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전기전자 2014년 세계 슈퍼컴퓨터 동향
2014.10.14 20:36
2014년 세계 슈퍼컴퓨터 동향http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cn=GTB2014090858&service_code=03 | |
|---|---|
| KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-09-29 | |
| 최근 전 세계적으로 과학기술계산에 활용되는 슈퍼컴퓨터가 과학기술 면, 경제 면에서 국가의 장래에 큰 영향을 미친다는 인식이 확산되고, 각 국의 개발 및 도입 경쟁이 격화되고 있다. 이에 일본 과학기술학술정책연구소는 2014년 세계 슈퍼컴퓨터 동향을 분석한 보고서를 발표하였다. 본 보고서는 슈퍼컴퓨터의 동향을 ‘연산능력의 완만한 증대’, ‘전력효율개선 미비’, ‘데이터 인텐시브처리 확대’, ‘페타 Flops 초의 고성능 슈퍼컴퓨터 보급’, ‘엑사스케일을 위한 구체화 동향’, ‘프로세스 개발의 선택지 확대’로 정리하였다. 또한 향후 고속연산, 고속데이터 운송, 저전력화, 양자컴퓨터 출현, 카본 나노튜브를 이용한 논리회로의 제작, 광인터커넥트 연구, 데이터이동 관련 소프트웨어 연구의 움직임이 출현할 것이라고 예상하였다. 본 보고서의 구체적인 내용은 아래와 같다: 1. 세계 슈퍼컴퓨터의 현황 1) 연산성능의 향상 2014년 6월 슈퍼컴퓨터 연산성능 랭킹리스트 TOP500리스트가 공표되었다. ([그림 1]) 그 추이를 살펴보면 1위 슈퍼컴퓨터는 과거 비약적으로 발전해온 것에 반해, 최근 1년간 큰 변화가 없는 것을 확인할 수 있다. 한편, 500위의 성능 및 전 시스템의 합계 성능은 과거 몇 년간 증가했으며, 이번에도 그 경향이 지속되고 있음을 확인할 수 있다. 2) 전력효율의 개선 Linpack 벤치마크 실행 시 성능과 전력을 기반으로 한 전력효율 (Flops/w)의 랭킹리스트인 Green500의 최신리스트를 보면 상위 17위까지 CPU와 엑셀레이터(GPU나 코프로세스 등)를 조합한 헤테로 지니어스 시스템이 점유하고 있음을 확인할 수 있다. ([그림 2]) 최신 리스트에서는 일본 도쿄공업대학의 헤테로 지니어스 시스템인 TSUBAME-KFC가 4.5기가 Flops/w로 1위를 차지하였다. 하지만 이전 1위에서 40%가 개선된 전력효율이 1엑사 Flops의 목표치(가정)와의 차이가 커 전력효율 개선은 아직 발전할 여지가 많이 남아있다. 이는 하드웨어의 개선에만은 한계가 있어, 소프트웨어를 포함한 시스템 전체를 종합적으로 개선할 필요가 있다. 3) 데이터 인텐시브 처리의 증대 Graph500리스트의 벤치마크는 빅데이터용으로 그래프 관련 처리의 성능을 대상으로 한다. 여기에는 지금까지는 고도의 계산이 중점인 문제를 푸는 것을 목적으로 하였지만, 최근 프로세서-메모리 간, 프로세서 간의 데이터 전송에 인터코넥트 성능의 고도화도 필요하게 되어 데이터 인텐시브한 어플리케이션이 증가하고 있는 배경이 있다. 최신 리스트의 게재 시스템 수는 174개로, 일본의 K 컴퓨터가 제1위이다. 4) 하드웨어 아키텍쳐 다양화 TOP500리스트 중의 연산부가 CPU에서 구성된 시스템의 비율은 87%로, 헤테로 지니어스 시스템은 13%이다. 현재에서 실제로 장착되어 있는 CPU의 코어 수는 6에서 8코어가 지배적이지만, 이후 60코어 이상의 코어프로세스를 가진 제품의 상용화도 점점 가까워지고 있어 아키텍처는 또한 다양화될 것으로 보인다. 높은 연산성능, 전력효율 및 데이터 인텐시브 처리능력 등의 슈퍼컴퓨터를 목표로 한 여러 가지 아키텍처의 출현이 계속되고 있다. 2. 슈퍼컴퓨터의 글로벌화 동향 1) 도입국의 확대 (도입의 글로벌화) 최신 TOP500 리스트에 기재되어있는 국가수는 29개 국가로 일년전 보다 2개 국가가 증가하였다. 특이한 것은 1페타 Flops (이하 PF로 약칭) 이상의 실효성능을 가진 시스템을 소유하는 국가의 증가이다. [그림 3]은 이 국가 간의 그 시스템수의 추이를 나타내었다. 이를 분석해보면 이미 8개의 국가가 소유하고 있으며, 그 시스템 수는 최근 3년간 급격하게 증가하고 있다. 최신 리스트에서는 합계가 37 시스템 (그 중 헤테로 지니어스 시스템이 10개)이라는 것을 확인할 수 있다. 2) 연구개발의 글로벌화 소프트웨어나 어플리케이션 간의 각국 간의 협력이 적극적으로 진행되고 있다. 일본 문부과학성은 2014년 6월 미국 DOE와의 시스템 소프트웨어의 개발에 관한 협정을 체결하였다. 이에 따라 하드웨어 개발은 각국이 경쟁적으로 하고 있지만, 하드웨어 상의 동작하는 어플리케이션의 공통기반이 되는 시스템 소프트웨어의 연구개발에 대해서는 일본과 미국 간의 협력체제가 될 것으로 기대된다. 3. 새로운 움직임 1) 각국의 차세대 슈퍼컴퓨터 동향 - 미국 미국 DOE의 Advanced Scientific Computing Research (ASCR)의 Exascale Computing Initiative(ECI)이 제안한 엑사스케일-컴퓨팅의 구상 타임라인을 보면 노드-프로토타입을 2018년 초순, 페타스케일-플로토타입을 2019년도 초순, 엑사스케일의 프로토타입을 2022년도 초순 완성할 것으로 예상하고 있다. 이 타임라인에서는 하드웨어 관련의 연구개발 프로젝트로 Fast Forward와 Design Forward를 제시하고 있다. Fast Forward는 2012년 7월에서 2년 7개월간의 계약으로 프로세서-메모리-스토레지 &I/O 등의 요소기술의 연구개발에 6,244만 달러를 투자하는 프로젝트로, 2014년 4월에는 후속으로 실행할 Fast Forward 2의 제안의뢰서(RFP)가 이미 제안되었다. 또한 Design Forward의 후속으로 2014년 7월에는 Design Forward2의 RFP도 제안되어 있다. 한편 2014년 7월에 RFP를 발행한 ‘Resilience for Extreme Scale Supercomputing System’의 프로그램은 Resilience(회복력, 복원력, 내구력등의 의미)를 대상으로 하여, 익스트림 규모의 병렬 컴퓨팅 환경에서의 시스템의 안정된 동작을 중시하고 있다. 또한 엑사스케일에 달하는 고성능 슈퍼컴퓨터를 도입하는 계획도 진행 중이다. DOE의 Lawrence Livermore National Laboratory, Argonne National Laboratory, Oak Ridge의 각 국립연구소는 각각 세계 톱 레벨의 슈퍼컴퓨터인 Sequoia, Mira, Titan을 소유하고 있다. 현재 이 3개 연구소는 ‘CORAL’과 명명된 슈퍼컴퓨터의 공동조달활동을 추진하고 있어, 도입시기는 2017년에서 2018년으로 계획하고 있다. - 유럽 EU펀딩에 의한 엑사스케일 연구개발 프로그램은 CRESTA 、DEEP/DEEP-ER、 Mont-Blanc/Mont-Blanc2 가 진행 중이며, 이 밖에 3개의 프로젝트가 더 있어 총 6개가 현재 진행 중이다. - 중국 최신 TOP500 리스트에서는 3회 연속으로 제1위를 획득하여, 시스템수도 미국에 이어 제2위 (76 시스템)를 점하고 있다. 하지만 그 중에 중국제 시스템은 10개, 그 중에 중국제 프로세스를 주연산부로 사용하는 시스템은 하나에 지나지 않는다. 한편 중국은 2015년에 100PF 시스템을 개발하는 것을 목표로 현재 그 계획을 추진 중이다. 2014년 1월에는 IBM사가 X86 서버 사업을 중국의 Lenovo Group에 매각한다고 발표하였다. 계약은 아직 체결되지 않았지만 큰 변화가 예상된다. - 일본 일본 문부과학성은 2020년까지 세계 톱레벨에 대응하기 위한 엑사스케일의 개발을 목적으로 하고 있다. 한편 이화학연구소는 이 시스템 및 그 성능을 최대한으로 끌어올리기 위한 어플리케이션 소프트의 개발에 착수하여 2014년 4월 1일부터 계산과학연구기구에 ‘엑사스케일 컴퓨팅 개발 프로젝트’를 설치하였다. 2) 프로세스 개발에서 선택지의 증가 프로세스 아키텍처의 지적재산(IP)의 라이선스 판매의 시장이 커져, 라이선스를 제공받는 것과 독자 프로세스를 개발하는 것이 가능하게 되었다. 예를 들어 영국 ARM 사는 시장을 확장하고 있으며, 최근 고성능 서버영역용 프로세스 아키텍처 IP라이선스 제공을 개시하여, 그 IP를 이용한 칩을 실제 장착한 슈퍼컴퓨터의 출현이 예상된다. 또한 IBM사는 2013년 OpenPOWER Foundation을 설립하였으며, 여기에 참가하는 기업에게는 IBM사가 개발한 POWER 프로세서 아키텍처를 공개할 계획이다. 2014년 8월까지 30개 기업, 12개 대학 및 연구기관이 참가하고 있다. 
[그림 2] 전력효율의 추이
[그림 3] 페타 Flops 성능 시스템의 보유국과 추이 | |
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