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슈퍼 컴퓨터의 미래, ‘병렬 컴퓨팅’에 묻다

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지난 13일 미국 솔트레이크시티에서는 ‘2012 슈퍼컴퓨팅 학술대회’가 개최됐다. 슈퍼컴퓨팅 학술대회는 매 6개월마다 전 세계 슈퍼컴퓨터를 평가해 톱 500을 선정하는데 이번에는 미국 오크리지 국립 연구소의 ‘타이탄’을 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터로 선정했다.


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국내 슈퍼컴퓨터로는 기상청 슈퍼컴 3호기 해담, 해온과 한국과학기술정보연구원(KISTI)의 슈퍼컴 4호기가 가각 77위와 78위, 89위에 이름을 올렸다. 특히 서울대학교에서 자체 개발한 슈퍼컴 ‘천둥’이 277위에 랭크되면서 국내 독자 기술로 제작한 슈퍼컴퓨터의 가능성을 열기도 했다.


슈퍼컴퓨터의 대용량 연산 능력은 프로세서 업체들의 고성능 컴퓨팅(HPC) 기술을 핵심 기반으로 한다. 특히 다중 코어 기술이 발전하면서 많은 수의 코어를 십분 활용할 수 있는 병렬 컴퓨팅 기술은 슈퍼컴퓨터의 획기적인 성능 향상의 발판을 마련했다.


병렬 컴퓨팅은 크고 복잡한 문제를 작게 나눠 동시에 많은 계산을 수행하도록 하는 연산 방법을 의미한다. 부동소수점 계산과 같은 단순하지만 많은 자릿수를 포함하는 연산의 경우 병렬 컴퓨팅의 분업 방식이 빛을 발한다.


이러한 병렬 컴퓨팅 기술은 일찍이 엔비디아와 AMD가 그래픽 프로세서(GPU)를 연산에 사용하는 방식을 도입하면서 기반을 다져왔다. 기상학, 지진학, 천체물리학, 유체역학, 분자생물물리학 등 주로 분석학이나 고도로 정밀한 시뮬레이션이 필요한 분야가 대표적인 타깃 시장이다.


반면 인텔은 GPU를 이용하는 병렬 컴퓨팅에 회의적인 입장을 고수해 왔다. 인텔은 ‘라라비(arrabee)’라는 프로젝트를 통해 잠시 GPU 기반 병렬 컴퓨팅을 연구하기도 했으나 지난 2009년 중단하기도 했다.


그러나 3년 만에 인텔은 병렬 컴퓨팅 시장에 정면으로 도전장을 내밀었다. 최근 인텔이 발표한 ‘제온 파이(Phi)’ 코프로세서가 그것. 제온 파이는 인텔의 x86 기반 매니코어 아키텍처를 기반으로 PCIe 인터페이스로 시스템에 장착됨으로써 제온 프로세서를 보조하는 병렬 컴퓨팅 솔루션이다.


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인텔은 GPU 기반의 병렬 컴퓨팅의 단점으로 복잡한 구조를 꼽는다. 병렬 컴퓨팅을 수행하기 위해서는 기존 코드에 일부 수정이 필요한데 이 과정이 복잡할수록 효율성이 떨어진다는 맥락이다.


최원혁 인텔코리아 이사는 “CPU와 GPU는 각각의 애플리케이션에서 서로 다른 코딩을 요구하기 때문에 구조적으로 매우 복잡하며 이는 결국 비용 부담으로까지 이어진다”라며 “제온 파이는 동일한 인텔 개발 환경을 제공함으로써 하드웨어에 특화된 별도의 코딩 없이 보편화된 도구를 통해 응용능력을 활용할 수 있도록 해준다”라고 강조했다.


인텔의 프로그래밍 시연 결과에 따르면 제온 프로세서로만 병렬 컴퓨팅을 수행했을 경우보다 제온 파이 코프로세서 적용 시 2.3배의 가속 효과를 확인할 수 있었다. 이는 물론 병렬화 프로그래밍이 적용되지 않은 경우와는 무려 340배의 연산능력 차이인 셈이다.


제온 파이 코프로세서 제품군은 2종으로 출시될 예정이다. 1테라플롭스(초당 1조 번의 부동소수점 연산 수행) 성능에 최대 6GB 메모리, 초당 240GB 대역폭을 제공하는 ‘3100’과 1.011테라플롭스 성능에 GDDR5 메모리 8GB, 초당 320GB 메모리 대역폭을 지원하는 ‘5110P’ 제품으로 구분된다.


인텔은 5110P 제품은 내년 1월 28일 정식 시판 예정이며 3100 제품은 상반기 내로 출시한다는 계획을 밝혔다.


또한 인텔은 제온 파이 코프로세서를 기반으로 국내 다양한 연구기관과 협력해 슈퍼 컴퓨팅 분야에서의 입지를 강화한다는 목표를 제시했다. 이미 KISTI에서 분자동역학 연구에 인텔 제온 E5500 계열에서부터 제온 파이 코프로세서를 확장 도입함으로써 나노 물질 시뮬레이션을 위한 성능 개선에 나서고 있다.


물론 제온 파이가 모든 분야에 최적화된 성능을 제공하는 것은 아니다. 일반적인 엔터프라이즈 애플리케이션이나 클라우드 데이터센터의 경우에는 운영 성격에 따라 얘기가 달라진다.


나승주 인텔코리아 이사는 “제온 파이가 제대로 성능을 발휘하기 위해서는 고도로 병렬화된 시스템이 필요하기 때문에 특화된 개발 환경이 갖춰진 분야에서 강점을 보인다”라며 “시뮬레이션 분야 외에도 영화 산업에서의 CG 렌더링 등 미디어 콘텐츠 시장에서도 제온 파이를 활용한 병렬 컴퓨팅이 각광받을 것으로 전망하고 있다”라고 말했다.


노동균 기자 yesno@it.co.kr


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