그것은 무엇을 위해 사용됩니까? 변경오크리지 국립연구소에서 운영되는 세계에서 가장 강력하고 빠른 슈퍼컴퓨터? 원자로 모델링부터 기후 예측까지.
이 질문은 더 넓은 맥락을 가지고 있습니다. 나는 우리 각자가 컴퓨터를 가질 수 있다면 왜 그렇게 강력한 기계를 만드는가라는 질문을 자주 받습니다. 물론 슈퍼컴퓨터는 엄청난 양의 에너지를 소비하는 매우 값비싼 기계이지만, 우리가 슈퍼컴퓨터에서 얻는 것은 훨씬 더 가치가 있습니다. 오늘은 프론티어 슈퍼컴퓨터를 예로 들어 설명해 보겠습니다.
또한 흥미로운: OpenAI의 역사: 그것은 무엇이었으며 회사의 미래는 무엇입니까?
왜 슈퍼컴퓨터가 필요한가?
즉, 슈퍼컴퓨터는 엄청난 양의 정보 흐름을 처리할 수 있습니다. 우리 세상은 매우 빠르게 변화하고 있습니다. 인류는 최종적으로 처리, 분석, 그룹화, 저장해야 하는 거대한 데이터베이스를 만들었습니다. 예를 들어, 이는 새롭고 저렴하며 효과적인 의약품, 내구성이 뛰어난 재료를 얻고 수십 년 동안의 기후 변화를 예측하는 데 도움이 될 것입니다. 슈퍼컴퓨터를 사용하면 핵융합로와 같이 우리가 만들려는 물체의 동작을 모델링할 수 있습니다. 이는 가장 빠른 슈퍼컴퓨터를 적용한 몇 가지 예일 뿐입니다. 예, 제조 및 유지 관리 비용이 매우 비싸지만 그만한 가치가 있습니다.
하지만 기본부터 시작해 보겠습니다. 슈퍼컴퓨터란 도대체 무엇인가? 이에 대한 명확한 정의는 아직 없습니다. 그러나 현재 모든 슈퍼컴퓨터의 특징은 매우 높은 컴퓨팅 성능입니다. 인터넷에서 단순화된 정의를 찾을 수 있는데, 슈퍼컴퓨터는 최소 1테라플롭스의 컴퓨팅 성능을 달성할 수 있는 기계입니다. 즉 1012 (조) 초당 부동 소수점 연산입니다. 이는 일반 가정용 컴퓨터에 비해 많은 것입니다.
이전에 컴퓨터 속도가 IPS(초당 명령 수)로 측정되었다면 슈퍼컴퓨터를 위한 새로운 단위인 FLOPS, 즉 초당 부동 소수점 연산을 개발해야 했습니다. 이 숫자가 높을수록 컴퓨터가 더 강력해집니다.
물론 특정 계산 임계값을 기반으로 하는 접근 방식은 이러한 기계의 핵심인 프로세서의 성능이 지속적으로 발전하고 성장함에 따라 매우 빠르게 쓸모 없게 됩니다. 새로운 프로세서가 출시될 때마다 최신 컴퓨터의 생산성도 향상됩니다. 그러나 이를 구축하는 것은 매우 어렵고 재정적으로 비용이 많이 듭니다.
또한 읽기: 인간 두뇌 프로젝트: 인간 두뇌를 모방하려는 시도
어떤 슈퍼컴퓨터가 가장 빠른가?
이 문제에 대한 최신 데이터가 있습니다. 수년 동안 지구상에서 가장 강력한 컴퓨터의 성능 등급을 정기적으로 게시해 온 Top2023.org 웹사이트는 500년 62월 현재 존재하는 가장 효율적인 슈퍼컴퓨터 500대를 제시하는 Top500 순위의 최신판 판을 발표했습니다. .
Frontier 시스템은 여전히 지구상에서 가장 효율적인 슈퍼컴퓨터입니다. 이 슈퍼컴퓨터는 세계 최초의 엑사스케일 컴퓨팅 시스템으로, 속도가 1엑사플롭스를 넘었습니다. 프론티어 자체는 미국 테네시주 오크리지에 위치한 국립연구소에 위치해 있습니다. 이 슈퍼컴퓨터는 HPL 점수(High Performance LINPACK - 슈퍼컴퓨터의 원시 성능을 평가하는 특수 테스트)가 1193EFlops(엑사플롭은 10경 또는 EFlops)로 현재 선두입니다.18 초당 부동 소수점 계산).
비교를 위해: 가장 강력한 칩의 속도 Apple M1 Ultra는 약 21테라플롭스(2002조 FLOPS)입니다. 그 숫자가 엄청나다는 것은 사실입니다. 놀랍게도 36년에 훨씬 더 빠른 속도를 개발한 컴퓨터가 있었습니다. 이것은 일본 거대 기술 기업 NEC Corporation의 Earth Simulator 슈퍼컴퓨터입니다. 속도는 약 테라플롭스였습니다!
Frontier는 AMD EPYC 64C 2GHz 프로세서를 사용하며 최신 HPE Cray EX235a 아키텍처를 기반으로 합니다. 9408 AMD EPYC 프로세서와 37632 AMD Instinct MI250x 가속기로 조립됩니다. 전체적으로 시스템에는 8개의 프로세서 및 그래픽 코어가 있습니다. 또한 Frontier는 699GFlops/watt의 놀라운 전력 효율성을 제공하며 데이터 전송을 위해 HPE Slingshot 904 네트워크를 사용합니다. 따라서 테스트 중에 최대 52,59엑사플롭을 생성할 수 있습니다. 최고 성능은 11엑사플롭이라는 기록을 세웠습니다. 장치의 가격은 1,1억 달러로 추산됩니다.
이것은 플롭 모드에서 작동하는 세계 최초이자 현재까지 유일한 슈퍼컴퓨터입니다. Frontier는 2023년 전에 선두가 되었지만 2024년 월 순위에서는 누구도 그 위치를 침범하는 것을 허용하지 않았습니다. 그리고 년 초 현재까지 미국의 슈퍼컴퓨터는 세계에서 가장 생산성이 높습니다.
그러나 과학자들은 이미 시간이 지나면 그가 또 다른 미국 기계인 오로라 슈퍼컴퓨터의 우수성을 인정해야 할 것이라고 제안하고 있습니다.
최신 순위에 따르면, 미국 일리노이주 Argonne Leadership Computing Facility에서 실행되는 Intel Sapphire Rapids 칩을 탑재한 새로운 Aurora 슈퍼컴퓨터는 585,34PFlops의 HPL 성능으로 2위를 차지했습니다. 이는 Frontier의 주력 슈퍼컴퓨터 성능의 절반에 불과하지만 Aurora 시스템은 아직 완성되지 않았으며 계획된 최종 시스템의 절반만 현재 작동 중입니다. 완료되면 Aurora의 예상 성능은 EFlops를 초과할 가능성이 높습니다. Intel이 제작한 Aurora 슈퍼컴퓨터는 HPE Cray EX 아키텍처를 기반으로 합니다 - Intel Exascale Compute Blade는 Intel Xeon CPU Max 시리즈 프로세서와 Intel Data Center GPU Max 시리즈 가속기를 사용합니다. Frontier에서와 마찬가지로 HPE Slinghot-11 네트워크는 데이터 전송을 담당합니다.
세 번째로 효율적인 슈퍼컴퓨터는 Eagle이라는 새로운 클라우드 기반 시스템입니다. Microsoft 미국의 Azure. Eagle은 클라우드 슈퍼컴퓨터이고 Top500 순위의 위는 클라우드 시스템이 달성한 최고 순위이기 때문에 이는 일종의 기술적 호기심입니다. Microsoft Eagle은 561,2PFlops의 HPL 성능을 자랑하며, 컴퓨팅의 핵심은 Intel Xeon Platinum 8480C 프로세서 및 가속기입니다. NVIDIA H100.
여기서는 Frontier보다 성능이 3배 이상 낮고 과거 가장 생산적인 슈퍼컴퓨터 중 하나인 LUMI를 갖춘 일본 슈퍼컴퓨터 Fugaku를 언급할 가치가 있습니다. 중국은 여전히 강력한 무언가를 만들고 있지만 그것은 모두 미래의 일입니다.
또한 흥미로운: 2024년 기술 예측: 무엇을 기대해야 할까요?
왜 그렇게 많은 컴퓨팅 성능이 필요한가요?
지구상에서 가장 빠른 기계의 효율성에 감탄할 수도 있지만, 그 기계가 달성하는 성능은 기록을 깨는 것이 아니라 가능한 가장 짧은 시간에 원하는 계산 결과를 얻는 것입니다. 슈퍼컴퓨터 사용자는 이메일을 작성하거나 프레젠테이션을 준비하기 위해 해당 컴퓨터를 사용하지 않습니다. 집에 있는 장치로 수행할 수 있는 작업을 그러한 기계를 사용하여 수행하는 것은 끔찍한 낭비입니다. 결국, 슈퍼컴퓨터의 컴퓨팅 잠재력을 통해 일반 컴퓨터에서는 수행할 수 없는 작업을 수행할 수 있습니다.
우리는 어떤 작업에 대해 이야기하고 있습니까? 우선, 실질적인 이익을 가져올 수 있는 것에 대해 이야기하고, 이것이 반드시 즉시 돈으로 전환될 수 있는 것은 아닙니다. Frontier 슈퍼컴퓨터를 만드는 데 약 600억 달러만 사용되었다는 점을 기억할 가치가 있습니다. 물론 사용 및 지속적인 유지 관리 비용도 상당합니다. 슈퍼컴퓨터는 680㎡의 면적을 차지하고 21MW의 전력을 소비한다.
프론티어는 다른 슈퍼컴퓨터와 마찬가지로 기후 모델링, 인류에게 꼭 필요한 신약 연구 및 생산, 신소재 기술 연구 등의 업무에 활용된다. 물론 이러한 유형의 장비가 수행하는 작업 범위는 훨씬 더 넓으며 예를 들어 금융, 의료, 위성 이미지, 물리적 현상 모델링 등 다양한 유형의 거대한 데이터 세트 분석을 포함합니다. Frontier는 최초의 엑사급 슈퍼컴퓨터이기 때문에 다른 슈퍼컴퓨터에서도 어려운 작업을 수행할 수 있습니다.
열핵 원자로의 전체 수명주기에 대한 모델링을 예로 들 수 있습니다. 예, 이것은 오류가 아닙니다. 전 세계에는 아직 단일 핵융합 발전소가 없지만 Frontier의 강력한 엑사급 컴퓨팅 성능을 통해 가상 핵융합로의 동작을 시뮬레이션하고 그러한 원자로에서 플라즈마의 동작을 예측할 수 있습니다. 물론 열핵에너지가 상용화되기 전까지는 그 편익을 생각하기 어렵지만, 열핵에너지의 창출과 발전에 기여하고 온 인류를 에너지 부족에서 구원할 컴퓨팅 파워가 그만한 가치가 있다는 사실은 세계 어느 누구도 의심하지 않는다. 투자.
또한 읽기: 모든 약 Microsoft 부조종사: 미래인가 아니면 잘못된 길인가?
슈퍼컴퓨터와 의학
슈퍼컴퓨터의 응용 분야 중 하나는 화학 물질 및 유기 화합물의 구조와 관련된 복잡하고 에너지 집약적인 계산입니다. 매우 정확한 수준에서 주어진 화합물의 거동을 시뮬레이션할 수 있는 능력으로 인해 가능한 개별 물질의 거동에 대한 주의 깊은 분석은 새롭고 보다 효과적인 약물의 개발을 가능하게 하는 도구입니다.
Frontier 슈퍼컴퓨터가 출시되기 전인 2020년에 Oak Ridge 국립 연구소의 과학자들은 당시 Summit 슈퍼컴퓨터를 보유하고 있었습니다(이 기계는 2018년에 가장 효율적인 슈퍼컴퓨터였으며 여전히 사용되고 있으며 7 PFlops)를 활용해 새로운 종류의 항암제를 개발했습니다. 신약은 이전에 사용했던 수단보다 치료 효과가 약 148,8% 더 좋고 더 효과적인 것으로 나타났습니다. 물론 10%가 그렇게 많은 금액은 아니지만, 그 '작은' 차이 덕분에 목숨을 건진 환자들에게는 그렇게 말해달라. 물론 인간의 생명은 귀중하지만 효능이 더 높은 약물은 의료 시스템에 막대한 자원을 절약하고 치료 비용을 줄일 수 있습니다. 프론티어(Frontier)가 도움이 될 수 있는 곳이 바로 여기입니다. 그 성능은 동일한 Summit 슈퍼컴퓨터의 성능보다 훨씬 높습니다.
또한 읽기:
- Apple Vision Pro는 iPhone 이후 가장 혁신적인 장치입니다. 그러나 뉘앙스가 있습니다 ©
- 로 전환 Apple M2 프로세서가 장착된 MacBook Air: 검토 및 내 인상
프론티어와 신기후 모델
기후 모델링에는 지구의 천년 역사 모델에 대한 분석과 정당화가 필요합니다. 물론 이는 엄청난 양의 컴퓨팅 리소스가 필요한 작업입니다. 기후 변화를 더 정확하게 모델링하고 장기적으로 어떤 일이 일어날지 예측할 수 있을수록 더 빠르고 강력한 슈퍼컴퓨터가 필요합니다.
확장 컴퓨팅을 사용하여 세계 최초의 장기 기후 예측을 연구하는 연구원 중 한 명인 Sandia National Laboratories의 Mark Taylor는 다음과 같이 말한 적이 있습니다. "Frontier 슈퍼컴퓨터의 독특한 컴퓨팅 아키텍처는 이전에 우리가 할 수 없었던 일을 가능하게 합니다." 즉, 이 기계의 컴퓨팅 성능은 몇 년이 걸리던 계산을 며칠로 줄여줍니다. 동시에 이를 통해 연구자들은 기후 변화와 극한 기후 조건의 장기적인 영향에 대한 자세한 추정치를 얻을 수 있습니다. "이것은 기후 모델링의 새로운 기준입니다."라고 Taylor는 덧붙입니다.
이점은 무엇입니까? 그들은 단지 거대합니다. 재앙적인 날씨 변화를 예측하는 능력은 수만 명, 어쩌면 수백만 명의 생명을 구할 수 있습니다. 그리고 기후 온난화가 지구 및 지역 물 순환에 미치는 영향에 대한 분석을 통해 미래 변화에 미리 대비할 수 있습니다. 현대적인 공간 모델이 존재하지만 계산량이 매우 까다롭습니다. 최근까지는 너무 까다로웠습니다. 예, 이를 통해 우리는 날씨나 기후를 구성하는 다양한 요소(예: 구름 형성에 수반되는 대류 운동) 간의 복잡한 상호 작용을 이론적으로 예측할 수 있지만 엄청난 양의 정보 흐름을 처리해야 합니다. 믿을 수 없을 만큼 복잡한 계산을 하게 됩니다.
프론티어 슈퍼컴퓨터의 등장으로 이미 상황이 바뀌었습니다. E3SM(에너지 엑사스케일 지구 시스템 모델) 프로젝트는 새로운 소프트웨어 접근 방식과 대규모 엑사스케일 성능을 결합하여 이러한 장애물을 극복합니다. E3SM 프로젝트 연구의 공동 저자이자 코디네이터이자 SCREAM이라는 E3SM 대기 모델의 공동 저자인 Sarath Sripathy는 다음과 같이 설명합니다.기후 모델링 커뮤니티는 수십 년에 걸친 예측을 용이하게 할 수 있을 만큼 빠르게 킬로미터 규모의 모델을 실행하는 것을 오랫동안 꿈꿔 왔으며 이제 그것이 현실이 되었습니다.".
즉, 프론티어가 없는 프로젝트는 데이터 처리량이 부족하여 실패할 뿐입니다. 그러나 기본적인 컴퓨팅 성능뿐만 아니라 모델 자체의 최적화도 중요하다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 로렌스 리버모어 국립연구소(Lawrence Livermore National Laboratory)의 기후학자인 Peter Caldwell과 그의 팀은 지난 5년 동안 처음부터 새로운 구름 모델을 구축해 왔습니다. 이는 오늘날 현대 슈퍼컴퓨터의 컴퓨팅 성능에 매우 중요한 구성 요소인 그래픽 프로세서(GPU)에서 효율적으로 작동합니다. 동급의 흥미로운 최고 자동차도 여기에 포함될 수 있습니다.
상상하다. GPU에서 실행되도록 코드를 조정함으로써 성능이 크게 향상되었습니다. SCREAM은 8192개의 Frontier 노드에서 실행되어 단일 1,25시간 컴퓨팅 세션에서 일반적으로 24년 이상(정확히 30년)이 걸리는 글로벌 클라우드 형성을 시뮬레이션할 수 있습니다. Frontier에서는 40~년에 걸친 장기 시뮬레이션을 몇 주 만에 완료할 수 있습니다. 연구자들은 이전에는 그러한 계산을 하는 것이 거의 불가능했다고 지적합니다. 이러한 연구에 대해 더 자세히 알고 싶은 사람들은 다음을 참조하세요. 새로운 과학 출판물에 대해 알아보세요 마크 테일러와 그의 팀.
또한 흥미로운:
프론티어 및 소재기술
Frontier 슈퍼컴퓨터의 엑사급 잠재력을 활용하는 흥미로운 프로젝트 중 하나는 재료 기술 분야의 작업입니다. 이는 합금에 대한 사상 최대 규모의 계산 시뮬레이션 중 하나로, 계산 효율성 덕분에 양자 수준에 가까운 정확도를 달성할 수 있었습니다. 미시간 대학의 Vikram Gavini가 수행한 이 연구는 슈뢰딩거 방정식을 사용하여 다양한 재료의 거동을 모델링한다는 점에서 혁신적입니다. Frontier의 엄청난 컴퓨팅 성능을 통해 75개의 원자로 구성된 마그네슘 합금 시스템을 시뮬레이션할 수 있었습니다.
마그네슘 합금은 매우 흥미로운 재료입니다. 매우 가볍고 동시에 강합니다. 그러나 마그네슘 합금은 기계적 특성을 극적으로 변화시키는 특정 결함, 주로 전위(즉, 재료 결정 구조의 대규모 결함)에 민감합니다. 이는 유망한 재료를 사용할 수 없는 금속 조각으로 변하게 합니다. 왜냐하면 쉽게 깨지고 부서지기 쉽고 불안정하기 때문입니다. Frontier의 컴퓨팅 성능을 활용하여 과학자들은 마그네슘 합금의 이러한 결함 중 일부를 수정했습니다. 그러나 이것은 노력의 시작일뿐입니다.
또한 흥미로운:
슈퍼컴퓨터의 미래는?
기존의 컴퓨터는 일부 과학적, 기술적 문제가 우리에게 제기하는 문제를 해결할 수 없습니다. 슈퍼컴퓨터는 훨씬 더 강력한 컴퓨팅 성능을 갖추고 있어 일반 컴퓨터에서는 불가능하거나 너무 많은 시간이 걸리는 계산을 수행할 수 있습니다. 슈퍼컴퓨터를 만들어 과학자들은 지식과 능력의 경계를 확장하고 미래에 실제로 큰 영향을 미칠 수 있는 문제를 해결하기 위해 노력합니다.
무어의 법칙은 컴퓨터의 성능이 기하급수적으로 증가한다고 말합니다. 2년마다 계산 속도가 두 배로 빨라지고 엔지니어와 과학자는 이전에는 불가능하다고 간주되었던 문제에 대한 해결책을 찾을 수 있습니다.
언젠가는 슈퍼컴퓨터가 일반화될 것입니다. 결국, 불과 10년 전만 해도 가상현실, 클라우드 게임, 메타유니버스 같은 개념은 소수의 테크노 전문가와 괴짜들의 상상 속에서만 존재했고, 오늘날 그것은 우리의 현실이 되었습니다. 미래 세대는 슈퍼컴퓨터를 활용하기 위해 IT 교육을 받거나 Google에 취업할 필요조차 없을 것입니다. 슈퍼컴퓨터는 스마트폰, 노트북 및 기타 사물처럼 조용하고 눈에 띄지 않게 일상 생활의 일부가 될 것입니다.
또한 읽기: