최첨단 예보는 복잡한 물리적 현상을 빠르게 시뮬레이션 하는 것을 전제로 함. 소프트웨어와 하드웨어의 단점들이 이와 같은 최첨단 날씨 예보 및 기후 모델링의 장애요소가 되고 있음.
현재 날씨 및 기후 서비스의 최신 응용프로그램 소프트웨어는 기존 CPU 유형 프로세스상에 서 최대 성능의 약 5%밖에 작동하지 않음. 또한 이 소프트웨어는 컴퓨터 유닛에 매핑할 수 있는 유연성이 부족하기 때문에 새로운 컴퓨팅 하드웨어의 빠르게 변화하는 기능들에 적응하지 못함. 이러한 문제는 기후 및 기후 시뮬레이션에 이상적이라고는 볼 수 없는 하드웨어 개발을 위한 다른 요인에 의해 더욱 악화됨.
EU의 지원으로 진행된 ESCAPE프로젝트는 지구 시스템 모델링의 근본적 개혁을 통해 이러한 불균형을 회복하려는 것을 목표로 하고 있음. 이 프로젝트는 이질적인 구조 가속기와 특수 계산 단위를 사용하는 극단범위의 어플리케이션을 위한 에너지 효율성에 대한 이해를 높이는데 기여하였음.
프로젝트팀은 ‘dwarfs'라는 이름의 기본적 알고리즘 구성 개념을 개발하고 실험하였음. ‘dwarfs'는 예측모델에서 기능단위를 나타내는데 에너지 효율 개선과 휴대성 향상을 위해 특별히 고안된 새로운 알고리즘임. 연구책임자 피터 바우어(Peter Bauer)박사는 ‘dwarfs'에 대한 수치적 방법과 알고리즘 평가를 통해 코드의 복잡성을 줄일 수 있다면서 이것을 통해 고성능 컴퓨팅(HPC)센터나 연구그룹 등이 어떤 코드 변화와 적용이 새로운 프로세서 구조에 더 적합하는지를 집중적으로 연구할 수 있다고 밝힘.
프로젝트 연구팀은 ‘dwarfs'의 결과를 다른 하드웨어 구조를 위한 컴퓨터 성능에 최적화되도록 조정하였으며 CPU의 스펙트럼 변환에 대해서는 최대 40%의 효율성 향상을 달성하였음. GPU(Graphics Processing Unit)에 대한 코드 최적화는 약 10-50의 증가율을 확보하였음.
ESCAPE 팀은 도메인별 언어(DSL)에도 초점을 맞추어 연구를 진행하였음. DSL로 GPU에 적용하였을 때 공기의 흡수를 계산하는 ‘dwarfs'가 수동으로 개조한 버전에 비해 2배의 속도 향상을 보였음. 연구팀은 다중 그리드 솔더를 이용한 다양한 수치를 이용한 방법과 다른 유형의 공간 분별, 시간적 흐름 등을 조사하였음.
ESCAPE는 고해상도 기상예측 개발에 엑사급 고성능 컴퓨터를 사용함으로써 유럽의 우수성을 향상시킬 것으로 기대됨. 시간과 공간의 정확한 예측은 여행, 건강, 업무 및 안전 등에 매우 중요한 요소임. 피터 바우어 박사는 ESCAPE는 예측과 예보를 통해 사회에 미치는 기후의 영향 줄일 수 있다며 기대를 표명함.
ESCAPE프로젝트는 유럽중거리 기상예측센터(ECMWF)회원국과 협력국에 직접적인 이익을 줄 수 있을 것으로 기대되며 ECMWF 의 통합 예측 시스템에 의존하는 코페르니크스 대기 모니터링 서비스와 기후변화 서비스도 지원할 예정임.
출처: CORDIS
