슈퍼컴퓨터란?

“슈퍼컴퓨터”란 표준 컴퓨터보다 높은 성능으로 작동하는 컴퓨터를 말합니다. 이는 슈퍼컴퓨터의 아키텍처, 리소스 및 구성 요소가 매우 강력해져, 컴퓨터의 운영 속도가 가장 높거나 비슷할 때 성능을 발휘할 수 있다는 것을 의미합니다. 

슈퍼컴퓨터는 프로세서, 주변 기기, 커넥터, 운영 체제 및 다양한 애플리케이션을 포함하여 일반적인 컴퓨터의 주요 구성 요소 대부분을 포함합니다. 슈퍼컴퓨터와 표준 컴퓨터의 주요 차이점은 처리 능력입니다.

전통적으로 슈퍼컴퓨터는 초고속 컴퓨팅을 위해 대규모 컴퓨팅 성능이 필요한 엔터프라이즈 비즈니스와 과학 조직에서 주로 사용하는 초고속 단일 머신이었습니다. 그러나 오늘날의 슈퍼컴퓨터는 초당 수십억 개까지 계산할 수 있는 수만 개의 프로세서로 구성될 수 있습니다.

오늘날 슈퍼컴퓨터를 위한 일반적인 애플리케이션으로는 일기 예보, 원자로 운영 제어 및 암호화가 있습니다. 슈퍼컴퓨팅 비용이 감소함에 따라, 현대의 슈퍼컴퓨터는 시장 조사, 온라인 게임, 가상 및 증강 현실 애플리케이션에도 사용되고 있습니다.

슈퍼컴퓨터의 간략한 역사

1964년, Seymour Cray와 Control Data Corporation(CDC)의 엔지니어 팀은 최초의 슈퍼컴퓨터인 CDC 6600을 만들었습니다. 당시, CDC 6600은 일반 컴퓨터보다 10배 빠르며, 다음으로 가장 빠른 컴퓨터인 IBM 7030 Stretch보다 3배 빠르며, 초당 최대 3메가 부동 소수점 연산(FLOPS)의 속도로 계산을 수행했습니다. 오늘날의 표준으로는 속도가 느리지만, 당시에는 슈퍼컴퓨터라고 할 만큼 빠르기도 했습니다. 

“슈퍼컴퓨팅의 아버지”로 알려진 Seymour Cray와 그의 팀은 1969년 CDC 7600(160메가플롭스), 1982년 Cray X-MP(800메가플롭스), 1985년 Cray 2(1.9기가플롭스)를 출시하며 슈퍼컴퓨팅 업계를 이끌었습니다.

그 후, 다른 기업들은 슈퍼컴퓨터를 보다 저렴하게 만들고 대규모 병렬 처리(MPP)를 개발했습니다. 1992년 NASA의 계약업체인 Don Becker와 Thomas Sterling은 컴퓨터 유닛으로 구성된 슈퍼컴퓨터인 Beowulf을 구축했습니다. 클러스터 모델을 사용한 최초의 슈퍼컴퓨터였습니다.

오늘날의 슈퍼컴퓨터는 중앙 처리 장치(CPU)와 그래픽 처리 장치(GPU)를 모두 사용하여 계산을 수행합니다. TOP500은 RIKEN Center for Computational Science에 위치한 Fugaku 슈퍼컴퓨터로, 처리 속도가 442페타플롭스인 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터입니다.

슈퍼컴퓨터와 일반 PC 비교

오늘날의 슈퍼컴퓨터는 컴퓨팅 성능을 통합하여 단일 데스크탑 또는 서버보다 훨씬 높은 성능을 제공하여 엔지니어링, 과학 및 비즈니스의 복잡한 문제를 해결합니다.

일반 PC와 달리, 현대적인 슈퍼컴퓨터는 대규모 서버 클러스터로 구성되며, 하나 이상의 CPU가 컴퓨트 노드로 그룹화됩니다. 컴퓨팅 노드는 프로세서(또는 프로세서 그룹)와 메모리 블록을 구성하며 수만 개의 노드를 포함할 수 있습니다. 이러한 노드는 상호 연결되어 통신하고 함께 작동하여 특정 작업을 완료하는 반면, 프로세스는 수천 개의 프로세서 간에 분산되거나 동시에 실행됩니다. 

슈퍼컴퓨터의 성능 측정 방법

FLOPS는 슈퍼컴퓨터의 성능을 측정하고 부동 소수점 계산, 즉 숫자가 너무 크면 지수로 표현해야 하는 과학적 계산에 사용됩니다.

FLOPS는 초당 백만 개의 명령어(MIPS)보다 더 정확한 측정 방법입니다. 위에서 언급한 바와 같이, 오늘날 가장 빠른 슈퍼컴퓨터 중 일부는 1,000억 개 이상의 FLOPS(petaFLOPS)에서 성능을 발휘할 수 있습니다.

슈퍼컴퓨터는 어떻게 작동하나요?

슈퍼컴퓨터는 병렬 처리를 통해 서로 통신하여 문제를 해결하는 수천 개의 노드를 포함할 수 있습니다. 그러나 병렬 처리에는 대칭 멀티프로세싱(SMP)과 대규모 병렬 처리(MPP)의 두 가지 접근 방식이 있습니다. 

SMP에서 프로세서는 메모리와 /O 버스 또는 데이터 경로를 공유합니다. SMP는 단단히 결합된 멀티프로세싱 또는 “모든 것을 공유하는 시스템”이라고도 합니다.

MPP는 프로그램의 여러 부분에서 동시에 작동하는 여러 프로세서 사이에서 프로그램 처리를 조정합니다. 각 프로세서는 자체 운영 체제와 메모리를 사용합니다. MPP 프로세서는 프로세서 간에 메시지를 전송할 수 있는 메시징 인터페이스를 사용하여 통신합니다. MPP는 복잡할 수 있으며, 공통 데이터베이스를 분할하고 프로세서 간에 작업을 할당하는 방법에 대한 지식이 필요합니다. MPP 시스템은 “느슨하게 결합됨” 또는 “공유되지 않음”으로 알려져 있습니다.

SMP의 한 가지 장점은 컴퓨터 간의 워크로드 균형을 동적으로 조정하여 더 많은 사용자에게 더 빠르게 서비스를 제공할 수 있다는 점입니다. SMP 시스템은 많은 사용자가 동일한 데이터베이스(예: 간단한 트랜잭션 처리)에 액세스하는 온라인 트랜잭션 처리(OTP)에 MPP 시스템보다 더 적합한 것으로 간주됩니다. MPP는 여러 데이터베이스를 병렬로 검색해야 하는 애플리케이션(예: 의사 결정 지원 시스템 및 데이터 웨어하우스 애플리케이션)에 SMP보다 더 적합합니다.

슈퍼컴퓨터 유형

슈퍼컴퓨터는 범용과 특수의 두 가지 범주로 나뉩니다. 이러한 카테고리 내에서 범용 슈퍼컴퓨터는 세 가지 하위 카테고리로 나눌 수 있습니다.

범용 슈퍼컴퓨터

• 벡터 프로세싱 컴퓨터: 과학 컴퓨팅 분야에서 흔히 볼 수 있는 80년대와 90년대 초의 슈퍼컴퓨터는 대부분 벡터 컴퓨터였습니다. 오늘날에는 인기가 많지 않지만, 오늘날의 슈퍼컴퓨터에는 여전히 일부 벡터 프로세싱을 사용하는 CPU가 있습니다.
• 단단히 연결된 클러스터 컴퓨터: 이는 하나의 유닛으로 함께 작동하며 대규모 병렬 클러스터, 디렉터 기반 클러스터, 2노드 클러스터 및 멀티노드 클러스터를 포함하는 커넥티드 컴퓨터 그룹입니다. 병렬 및 디렉터 기반 클러스터는 일반적으로 고성능 처리에 사용되며, 2노드 및 멀티노드 클러스터는 내결함성에 사용됩니다.
• 원자재 컴퓨터: 여기에는 고대역폭, 저지연 LAN(Local Area Network)으로 연결된 수많은 표준 PC(PC)가 포함됩니다.

특수 목적 슈퍼컴퓨터 

특수 목적 슈퍼컴퓨터는 특정 작업 또는 목표를 달성하기 위해 구축된 슈퍼컴퓨터입니다. 이들은 일반적으로 애플리케이션별 집적회로(ASIC)를 사용하여 성능을 향상시킵니다(예: 딥 블루와 하이드라 모두 체스와 같은 게임을 하기 위해 구축됨). 

슈퍼 컴퓨터 사용 사례

슈퍼컴퓨터는 분명한 이점을 고려하여 엔지니어링 및 과학 연구와 같은 분야에서 광범위한 애플리케이션을 발견했습니다. 활용 사례는 다음과 같습니다.

• 날씨 및 기후 연구: 극한의 기상 상황의 영향을 예측하고, 미국해양대기청(NOAA) 시스템과 같은 기후 패턴을 이해하기 위해
• 석유 및 가스 탐사: 방대한 양의 지구물리적 지진 데이터를 수집하여 석유 보유량을 찾고 개발하는 데 도움을 줍니다.
• 항공 및 자동차 산업: 비행 시뮬레이터 및 시뮬레이션 자동차 환경을 설계하고 공기 저항 계수를 최소화하는 공기역학을 적용하기 위해
• 원자력 융합 연구: 원자력 폭발 및 무기 탄도 테스트를 위한 원자로 및 가상 환경 구축
• 의학 연구: 새로운 약물, 암 및 희귀 유전 질환에 대한 요법, COVID-19에 대한 치료를 개발하고, 유행병 및 질병의 생성과 진화에 대한 연구를 위해
• 실시간 애플리케이션: 사용자가 많을 때 토너먼트 및 새로운 게임 릴리즈 동안 온라인 게임 성능을 유지하기 위해

슈퍼컴퓨팅 및 HPC

슈퍼컴퓨팅은 고성능 컴퓨팅(HPC)과 동의어로 사용됩니다. 그러나 슈퍼컴퓨터가 사용하는 복잡하고 큰 계산을 처리하는 HPC 솔루션이라고 말하는 것이 더 정확합니다.

HPC를 사용하면 네트워크로 연결된 여러 슈퍼컴퓨터에서 데이터 집약적인 컴퓨팅을 동기화할 수 있습니다. 그 결과, 더 큰 데이터 세트를 사용하는 복잡한 계산은 일반 컴퓨터를 사용하는 것보다 훨씬 더 짧은 시간에 처리될 수 있습니다. 

슈퍼컴퓨팅을 위한 확장 가능한 스토리지

오늘날의 슈퍼컴퓨터는 다양한 용도로 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 세계 최고의 기술 기업들 중 일부는 빠르게 확장되는 메타버스에서 AI AI 슈퍼컴퓨터의 역할을 기대하며 AI 슈퍼컴퓨터를 개발하고 있습니다.

그 결과, 스토리지 솔루션은 매우 높은 컴퓨팅 속도를 위해 데이터의 신속한 검색을 지원할 뿐만 아니라, 고성능의 대규모 AI 워크로드의 요구를 처리할 수 있을 만큼 충분히 확장 가능해야 합니다.

가상 및 증강 현실 기술은 많은 데이터를 요구합니다. 5G, 머신러닝(ML), 사물인터넷(IoT) 및 신경망과 같은 지원 기술도 마찬가지입니다.

퓨어스토리지 ® FlashArray//XL 은 엔터프라이즈 워크로드에 최고 수준의 성능과 효율성을 제공하며, 플래시블레이드(FlashBlade)®는 업계에서 가장 진보된 올플래시 스토리지 솔루션입니다. 두 솔루션 모두 오늘날 가장 빠른 슈퍼컴퓨터를 구동할 수 있는 확장 가능하고 견고한 스토리지 솔루션을 제공합니다.

퓨어스토리지 as-a-Service(STaaS) 솔루션은 간단한 구독 모델로, 필요에 따라 스토리지 용량을 유연하게 확장할 수 있습니다. 

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