오늘 날의 IT 기술 키워드 중 뜨거운 감자는 단연 ‘인공지능’이라 할 수 있습니다. GPU자원을 개발하는 엔비디아(NVIDIA)의 주가 성장은 물론 GPU자원의 수요 대비 공급 부족으로 여러 엔터프라이즈 기업체에서는 이를 대체할 인공지능 칩(NPU)을 개발하기까지 이르렀습니다.

 

하지만 IT 트렌드가 급변하다 보니, HPC와 슈퍼컴퓨터라는 용어에 대해 혼동되는 경우가 있습니다.

 

 

슈퍼컴퓨터와 HPC의 차이는 무엇인가요?

 

결과부터 말하자면, 초기의 슈퍼컴퓨터를 기준으로 본다면, “‘성능’을 기준으로 보면 같고, ‘구조’를 기준으로 보면 다르다”라고 할 수 있습니다. 슈퍼컴퓨터나 HPC 모두 존재의 목적이 ‘단일 컴퓨터로는 해석하기 어려운 대형 연산을 계산하고 해석하기 위함’에 있기 때문에, ‘성능’을 기준으로 보는 것이 맞지 않을까 생각됩니다. 또한 내부 구조가 다르기 때문에, 현대 슈퍼컴퓨터가 HPC라고 이해하는 것이 향후 IT 트렌드 콘텐츠를 접할 때 이해하기 편할 것이라 생각됩니다.

 

 

‘정의’로서의 차이

 

고성능 컴퓨터(HPC; High Performance Computer)에 대한 공식적 정의는 없습니다. 시장조사기관 IDC는 “과학자, 공학자 및 분석가가 계산 중심 시뮬레이션 등의 작업을 수행하는 데 사용하는 서버급의 컴퓨터”라 정의하고 있습니다.

 

고성능 컴퓨터와 동의어로 기술적 컴퓨터(TC:Technical Computer)가 있습니다.

 

이러한 고성능 컴퓨터 중에서 상위 성능 그룹에 속하는 것을 슈퍼컴퓨터라고 하는데 이 역시 성능 관점이며, 시대가 지날수록 기술의 발전에 의해 컴퓨팅 성능이 기하급수적으로 좋아지고 있어 정확한 경계를 세울 수 없어, 본질적으로는 슈퍼컴퓨터와 HPC의 차이가 없다고 할 수 있습니다.

 

 

슈퍼컴퓨터의 구조

 

슈퍼컴퓨터의 기원은 알려져 있는 내용으로는 1964년 미국의 CDC가 발표한 ‘CDC 6600’모델이 슈퍼컴퓨터라 불리는 최초의 컴퓨터였다고 합니다. 당시 CDC 세이모어 크레이(Seymour Cray)와 연구원들이 기존 컴퓨터보다 10배쯤 빠른 컴퓨터, 슈퍼컴퓨터라고 부를 만한 컴퓨터를 만들어보자는 목표로 개발된 모델이라고 합니다.

 

이 초기의 슈퍼컴퓨터에서 비교적 근래에 이르기까지 슈퍼컴퓨터의 프로세서는 주로 벡터(Vector) 방식을 갖고 있었습니다. 하지만 규모의 경제면에서 범용 프로세서였던 스칼라 방식의 프로세서는 새로운 병렬 컴퓨팅 프로세서 방식과 비교해 가격이 매우 비싸서 요즘은 병렬 컴퓨팅 프로세서의 HPC가 다방면으로 활용되고 있습니다. 이는 아래 도식화된 그림을 통해 보시면 더 이해하기 편합니다.

 

(자료 = 기상청)

 

HPC의 성능이 시대의 흐름에 따라 기하급수적으로 높아진다는 것은 한국 최초의 슈퍼컴퓨터 1호기부터 현재 쓰이는 5호기까지의 스토리를 통해 볼 수 있습니다.

 

 

한국 최초의 슈퍼컴퓨터 1호기(1988.08~)

 

[자료 : 슈퍼컴퓨터 1호기 모형, C 영상미디어]

 

1988년 8월 서울올림픽 때, 시스템공학연구소(SERI)에서 미국 제조사 크레이를 통해 국가 슈퍼컴 1호기를 구매했다고 합니다. 당시 구입가 2400만 달러(한화 약 273억)로 1호기는 중앙처리장치(CPU)4개, 메모리 용량 1GB, 디스크 용량 40GB를 갖췄고 최고 성능이 2GFlops였다고 합니다.

 

오늘날에 비하면 개인용 컴퓨터 성능 혹은 스마트폰 메모리 용량보다도 한참 못 미치는 수준이지만, 1호기는 기상예보, 대륙붕에서의 석유 탐사, 신약개발 등 분야 연구에 활용되어 여러 성과를 이루었다고 합니다.

 

한국 슈퍼컴퓨터 2호기(1993.10~)

- Cray-C90(최고 성능 16GFlops, CPU 16rto, 메모리 4GB, 디스크 용량 203GB)

- 1호기는 도입 5년 후 2호기가 도입

- 액체로켓 엔진의 분무 연소 해석, 장마와 관련된 호우·태풍 분석 등의 연구 성과

 

한국 슈퍼컴퓨터 3호기(2001.06~)

- IBM p690, NEC SX-5/SX-6 시스템

- 이론 성능은 4.3TFlops, CPU 672개, 메모리 4.4TB, 디스크 용량 110TB

- 중소기업 기술 혁신에 활용되어 슈퍼컴 대중화를 이루는 계기가 됨

- 화학 · 항공 · 물리 등의 분야에 이바지하여 기존 알루미늄과 종이를 쓰던 환기장치용 배기열 회수 열교환기를 플라스틱 소재로 바꾸는데 일조함

한국 슈퍼컴퓨터 4호기(2010.11~)

- 3호기 대비 80배 성능 향상

- 최고 성능 324Tflops

- 중력파, 분자모델링, 나노 소재 개발과 같은 거대 연구의 발전 견인

 

한국 슈퍼컴퓨터 5호기 ‘누리온’(2020 ~ 현재)

- 무게 : 133톤, 면적 468㎥(141.57평), 매일 냉각을 위해 사용되는 냉수 : 1237만 3920㎖

- 최고성능 1.9PFlops, Cascade Lake 프로세서 탑재, 메모리 327TB

- 슈퍼컴퓨터 연산 성능 세계 11위 등재 (HPC Top 500, Rank 8)

 

앞으로 준비되고 있는 6호기 역시 5호기 대비 상당 성능을 탑재하여 개발될 예정이며, 양자 컴퓨터 활용에 대한 기대감도 있다고 합니다.

한국과학기술정보연구원(KISTI)는 슈퍼컴 6호기 도입을 23년 08월 공식화한 상태로, 최고 성능 600PFlops (5호기 대비 약 70배 높음)로 예상되며, 핵융합 구현을 위한 시뮬레이션 연구 등도 가능할 것으로 전망하고 있다고 합니다. 2025년에는 구축이 완료될 것으로 보입니다.

 

HPC의 트렌드, 흐름, 슈퍼컴 성능에 따른 계산, 시뮬레이션 분야의 확장으로 HPC 자원 관리 역시 중대해질 것이며, 클루닉스의 ‘아렌티어’와 같은 HPC 자원 관리 솔루션의 중요성 또한 증대될 것으로 생각됩니다.

 

 

[참고 자료]

https://it.chosun.com/news/articleView.html?idxno=2014032185033

https://www.redhat.com/ko/topics/high-performance-computing/what-is-high-performance-computing