Clunix

리눅스나 슈퍼컴 몰라도 해석 시간 1/6로 줄일 수 있다!

해석 작업은 더 빨리 해야겠는데, 슈퍼컴은 굉장히 고가에다 사용이 어려워, 그리드나 클러스터를 고려해 보지만 어떻게 도입하는지, 도입하면 어떻게 운영할지, 사용중이던 CAE 프로그램은 또 어떻게 적용할지 난감하다면 그리드 슈퍼컴 구축/운영 솔루션인 그리드센터가 가장 적당한 해답이 될 것이다.

* 부품-반도체 산업의 경쟁력 - 해석시간을 줄여라!
부품이나 금형 등의 개발 과정상 해석 시간을 줄이는 것이 점점 더 중요해져 가고 있다. 대기업과 계약을 맺거나, 신제품을 출시할 때 더 빠른 개발 능력, 더 빠른 출시 능력이 회사의 수익과 명운을 결정하기 때문이다. 하지만, CAE 프로그램의 발달에 따라 해석의 규모나 정확도가 빠르게 좋아지면서, 더 크고 더 정확한 해석은 더 많은 계산 시간을 요구하고 있다.
현재까지 이 문제에 대한 가장 효과적인 해결책은 수십 개 이상의 CPU를 가진 대형 컴퓨터나 슈퍼컴퓨터를 쓰는 것이었다. 그러나 해석시간을 몇 주일 줄이자고 수십억원을 들여 시스템을 살 수는 없는 일. 이에 대안으로 나온 것이 그리드 (클러스터) 슈퍼컴퓨터이다.

* 해석 시간 단축의 대세 - 그리드 슈퍼컴의 이용
그리드 슈퍼컴은 한 마디로 워크스테이션급 컴퓨터를 수십 대 연결해서 초고속 시스템을 만드는 새로운 기술이다. 이 기술은 고전적인 슈퍼컴을 사는 것보다 훨씬 저렴하면서도, 비슷한 성능의 슈퍼컴을 만들어준다.
이런 이유로, 해석 시간을 줄이기 위해 많은 업체들이 그리드(클러스터) 시스템을 도입하려 하지만, 어떻게 도입을 하는지, 도입 후 운영은 어떻게 할지, CAE 프로그램들이 과연 생소한 시스템에서 잘 운영될지 우려하는 것은 피할 수가 없다. 그리드 기술의 핵심은 당연하게도, 평범하고 저렴한 소형 서버(4개 이하의 CPU를 가진 컴퓨터)들로 “슈퍼컴을 만들어주는” 소프트웨어겠지만, 단순히 그것으로 끝나는 것이 아니라 해석 프로그램들이 잘 동작하도록 보장하는 것도 그리드 소프트웨어에 있어 필수적일 것이다.

* 세계 최고 수준 그리드 솔루션으로, 용이한 슈퍼컴 기반의 해석 환경 구축
CAE 업계에는 생소하지만, 주식회사 클루닉스는 이 분야에서 세계 최고 수준의 기술과 제품을 보유한 전문 기업이다. 이미 로템, ETS소프트, RIST연구소, 엠텍비전 등 국내 유수 업체들이 클루닉스의 그리드 솔루션으로 슈퍼컴을 구축, 운영하고 있다.
해석 소프트웨어 사용자(개발자)나 시스템 운영자의 입장에서는 해석할 모델 만들어 해석 프로그램으로 실행하는 것에만 신경을 쓰고 싶겠지만, 해석 시간을 줄이기 위해 해석 작업을 병렬 슈퍼컴에서 실행하려면 불가피하게 아래의 실무적이고 기술적인 사항을 새로 배우거나 해결해야 한다. (어떤 슈퍼컴을 사든 마찬가지다)

1)그리드 (슈퍼컴) 도입/구축
2)CAE 프로그램에 맞게 (최고속도가 나도록) 최적화
3)모델링 후 슈퍼컴에서 해석작업을 실행
4)슈퍼컴 자체를 운영 (사용자 관리, 디스크 관리, 시스템 관리)

클루닉스의 그리드 슈퍼컴 구축 솔루션인 “그리드센터(GridCenter)”는 네트워크에 연결된 워크스테이션급의 소형 서버들로 슈퍼컴퓨터를 구성해 준다. (병렬/MPP 버전이 있는 대부분의 상용 CAE 프로그램들에 대한 최적화가 가능하다.)
CAE 프로그램의 사용자는 그리드 슈퍼컴에 로그인하여 간단한 명령어나 인터넷 브라우저로 해석 작업을 실행하면 그리드센터 소프트웨어가 사용자의 해석 작업, 시뮬레이션 작업들을 알아서 줄세우고(스케줄링), 해석 작업에 필요한 만큼 CPU를 준비해서 최단시간 내에 실행시켜 준다. 사용자는 새로 구축된 (슈퍼)컴퓨터 접속법과 명령어 한 두개만 배우면 된다.

* 그리드센터 - 슈퍼컴 구축과 운영, 병렬 해석 작업의 단순화를 실현
혼자 쓰는 슈퍼컴이 아닌 만큼, 새로 사용자가 들어오거나, 나가거나, 하드 디스크가 모자라거나 하는 경우가 생긴다. 그에 더해 CAE 프로그램을 새로 설치하거나, 다시 설치할 수도 있다. 그리드 슈퍼컴은 (실제 슈퍼컴과 달리) 수 대에서 수십 대의 소형 서버를 연결한 것이어서 사용자를 더하거나 빼는 일, 프로그램 하나를 더 설치하는 일에도 상당한 노고가 필요하다. (게다가 그 일들은 대부분의 관리자나 사용자에게는 생소하지 그지없는 “리눅스” 서버 관리이다)
그리드센터는 누구나 쓸 수 있는 인터넷 브라우저 상에서 직관적으로 프로그램 패키지 설치나 사용자 추가, 디스크 용량 등을 관리할 수 있게 해준다. 클루닉스에서 이런 운영을 대행하기도 하지만, 엔지니어가 출장을 나와서 지원을 하는 데에 하루 이틀씩 걸리는 것보다는 사용자가 인터넷 브라우저로 1~2분만에 해 버리는 것이 더 나을 수도 있다.

* 극적 도입 효과 - 해석 시간을 1/6로 단축
그리드센터를 이용한 그리드 슈퍼컴의 도입 효과는 극적이다. 대표적 충돌 해석 소프트웨어인 LSDyna의 경우, 속도 측정의 기준인 Top Crunch 사이트에서 사용하는 neon_refined code를 사용하여 해석 성능 개선을 측정하였다. 2 CPU 서버 4대(AMD Opteron 2.6GHz)에 그리드센터를 설치하여 만든 그리드 슈퍼컴은 1,553초가 걸려, 같은 CPU를 사용한 그리드 슈퍼컴들 중 세계 3위급의 성능을 발휘했다. (이 같은 수치는 같은 CPU를 사용한, 가장 빠른 전용 슈퍼컴에 비교할 때, 겨우 5% 이내의 성능차만을 보이는 것이다.) 단일 CPU 실행시간은 11,463초로, 8 CPU 그리드 시스템이 단일 CPU 시스템보다 약 6배 더 빠른 성능을 보였다.
특히, 그리드센터의 최적화 옵션을 적용하지 않은 단순 병렬 실행 결과는 8 CPU 상에서 3,210초가 소요되어 그리드센터의 최적화 옵션이 2배 이상의 성능 개선을 보였다.
그리드센터는 현재 LSDyna뿐 아니라, MCAD 분야의 CAE 프로그램 대부분과 EDA 분야의 프로그램들도 지원한다.

표 1. LSDyna-neon refined-8 CPU 실행시간 비교

시스템 사양 실행시간 실행시간 단축효과
1 CPU System 11,463 초(약 190분) -
8 CPU System 3,210 초(약 53분) 약 1/3
8 CPU System 1,553 초(약 26분) 약 1/6
(그리드센터 최적화 옵션 적용)

* 리눅스도 슈퍼컴도 모르지만, 해석 시간을 줄이고 싶다면 “그리드센터”
그리드 슈퍼컴이나 MPP(병렬처리) 버전의 CAE 프로그램이 대부분 리눅스에서 동작한다는 것은 시스템 운영자나 PC 상의 개발자에게는 참으로 난감한 일이 아닐 수 없다. 다행히 그리드센터는, 수십 대에 달하는 그리드 구성 컴퓨터 모두에 사용자 계정을 추가/삭제하고, 디스크 할당량을 감시하고 그 사용량 체크하며, 프로그램을 새로 설치하고, 컴퓨터의 자원 사용량과 고장 여부를 감시하는 등의 귀찮지만 필수적인 작업들을 한 대의 컴퓨터에서 작업하듯이 간단하게 처리할 수 있다.
해석 작업은 더 빨리 해야겠는데, 슈퍼컴은 굉장히 고가에다 사용이 어려우니, 그리드나 클러스터를 고려해 보지만, 어떻게 도입하는지, 도입하면 어떻게 운영을 할지, 사용중이던 CAE 프로그램은 또 어떻게 적용할지 난감하다면 그리드 슈퍼컴 구축/운영 솔루션인 그리드센터가 가장 적당한 해답이 될 것이다. 몇몇 메이저 서버 벤더들은 이미 CAE/EDA 분야에서 클루닉스와의 전략적 제휴를 통해 그리드 슈퍼컴을 공급할 태세이다.

CAD & Graphics 2006, 8월호 (P108~109)