 분자를 찾아 코로나로부터 세계를 구할 수 있도록 고군분투하고 있다는데요. 인간과 슈퍼컴퓨터가 힘을 합쳐 조속히 코로나19를 잠식시켜버릴 수 있기를 간절한 마음을 담아 응원해봅니다. 이뿐만 아니라 감염자 수의 통계, 항공이동, 각 지역의 인구통계, 과거 바이러스 확산 자료 등 엄청난 데이터들을 분석한 시뮬레이션 결과를 가지고 코로나19 바이러스와 같은 감염병 확산에 대비하고 정책적 결정에도 도움을 줄 수 있습니다.

 

미국 오크리지 국립 연구소에 있는 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터 '서밋(Summit)'ⓒIBM 미국 오크리지 국립 연구소에 있는 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터 '서밋(Summit)'ⓒIBM

 

슈퍼컴퓨터의 큰 도움을 받고 있는 과힉기술 분야 중 ‘핵융합’ 연구 또한 빼놓을 수 없습니다. 핵융합은 풍부하고 깨끗한 미래에너지원을 갈망하고 있는 인류에게 주목받는 에너지원이지만, 아직 풀어야 할 난제가 많이 남아있는 어려운 과학기술 분야이기도 합니다. 핵융합 연구에서는 복잡한 플라즈마의 움직임을 이해하고 불안정성을 제어할 수 있는 규칙성을 찾아내는 것이 상용화를 위한 핵심 난제인 셈인데요. 플라즈마 입자는 자그마치 100억 개라는 무한대에 가까운 수를 갖고 있기에, 인간이 손수 계산하기란 몹시 어려운 일입니다. 하지만 초고속의 대용량 슈퍼컴퓨터의 손을 빌린다면, 수만 가지 요소를 빠르게 가늠해 플라즈마 특성에 대해 보다 정확하게 파악할 수 있습니다. 이처럼 플라즈마에 대한 이해를 높여, 핵융합 상용화 난제를 해결하는데 슈퍼컴퓨터의 역할은 점점 더 커지고 있습니다.

  

핵융합 연구에 사용되고 있는 국가핵융합연구소 슈퍼컴퓨터 '크라켄'의 모습핵융합 연구에 사용되고 있는 국가핵융합연구소 슈퍼컴퓨터 '크라켄'의 모습

 

지난 2011년 국가핵융합연구소에 최초로 도입한 슈퍼컴퓨터 ‘크라켄’은 플라즈마 난류와 불안정성 등 핵융합 플라즈마의 여려 난제를 해결하고 있습니다. 크라켄은 60테라플롭스의 규모로, 1초에 60조 번 연산이 가능해 그 훌륭한 성능을 핵융합 연구라는 필드에서 가감 없이 발휘하고 있죠. 또한 오는 4월에는 핵융합 시물레이션 연구에 힘을 실어 줄 페타플롭스급 슈퍼컴퓨터가 새로 도입될 예정입니다. 대국민 공모를 통해  ‘KAIROS(카이로스)’라 이름지어진 국가핵융합연구소 2호 슈퍼컴퓨터는 도입 이후 가상 핵융합 장치 개발 및 연구를 위한 분야에 활용되며, 핵융합에너지 상용화로 가는 길의 든든한 조력자가 되어줄 예정입니다.


인류의 두뇌를 대신해, 어려운 연산을 처리해주는 것을 시작으로 탄생한 컴퓨터가 이제는 인간을 뛰어넘어 엄청난 성능을 자랑하고 있죠. 하지만 이 슈퍼컴퓨터를 어떻게 사용하고 활용하는지는 인류의 몫인 듯합니다. 영화 속 인류를 지배하는 슈퍼컴퓨터의 모습이 아닌, 지금처럼 인류의 눈부신 발전을 위해 다양한 분야에서 힘쓰는 슈퍼컴퓨터의 모습으로 영원히 남아주기를 기대해봅니다.

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