2018.01.19, KERC 멘토 강갑석
I. 개요
- EuroHPC Joint Undertaking라는 새로운 법적자금조달구조에 따라 유럽 전역에 세계적인 고성능 컴퓨터(HPC) 인프라를 획득하고, 구축하며, 배치, 운용함◦ 2018년 1월11일 EC는 회원국과 세계정상급의 유럽 고성능컴퓨터 인프라 구축을 위한 공동투자 계획발표
- HPC 이용할 응용 프로그램 개발과 차세대 하드웨어 구축을 위한 하드웨어 기술과 소프트웨어 개발을 위한 연구와 혁신과제를 지원함
- EC에서 다년재정구조 (MFF)을 따라 약 4억8600 유로를 투자하고 회원국과 준회원국에서 이에 맞추어 투자하여 전체적으로 10억유로정도의 공적자금이 2020년까지 투자. 추가로 발의 회원들의 기부금이 추가
II. 투자제안 및 기대효과
- 데이타경제에서의 EU의 경쟁력과 독립을 위한 결정적 투자
- 현재 유럽과학자들과 산업계는 유럽안에서 사용가능한 계산시간 또는 컴퓨터 성능이 그들의 요구를 충족시키고 있지 않아 그들의 데이타를 유럽 밖에서 처리하는 경우가 늘고 있음◦ 데이타경제에서의 EU의 경쟁력과 독립을 위한 결정적 투자
- 이러한 독립성의 부족은 사생활 보호, 데이타보호, 상업적 무역 비밀, 그리고 민감한 분야에서의 데이타의 주권을 위협함
- Andrus Ansip (European Commission Vice-President for the Digital Single Market)
“슈퍼컴퓨터는 디지털 경제에 동력을 공급하는 엔진입니다. 힘든 경쟁이며 오늘날 EU는 뒤처져 있습니다 : 현재 EU에는 세계 10위안에 들어가는 슈퍼컴퓨터가 없습니다. EuroHPC 이니셔티브를 통해 우리는 유럽의 연구자들과 회사들에게 인공 지능과 같은 기술을 개발하고 건강, 보안 또는 공학 같은 분야에서 미래의 일상적인 응용 프로그램을 구축할 수 있게 2020 년까지 세계 최고의 수퍼컴퓨터 용량을 제공하고자 합니다.”
- Mariya Gabriel (Commissioner for Digital Economy and Society)
“슈퍼컴퓨터는 이미 유럽 시민의 일상 생활에 직접적으로 영향을 미치는 많은 분야에서 주요 발전 및 혁신의 핵심 요소입니다. 이를 이용해 개인에 맞추어진 약을 개발하고 에너지를 절약하며 보다 효율적으로 기후 변화에 대항하여 싸울 수 있도록 도와 줄 수 있습니다. 더 나은 유럽의 슈퍼 컴퓨터 인프라는 일자리 창출을 위한 큰 잠재력을 지니고 있으며 산업의 디지털화와 유럽 경제의 경쟁력 강화를 위한 핵심 요소입니다.”
III. 고성능 컴퓨터 개발 기대효과
- 수퍼컴퓨터는 대용량의 데이터를 다루기 위해 필요로 하며 건강, 의료, 재생에너지로 부터 자동차 안전, 사이버안등등 많은 분야에서 사회에 이득을 가져옴
- 고성능컴퓨팅은 주요 과학 분야의 난제와 질병의 조기 발견 및 치료, 개인 맞춤식 및 정밀 치료약에 기반을 둔 새로운 치료법 개발과 같은 사회적으로 필요로 하는 기술 분야를 이해하고 이에 대응하는 데 중요한 도구. 수퍼컴퓨터는 또한 대규모 자연 재해의 예방 및 관리에 사용. 특별히 허리케인이 따라가는 경로를 예측하거나 지진 시뮬레이션에 사용◦ 수퍼컴퓨터는 대용량의 데이터를 다루기 위해 필요로 하며 건강, 의료, 재생에너지로 부터 자동차 안전, 사이버안등등 많은 분야에서 사회에 이득을 가져옴
- EuroHPC 인프라는 유럽 산업에서 특별히 중소 규모의 기업 (SME)이 혁신적인 제품을 개발하기 위해 수퍼컴퓨터에 잘 접근 할 수 있는 기회를 제공
- 고성능컴퓨팅의 사용은 제품 설계 및 생산 주기의 획기적 단축, 신소재 설계 가속화, 비용 최소화, 자원 효율성을 높이며 의사 결정 프로세스를 단축하고 최적화 함으로 산업 및 비즈니스에 크게 영향을 미침
- 수퍼컴퓨터 덕분에 자동차 생산 주기를 60 개월에서 24 개월까지 단축
- 고성능컴퓨팅은 복잡한 암호화 기술 개발, 사이버 공격 추적 및 대응, 효율적인 법의학의 배포나 핵 시뮬레이션에서 국가 보안 및 방어에 필수적
IV. 투자 계획
- 연구와 혁신은 인프라에 맞추어 발전
- 선도적인 유럽 슈퍼 컴퓨터 및 빅 데이터를 위한 시스템 구축에 투자◦ 연구와 혁신은 인프라에 맞추어 발전
- EuroHPC Joint Undertaking은 Pre-Exascale 성능 (초당 10경 회 (1017회) 계산)을 갖춘 시스템의 확보
- 2022~2023년까지 EU 기술에 기반한 Exascale (초당100 경 회 (1018회) 계산) 성능의 시스템 개발과 운영에 필요한 기술 개발에 투자
- 실제 투자 계획
- 2대의 세계 정상급 Pre-Exascale 성능의 수퍼컴퓨터와 최소 2 개의 중간급 슈퍼컴퓨터 (초당 약 1016회 계산 가능)의 취득 및 운영 ※ 2020년부터 광범위한 범위의 공공 및 개인 사용자가 이 슈퍼 컴퓨터들을 이용할 수 있게 제공하고 관리
- 고성능컴퓨터에 대한 연구 및 혁신 프로그램: 1 세대 유럽 저전력 마이크로 프로세서기술과 유럽식 Exascale기계의 Co-design을 포함한 유럽 슈퍼 컴퓨터 기술 지원 및 고성능컴퓨팅의 응용 프로그램과 기술 육성과 사용 확대 지원
- EuroHPC Joint Undertaking은 2019에서2026 년까지 운영
- 투자된 인프라는 우선 EuroHPC선언에 서명 한 국가들로 이루어진 회원국과 학계 및 산업계의 민간 구성원으로 구성된 회원이 소유하고 운영
- 다른 회원은 어느 때나 그들의 재정지원을 제공함으로 참여
V. 슈퍼컴퓨터 개발 배경
- 유럽 내의 배경
- 2012 년부터 EU 집행위원회는 이 분야에서 다음과 같은 EU 사업을 추진 중◦ 유럽 내의 배경
- 유럽 클라우드 이니셔티브 (European Cloud Initiative) : 유럽의 디지털산업 전략의 일환으로 2016 년 4 월 19 일 시작. 세계 최고 수준의 HPC, 데이터 및 네트워크 인프라 를 기반으로 한 선도적인 유럽 빅데이터 (Big Data) 경제구조 구축을 목적으로 함
- EuroHPC 선언: 2017 년 3 월 23 일 로마 디지털 날에 일곱 회원국 - 프랑스, 독일, 이탈리아, 룩셈부르크, 네덜란드, 포르투갈 및 스페인-이 서명함. 2017 년에 벨기에, 슬로베니아, 불가리아, 스위스, 그리스 및 크로아티아가 합류. 이들 국가들은 유럽 전역에 통합 된 Exascale급 슈퍼컴퓨팅 인프라 구축에 합의
- Top500 내의 유럽 HPC 현황
- 93개의 컴퓨터로 대수로는18.6%, 성능 면에서는 20.4%를 차지 (러시아 3대 스위스 3 대 포함)
- 상위 10위안에는 유일하게 스위스 국립수퍼컴퓨터센터 (CSCS)의 Piz Daint가 3위에 위치. EU회원국의 컴퓨터로는 이탈리아 CINECA에 있는 Marconi Intel Xeon Phi가 초당 7.47 Pflops (1000조회 연산)의 성능으로 14위에 위치
- 상위 50위 안에는 16대 (독일 6대, 프랑스 2대, 이탈리아 2대, 영국 5대, 스페인 1대) 가 있음
- 2012 년부터 EU 집행위원회는 이 분야에서 다음과 같은 EU 사업을 추진 중◦ 유럽 내의 배경
- 유럽외적인 투자배경
- Top500 내의 중국 HPC 현황
- 202개의 컴퓨터로 대수로는 40.4%, 성능면에서는 35.4%로 세계 1위를 차지
- 가장 빠르고 유일한 Pre-Exascale 급 성능의 Sunway TaihuLight (신성, National Supercomputig Center in Guangzhou, 93Pflops) 보유. 2016년 6월 운영 시작
- 2013년 6월부터 세계 1위 컴퓨터 Tianhe-2 (은하수2, National Supercomputing Center in Wuxi, 33.9Pflops, 현 2위) 를 보유
- Top500 내의 미국 HPC 현황
- 143개의 컴퓨터로 대수로는 28.6%, 성능면에서는 29.6%를 차지
- 상위 10위안에 5위Titan (ORNL, 17.6 Pflops), 6위 Sequoia (LLNL, 17.2 Pflops), 7위 Trinity (SNL, 14.1 Pflops), 8위 Cori (NERSC, 14.0 Pflops) 등 4대가 있음
- Top500 내의 일본 HPC 현황
- 35개의 컴퓨터로 대수로 7%를 차지
- 상위 10위안에 4위 Gyoukou (해양지질연구원, 19.1 Pflops), 9위 Oakforest-PACS (JAHPC 13.6 Pflops), 10위 K-computer (RIKEN, 10.5 Pflops) 등 3대가 있음
- 엑사스케일 컴퓨터 운영 계획
- 중국은 2020년까지 개발하고 3대의 엑사스케일 컴퓨터를 운영을 목표로 투자
- 미국은 2021년까지 최소한 하나의 엑사스케일 컴퓨터설치
- 일본은 2022년 초까지 첫 엑사스케일 컴퓨터Post-K 설치계획
- Top500 내의 중국 HPC 현황
VI. 관련 연구과제 및 현황
- 유럽의 고급 컴퓨팅 파트너쉽 (PRACE) 과제
- 비영리 협회인 PRACE Research Infrastructure는 유럽의 연구소와 업계의 과학자 및 연구원들에게 지속적으로 세계적 수준의 고성능 컴퓨팅 서비스를 제공◦ 유럽의 고급 컴퓨팅 파트너쉽 (PRACE) 과제
- 이 과제를 통해 액세스 할 수 있는 컴퓨터시스템과 운영은 5 명의 PRACE 회원 (스페인 대표 BSC, 이탈리아 대표 CINECA, 스위스 대표 CSCS, 독일 대표 GCS, 프랑스 대표 GENCI)이 제공
- EU Horizon 2020 연구 및 혁신 프로그램 (2014-2020)
- 제공되는 HPC 자원
- CURIE: 프랑스의 GENCI에 위치. 1.35Pflops의 성능으로 2012년 초부터 운용. 2018년 2사분기에 약 9Pflops의 새로운 컴퓨터 운용 계획
- MARCONI: 이탈리아의 CINECA에 위치. 세 단계로 설치 운용됨. 두 번째 단계인 KNL부분이 14위로 스위스를 제외한 유럽에서 가장 빠른 컴퓨터이고 전체적으로 13Pflops를 제공하며 2016년부터 운용 시작
- MareNostrum: 스페인 바르셀로나 수퍼컴퓨팅센터 (BSC)에 위치. 6.5Pflops의 성능으로 2017년초부터 운용.
- Piz Daint: 스위스의 CSCS에 위치. 세계 3위 19.6Pflops의 성능으로 2013년 운용을 시작하여 2017년 업그레이드하여 운용.
- Hazel Hen: 독일의 가우스수퍼컴퓨터센터 (수트트가르트 센터, HLRS)에서 제공. 5.64Pflops의 성능으로 2015년 말부터 운용.
- JUQUEEN: 독일의 가우스수퍼컴퓨터센터 (율리히센터, FZJ)에서 제공. 5Pflops의 성능으로 2012년부터 운용.
- SuperMUC: 독일의 가우스수퍼컴퓨터센터 (라이프티히센터, LRZ)에서 제공. 현재 두 개의 컴퓨터가 두 단계로 운용됨. 1단계는 2.9Pflops의 성능으로 2012년부터 2단계는 2.8 Pflops의 성능으로 2015년부터 운용.
- LRZ (라이프니츠 수퍼컴퓨팅센터) 26.7 Pflop 수퍼컴퓨터 설치 (2017년 12월 15일)
- Lenovo, Intel과 2018 년에 가동 될 차세대 SuperMUC 클러스터를 구축을 계약
- SuperMUC-NG: SuperMUC 시리즈의 세 번째 시스템.
- Lenovo의 새로운 ThinkSystem SD650 서버 6,500 노드로 구성
- Intel Omni-Path 패브릭과 함께 제공
- 인텔의 Xeon Platinum Scalable 프로세서가 장착. 총 26.7 Pflops의 최고 성능을 제공
- 높은 에너지 효율의 기계로 설계됨.
- 인텔의 기술 최적화와 레노버의 최첨단 수냉 기술을 채용. 공랭식에 비해 전기 사용량을 45 % 줄임.
- 애플리케이션 실행 중에 전력 사용을 동적으로 최적화하는 소프트웨어 패키지 인 Lenovo의 Energy Aware Run-Time (EAR)도 포함.
- TOP500 목록에서 상위 자리를 차지할 것으로 예상
- 현재 상위 10위권 시스템이며Xeon 프로세서로만 구성된 유일한 슈퍼컴퓨터
- 몽블랑 2020 (Mont-Blanc 2020) 과제 엑사스케일 프로세서를 바라본다 (2017년 12월 18일)
- Mont-Blanc 2020 프로젝트:12 월 11 일에 시작, 엑사스케일 슈퍼컴퓨터에 사용 될 수 있는 ARM 기반 SoC (system-on-chip) 생산에 중점
- 네 번째 Mont-Blanc 프로젝트로 Arm Limited, Atos/Bull, 바르셀로나 슈퍼 컴퓨터 센터 (BSC), Forschungszentrum Jülich, 프랑스 Alternative Energies 원자력위원회 (CEA), Kalray Corporation, SemiDynamics 등이 참여
- 주요 목표: 저전력 Exascale SoC를 설계하고 개념 증명을 시연의 형태로 초기 ARM 칩 제공
- 프로세서의 생산은 이 과제의 범위를 벗어나지만 중요한 빌딩 블록의 구현과 1 세대 구현을 위한 청사진 제공
- 엑사스케일 슈퍼컴퓨터에 맞는 전력 제한과 벡터 길이의 균형, 네트워크 온칩 (NoC) 대역폭, 메모리 대역폭과의 균형을 맞추는 디자인을 고안
- 저전력 ARM 기술이 요구되는 다른 시장을 위해 기능 블록을 용도 변경 할 수 있도록 모듈 방식으로 개발하여 설계 작업의 경제적 가치를 향상
- 자율 주행이 하나의 잠재적인 "임베디드 HPC" 애플리케이션으로 언급
- 결과물은 Scalable Vector Extension (SVE)이라고 알려진 기술을 통합 한 64 비트 프로세서 설계 인 ARMv8-A SVE의 일부분을 이룸
- SVE 사양을 통해 프로세서 설계자는 소프트웨어를 수정 없이 여러 구현에서 실행할 수 있으며 128 ~2048 비트의 벡터 길이를 선택 가능
- Fujitsu는 2021-2022 년 사이에 RIKEN에 설치될 Post-K Exascale HPC용 ARMv8-A SVE 구현을 설계
VII. 시사점
- 현재 진행되고있는 연구과제와 현재의 상황을 직시하고 이를 지속적으로 발전시킬 수 있는 방향으로 투자를 진행◦ HPC가 유럽에서의 연구와 경제, 사회에 미치는 영향과 유럽 안에서의 HPC인프라의 부족을 인지하고 그를 해결하기 위해 유럽연합안에서 해결하고자 함
- 현재 세계정상급인 Pre-Exascale HPC를 갖추는 것과 아울러 중간급 HPC를 갖추어 현재의 사용자들에게 보다 많은 자원를 제공
- 보다 많은 영역에서 사용자를 확대하기 위한 교육, 훈련에도 투자를 함과 동시에 차세대HPC구축을 위한 하드웨어와 소프트웨어 기술에 투자
- HPC구축에 1년을 준비하여 2020년부터 통상적인 HPC 운용 기간인 5~6년 동안 운용하며 계속해서 2023년에 엑사급 HPC구축을 하기 위한 장기계획으로 투자
- HPC 인프라의 구축을 위해서는 먼저 어느 정도의 수요가 있으며 또 HPC운용에 필요한 인력과 자원은 준비되어 있는가를 확인하고 이에 맞추어 수요를 충족시키는 충분한 자원을 구축하고 인력에 투자함은 물론 HPC사용의 확대를 위한 새로운 연구분야를 개발하고 현재 사용하고 있는 분야에서의 HPC의 사용자를 확대하기 위한 교육 및 훈련프로그램에 투자하며 이렇게 창출 된 수요를 감당할 차세대 HPC인프라를 구축하는 등 장기적인 관점에서의 투자계획이 필요
VIII. 참고문헌
