인텔 데이터센터 그룹을 총괄하는 커크 스카우젠(Kirk Skaugen) 부사장 및 데이터센터 그룹 총괄 매니저는 국제슈퍼컴퓨팅회의(ISC, International Supercomputing Conference)에서 2010년대 말까지 엑사플롭급 성능을 구현한다는 인텔의 비전을 설명했다. 엑사플롭(ExaFLOP)은 초 당 100경 번의 연산을 수행하는 것으로, 현재 가장 빠른 슈퍼컴퓨터 보다 수백 배 더 높은 수준이다.

엑사급 성능을 실현하기 위해서는 업계 및 정부의 협력뿐 아니라 인텔 MIC 아키텍처(Intel Many Integrated Core Architecture)가 개척한 접근법이 필요하다는 것이 커크 스카우젠 부사장의 의견이다.

폭발적으로 증가하는 인터넷 상의 정보를 관리하고 기후변화 대책을 마련하며 석유 및 가스와 같은 천연자원 탐사 비용을 절감하는 등, 여러 가지 문제들을 처리하는 데에는 엄청난 양의 컴퓨팅 자원이 필요하고 이는 고성능 슈퍼컴퓨터만이 해결할 수 있다.

커크 스카우젠 부사장은 "상위 500대 슈퍼컴퓨터가 선택한 아키텍처는 바로 인텔 제온 프로세서(Intel Xeon Processors) 기반 시스템들이다. 인텔은 페타급 및 미래형 엑사급 업무에 적합한 인텔의 MIC 아키텍처를 바탕으로 관련 업계를 이끌면서 고성능 컴퓨팅 분야에 더욱 많은 비중을 두고 있다"며, "인텔이 갖추고 있는 뛰어난 제조 기술과 최신 아키텍처 혁신, 친숙한 소프트웨어 프로그래밍 환경은 엑사급 성능 구현이라는 목표를 앞당겨 실현시켜 줄 것이다"라고 전했다.

▲ 소프트웨어 개발 플랫폼 기반 인텔 MIC 아키텍처의 코드명은 '나이트 페리'

■ 엑사급 성능 구현 위한 초석 다지기

커크 스카우젠 부사장은 약 2년 주기로 마이크로프로세서의 트랜지스터 집적도를 두 배씩 높여 기능 및 성능은 향상시키고 비용은 절감한다는 무어의 법칙(Moore’s Law)을 끊임없이 추구하는 인텔의 노력과 더불어 혁신적이고 고효율적인 소프트웨어 프로그래밍 모델, 고도의 시스템 확장력이 페타급 컴퓨팅을 엑사급 컴퓨팅의 새로운 시대로 이끄는데 핵심적인 요소라고 강조했다.

하지만, 이러한 성능 향상은 엄청난 전력 소모량 증가를 동반한다. 현재 최고의 슈퍼컴퓨터인 중국의 톈허 1A가 엑사급 성능을 발휘하려면 1.6GW 이상의 전력이 필요하다. 이는 2백만 가정에 전력을 공급할 수 있을 정도의 양으로 에너지 효율성 문제가 야기된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 인텔과 유럽의 연구지역 연구원들은 다음과 같은 3가지 주요 목표를 가진 연구소 세 곳을 설립했다.

첫째, 유럽에 지속적인 협력 관계를 구축하고, 둘째, 유럽 고성능 컴퓨팅(HPC) 연구와의 연관성을 최대한 활용하며 셋째, 수리과학, 공학, 전략 컴퓨팅 부문을 기하급수적으로 성장시킨다는 것이 그 목표이다. 엑사급으로의 전환에 따른 에너지 효율성 문제 해결의 기반이 되는 시뮬레이션 애플리케이션을 개발하는 것이 이 연구소들의 기술개발 목표 중 하나이다.

커크 스카우젠 부사장은 HPC 시장이 급성장할 가능성이 있다고 언급했다. 1980년대 슈퍼컴퓨터들이 기가플롭(초 당 10억 번의 부동소수 연산) 성능을 제공한 반면, 오늘날 가장 강력한 제품들은 이보다 몇 백만 배 더 높은 성능을 구현한다. 그 결과, 슈퍼컴퓨팅에 사용되는 프로세서에 대한 수요가 증가했다.

2013년경에는 전 세계 상위100대 슈퍼컴퓨터에 100만 개의 프로세서가 사용될 것으로 전망된다. 2015년에는 이 수치가 두 배로 증가해 2010년대 말에는 8백만 개의 프로세서가 소요될 것으로 추정된다. 2015년에는 상위 50대 시스템 중 성능 면에서 상위 첫 번째 제품의 성능이 100페타플롭을 달성하게 되고 2018년에 엑사플롭의 벽이 무너질 것으로 예상된다. 2010년대 말에 이르면 지구상에서 가장 빠른 시스템의 속도가 4엑사플롭에 이를 것으로 전망된다.

■ 인텔 MIC 아키텍처 소프트웨어 개발 성장세

인텔 MIC 아키텍처는 인텔 제온 프로세서를 비롯한 기존 제품 라인에 추가되어 인텔이 엑사급 컴퓨팅 시대를 선도하는데 중요한 역할을 하게 될 것이다. 코드명 '나이트 코너(Knight Corner)'로 불리는 최초의 인텔 MIC 제품은 혁신적인 3D 트라이게이트 트랜지스터(3-D Tri-Gate transistors)가 사용된 22나노 공정에서 생산될 계획이다. 현재, 코드명 '나이트 페리(Knight Ferry)'로 불리는 인텔 MIC 소프트웨어 개발 플랫폼이 일부 개발 협력업체들에게 공급되고 있다.

이번 ISC에서 인텔과 독일 국가핵융합연구소, 독일 라이프니츠 슈퍼컴퓨팅 센터, 유럽공동원자핵연구소(CERN), 한국과학기술정보연구원(KISTI) 등의 협력업체들은 나이트 페리 플랫폼 작업의 초기 결과물을 선보였다. 이번 데모를 통해 인텔 MIC 아키텍처의 성능 및 소프트웨어 프로그래밍 능력이 입증되었다.

라이프니츠 슈퍼컴퓨팅 센터의 아른트 보드(Arndt Bode) 교수는 "인텔 MIC 프로그래밍 모델이 가지는 우수성 덕분에 인텔 제온 프로세서 실행시켰던 애플리케이션들을 나이트 페리 소프트웨어 개발 플랫폼으로 단시간 안에 확장시킬 수 있었다"라며, "이 작업은 원래 인텔 제온 프로세서용으로 개발 및 최적화되었지만 프로그래밍 모델의 유사성 덕분에 몇 시간 만에 인텔 MIC에 맞게 코드를 최적화시킬 수 있었고 650기가플롭 이상의 성능을 구현했다"고 말했다.

SGI, 델(Dell), HP, IBM, 콜팩스, 슈퍼마이크로의 서버 및 워크스테이션 플랫폼도 선보였는데, 이 회사들은 모두 '나이트 코너'를 기반으로 한 제품을 개발하기 위해 인텔과 협력 중이다.

SGI의 CTO인 엥림 고(Eng Lim Goh) 박사는 "SGI는 엑사급에 맞는 시스템 설계 시, 프로세서 간의 커뮤니케이션, 전력, 집적도, 유용성을 중요하게 본다. 인텔 MIC 제품들은 이 네 가지 우선 요소들을 만족시켜 줄 것이며, 특히 컴퓨팅 집적도 증대와 익숙한 X86 프로그래밍 환경이 특징적이다"라고 말했다.

▲ 인텔 MIC 아키텍처 코프로세서 코드명은 'Auburn Isle' 이는 나이트 페리 SDP카드의 핵심이다.

■ 상위 500대 슈퍼컴퓨터

ISC에서 발표된 37번째 상위500대 슈퍼컴퓨터 명단은 인텔이 고성능 컴퓨팅 분야에서 강력한 위치를 차지하고 있음을 보여준다. 전체의 77%에 달하는 387대의 시스템에 인텔 프로세서가 사용되었다.

2011년에 새로 등록된 시스템 중 인텔 기반 시스템의 비중은 88%에 이르렀다. 새로 추가된 명단의 절반 이상이 최신 32나노 인텔 제온 5600 시리즈 프로세서를 기반으로 하고 있다. 현재 제온 프로세서는 상위 500대 명단 시스템 전체의 35%에 사용되고 있으며, 이는 작년보다 세 배 많은 수치이다.

반기별 상위500대 슈퍼컴퓨터 명단은 독일 만하임 대학의 한스 무이어(Hans Meuer), 미국 에너지국 산하 국립에너지과학컴퓨팅센터의 에릭 스트로마이어(Erich Strohmaier), 미국 테네시 대학의 잭 동가라(Jacck Dongarra)들이 기록하며 전체 명단은 홈페이지(http://www.top500.org)를 참고한다.

인텔 MIC 아키텍처 기반 데모 및 성능 관련 자료, 커크 스카우젠 부사장 발표 자료 및 사진을 비롯한 2011년도 ISC에 관한 자세한 정보는 홈페이지(http://newsroom.intel.com/docs/DOC-2152)를 참고하면 된다.