프런티어 (슈퍼컴퓨터)

프런티어는 미국 에너지부 산하 오크리지 국립연구소에 설치된 엑사스케일 슈퍼컴퓨터이다. 크레이가 개발한 이 시스템은 2022년 5월 30일 공식 가동을 시작했으며, 같은 달 발표된 TOP500 목록에서 약 1.102 엑사플롭스의 성능으로 세계 1위에 올랐다[3]. 이는 미국 최초이자 세계에서 공식적으로 공개된 최초의 엑사스케일 슈퍼컴퓨터라는 역사적 의미를 지닌다.

이 시스템은 테네시주 오크리지에 위치하며, 국가적 차원의 과학적 과제 해결을 위해 구축되었다. 주요 목표는 인공지능, 시뮬레이션, 빅데이터 분석을 융합한 고성능 컴퓨팅을 통해 에너지, 의료, 재료 과학 등 다양한 분야에서 획기적인 연구 성과를 내는 것이다. 프런티어의 가동은 고성능 컴퓨팅 기술의 새로운 시대를 열었다는 평가를 받고 있다.

프런티어는 크레이가 개발한 엑사스케일 슈퍼컴퓨터로, 오크리지 국립연구소에 설치되어 미국 에너지부의 지원을 받아 운영된다. 이 시스템은 HPE 크레이 EX 플랫폼을 기반으로 구축되었으며, AMD의 최신 CPU와 GPU를 결합한 이종 컴퓨팅 아키텍처를 채택하고 있다.

프런티어의 컴퓨팅 노드는 각각 하나의 최적화된 AMD EPYC CPU와 네 개의 AMD 인스팅트 MI250X 가속기로 구성된다. 이러한 노드들은 HPE 슬링샷 11 인터커넥트 기술을 통해 고대역폭, 저지연의 네트워크로 연결되어 하나의 거대한 시스템을 형성한다. 이는 대규모 병렬 처리 작업에 필수적인 효율적인 데이터 통신을 가능하게 한다.

시스템의 전체적인 설계는 에너지 효율성에도 중점을 두고 있다. 고성능 컴퓨팅에서 전력 소비는 주요 과제 중 하나인데, 프런티어는 강력한 성능을 제공하면서도 상대적으로 높은 전력 효율을 달성하도록 설계되었다. 이는 액체 냉각 방식을 포함한 첨단 열 관리 솔루션을 통해 실현된다.

프런티어는 2022년 5월 30일 공식 가동을 시작했으며, 같은 달 발표된 TOP500 목록에서 약 1.102 엑사플롭스의 성능으로 세계 1위를 기록했다. 이는 과학적 발견을 가속화하기 위해 필요한 복잡한 시뮬레이션과 데이터 분석을 수행할 수 있는 엄청난 계산 능력을 의미한다.

프런티어는 HPE 크레이의 HPE 크레이 슈퍼컴퓨터 EX 시스템으로, 리눅스 기반의 운영 체제를 사용한다. 이 시스템은 HPE 크레이의 자체 슈퍼컴퓨터 운영 체제를 기반으로 하여 대규모 엑사스케일 컴퓨팅 환경에 최적화되어 있다.

주요 소프트웨어 스택은 고성능 컴퓨팅 애플리케이션의 개발과 실행을 지원하도록 구성되어 있다. 여기에는 병렬 파일 시스템, 자원 관리자, 작업 스케줄러 등 시스템 운영에 필수적인 미들웨어와 도구들이 포함된다. 또한 광범위한 과학 계산 라이브러리와 수치 해석 소프트웨어가 사전 설치되어 제공되어 연구자들이 즉시 활용할 수 있다.

프로그래밍 환경은 C++, 포트란, 파이썬 등 주요 고성능 컴퓨팅 언어를 완벽하게 지원한다. 병렬 프로그래밍을 위한 MPI와 OpenMP와 같은 표준 API도 핵심 소프트웨어 스택의 일부로 통합되어 있다. 이러한 환경은 복잡한 시뮬레이션과 데이터 분석 작업을 효율적으로 수행하는 데 기여한다.

전체 소프트웨어 생태계는 오크리지 국립연구소와 에너지부의 다른 국립 연구소들이 협력하여 구축하고 유지 관리하며, 지속적인 업데이트를 통해 최신 컴퓨팅 과학 연구 요구사항을 충족시키고 있다.

프런티어는 엑사스케일 슈퍼컴퓨터로서, 크레이의 슬링샷 인터커넥트와 AMD의 CPU 및 GPU를 기반으로 한 이종 컴퓨팅 아키텍처를 채택하고 있다. 이러한 하드웨어 구조에 최적화된 프로그래밍 모델과 개발 도구를 제공하여 광범위한 과학기술 응용 프로그램의 효율적인 실행을 지원한다.

주요 프로그래밍 모델로는 OpenMP와 HIP가 사용된다. OpenMP는 CPU의 다중 코어를 활용한 공유 메모리 병렬 처리를 담당하며, HIP는 AMD GPU에서의 가속 컴퓨팅을 위한 코드를 작성하는 데 사용된다. 이는 CUDA와 유사한 개념이나, AMD의 하드웨어에 특화된 모델이다. 또한, MPI를 통해 수만 개의 노드 간 분산 메모리 병렬 처리를 조정하여 대규모 병렬 작업을 가능하게 한다.

개발 도구 체계는 AMD의 ROCm 소프트웨어 플랫폼을 중심으로 구성된다. ROCm은 컴파일러, 디버거, 프로파일러 등 다양한 도구를 포함하며, 특히 HIP 코드의 컴파일과 최적화를 담당한다. 사용자들은 C++ 및 포트란과 같은 고성능 컴퓨팅 언어를 사용하여 애플리케이션을 개발할 수 있으며, 슈퍼컴퓨터의 방대한 자원을 효율적으로 활용하기 위해 이러한 모델과 도구들을 조합하여 사용한다.

프런티어는 2022년 5월 30일 미국 에너지부 산하의 오크리지 국립연구소에서 정식 가동을 시작했다. 이 시스템은 2022년 5월 발표된 TOP500 슈퍼컴퓨터 순위에서 세계 1위를 차지하며, 공식적인 최고 성능(Rmax 기준)은 약 1.102 엑사플롭스에 달한다. 이는 초당 110경 2천조 번의 부동소수점 연산을 수행할 수 있는 수치로, 프런티어를 최초의 공인된 엑사스케일 슈퍼컴퓨터로 자리매김하게 했다.

이 엄청난 연산 능력은 크레이가 설계한 혁신적인 시스템 아키텍처에서 비롯된다. 프런티어는 AMD의 에픽 CPU와 인스팅트 GPU를 기반으로 하는 크레이 EX235a 노드로 구성되어 있으며, 크레이의 슬링샷 11 인터커넥트 기술을 통해 고대역폭, 저지연의 네트워크로 연결된다. 이러한 하드웨어 구성은 고성능 컴퓨팅과 인공지능 워크로드를 모두 효율적으로 처리할 수 있는 기반을 제공한다.

프런티어의 성능은 과학적 발견의 새로운 지평을 열었다. 이 시스템은 기후 과학, 핵융합 에너지, 암 치료제 개발, 신소재 탐구 등 복잡한 대규모 시뮬레이션과 데이터 분석을 수행하는 데 활용되고 있다. 오크리지 국립연구소를 중심으로 운영되며, 미국 에너지부의 과학 연구 프로젝트를 지원하는 핵심 인프라로서의 역할을 수행하고 있다.

프런티어는 엑사스케일 컴퓨팅의 시대를 열며 과학과 공학의 여러 첨단 분야에서 혁신적인 연구를 가능하게 한다. 주요 활용 분야는 기후 과학, 핵융합 에너지, 신약 개발, 재료 과학 등으로, 복잡한 현실 세계의 현상을 초고해상도로 시뮬레이션하고 방대한 데이터를 분석하는 데 중점을 둔다. 이를 통해 기존에는 불가능했던 규모와 정밀도의 연구가 수행되고 있다.

구체적인 연구 성과로는, 암 치료를 위한 표적 약물 설계, 태양과 같은 항성의 내부 구조 및 활동 모델링, 청정 에너지원으로 주목받는 핵융합 반응로의 플라즈마 거동 예측 등이 있다. 또한 기후 변화의 장기적 영향을 지역 단위까지 세밀하게 예측하는 고해상도 기후 모델 개발에도 활용되어 정책 수립에 중요한 과학적 근거를 제공하고 있다.

이 시스템은 인공지능과 머신 러닝을 전통적인 고성능 컴퓨팅 워크로드와 결합하는 새로운 패러다임을 선도한다. 대규모 과학 데이터를 AI 모델의 훈련에 사용하거나, 반대로 AI를 활용하여 물리 기반 시뮬레이션의 속도를 획기적으로 가속하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이는 의료 영상 분석, 신소재 발견 가속화 등의 분야에서 빠른 발전을 이끌고 있다.

프런티어의 도입은 단순한 계산 속도 경쟁을 넘어, 복잡한 과학적 난제를 해결하고 사회적 과제에 대응하는 데 슈퍼컴퓨터가 어떻게 기여할 수 있는지를 보여주는 상징이 되었다. 오크리지 국립연구소를 중심으로 한 연구자들은 이 시스템을 통해 인류의 지식 경계를 확장하고 미래 기술의 초석을 마련하는 중대한 성과들을 만들어내고 있다.

프런티어는 미국 에너지부 산하의 오크리지 국립연구소에서 운영된다. 이 슈퍼컴퓨터는 미국 에너지부의 엑사스케일 컴퓨팅 프로젝트의 일환으로 개발되었으며, 2022년 5월 30일에 공식 가동을 시작했다. 시스템의 주요 목적은 과학적 발견을 가속화하는 것으로, 이를 위해 연구자들에게 고성능 컴퓨팅 자원을 제공한다.

시스템에 대한 접근은 경쟁적인 제안 평가 과정을 통해 이루어진다. 연구자들은 미국 에너지부의 과학적 컴퓨팅 리더십 시설 프로그램이나 오크리지 리더십 컴퓨팅 시설을 통해 컴퓨팅 시간을 신청할 수 있다. 이러한 프로그램들은 에너지, 재료 과학, 기후 모델링, 핵융합 연구 등 다양한 과학 및 공학 분야의 첨단 연구를 지원한다. 승인된 프로젝트는 시스템의 방대한 컴퓨팅 성능을 활용하여 복잡한 시뮬레이션과 데이터 분석을 수행할 수 있다.

프런티어의 운영은 고도의 전문성을 요구하며, 오크리지 국립연구소의 전문가 팀이 시스템의 원활한 가동과 유지보수를 담당한다. 이는 하드웨어 관리부터 사용자 지원, 소프트웨어 최적화에 이르기까지 광범위한 업무를 포함한다. 또한, 시스템은 에너지 효율성을 극대화하기 위해 설계된 특수한 냉각 시스템을 갖추고 있으며, 이는 운영 비용과 환경적 영향을 관리하는 데 중요한 요소이다.