[과학을 읽다]'국산 가속기' 韓 슈퍼컴 독자 개발 위한 '첫발'

ETRI, K-AB21 개발 성공
슈퍼컴 최대 행사 SC24에서 소개 예정

한국이 세계 슈퍼컴퓨터 강국 대열에 올라서기 위한 첫걸음을 내디뎠다. 국내 연구진이 지난달 30일 한국 최초의 슈퍼컴퓨터용 가속기 칩 ‘K-AB21’의 개발에 성공했다고 발표하며 전 세계 다섯 번째 슈퍼컴퓨터 생산 국가라는 꿈이 막연한 상상이 아닌 눈앞의 현실로 다가온 것이다.

K-AB21 가속기는 한국전자통신연구원(ETRI)에서 개발했고, 한국 국가 슈퍼컴퓨터 운영기관인 한국과학기술정보연구원(KISTI)이 소프트웨어 개발의 주축으로 참여했다. 칩을 개발한 ETRI와 KISTI는 국산 슈퍼컴 제조를 위해 손을 맞잡고 연구에 나섰다.

슈퍼컴퓨터는 고급 데이터 분석, 인공지능(AI) 연구, 과학적 시뮬레이션 등 다양한 첨단 산업에서 필수적인 인프라로 자리 잡고 있다. 한국은 그동안 외국산 제품과 부품에 의존하며 세계 10위권 슈퍼컴을 보유해 왔지만, 이번 연구 성과를 통해 기술 독립을 달성할 수 있는 가능성을 엿보게 됐다. 정부는 이번 성과를 발판 삼아 국내 슈퍼컴퓨팅 생태계를 더욱 강화하고, 틈새시장 기술전략을 통해 글로벌 무대에서 한국 기술의 경쟁력을 높이겠다는 계획이다.

과거 슈퍼컴퓨터는 주로 중앙처리장치(CPU) 기반의 연산에 의존했으나, 최근 들어 그래픽처리장치(GPU)와 같은 가속기를 활용한 병렬 연산이 중요해지고 있다. GPU는 CPU에 비해 더 많은 연산을 동시에 처리할 수 있는 장점이 있어 대규모 데이터 분석이나 과학적 시뮬레이션, AI 학습 등에 유리하다. GPU를 활용한 슈퍼컴퓨터는 AI와 고성능 연산(HPC) 양쪽에서 모두 활용될 수 있어, 기존 CPU 기반 슈퍼컴퓨터의 한계를 넘어서는 성능을 제공할 수 있다. AI 시대에 GPU 기반 슈퍼컴이 주목받는 이유다. 우리 국가 슈퍼컴퓨터 6호기, 기상청의 차세대 슈퍼컴퓨터 역시 GPU 기반으로 추진되고 있다.

국내 기술로 개발된 K-AB21 가속기. 사진=ETRI

이번에 개발된 K-AB21 가속기 칩은 ETRI의 인공지능컴퓨팅연구소와 지능형반도체연구본부가 공동으로 개발했으며, 국내에서 자체 개발된 최초의 고성능 슈퍼컴퓨터용 칩이다. 100억개의 트랜지스터를 집적했다. 연구팀에 따르면, 이 칩은 고정밀도의 배정도 부동소수점 연산(FP64)을 지원해 과학적 계산 및 엔지니어링 시뮬레이션을 가속할 수 있도록 설계됐다. 이 가속기는 이달 18일 미국 애틀랜타에서 열리는 세계 최대 규모의 슈퍼컴퓨터 기술 전시회인 슈퍼컴퓨팅24(SC24)에서 최초로 공개되며, 성능과 기능을 검증할 예정이다.

K-AB21은 연산을 1초에 8조번 할 수 있는 8테라플롭스(TF) 성능을 갖췄다. ETRI는 대만 TSMC의 12나노 공정에서 제작된 K-AB21이 같은 공정으로 제작한 엔비디아 ‘V100’의 7TF보다 성능이 우수하다고 설명했다. 다만 V100은 2017년 이미 양산이 이뤄졌고 K-AB21은 이제 시제품이 나왔다는 점이 대비된다. V100은 A100, H100, 블랙웰로 발전해 왔다.

약 7년 전에 등장한 제품과 비슷한 성적이지만 가속기 경력이 일천한 우리의 입장에서는 이 정도로도 큰 성과다. 문제는 엔비디아는 2년마다 신제품을 내놓으며 급격한 성능 향상을 이뤄내고 있다는 점이다. 우리가 추격해도 엔비디아가 도망가는 속도가 빠르다 보니 그만큼 우리의 도전이 쉽지 않다. 추가 투자가 필요한 이유다.

국가슈퍼컴 5호기 누리온은 해외 기술로 제작됐다. 사진=KISTI

ETRI의 연구진은 이번 개발을 통해 슈퍼컴퓨터의 독자적 생태계 구축을 위한 기술 기반을 다졌다고 평가했다. 슈퍼컴퓨터는 단순히 가속기 칩만으로 이루어지지 않는다. 시스템 전체가 안정적으로 작동할 수 있도록 초고속 연산을 수행하는 소프트웨어, 발열을 효율적으로 관리하는 냉각 기술, 데이터 전송 속도를 높이는 고속 인터페이스 등 다양한 부속 기술들이 결합해야 한다.

특히 KISTI가 개발을 주도한 소프트웨어가 중요하다. KISTI는 컴파일러와 런타임, 디바이스 드라이버 등 슈퍼컴퓨터의 필수 소프트웨어 구성 요소를 완성해 ETRI의 가속기 칩과의 시너지를 극대화했다. 이번 슈퍼컴퓨터 가속기 시스템의 연산 성능을 최대한으로 끌어올리기 위한 핵심 역할을 맡은 것이다.

KISTI는 슈퍼컴퓨터가 단순히 하드웨어뿐 아니라 고성능 소프트웨어와 냉각 기술 등의 여러 요소가 결합한 복합 시스템이라는 점을 강조하고 있다.

조민수 KISTI 원장 대행은 "국가적 차원에서 슈퍼컴퓨터의 독자 개발이 필수적이다. 이를 통해 진정한 사용자 중심의 슈퍼컴퓨팅 환경을 마련하고 기술 자립을 이뤄야 한다"고 밝혔다. 조 원장은 슈퍼컴퓨터 개발 추진단 출범 당시 직원들에게 "우리가 시작한 이 프로젝트를 30년 이내에 완성해 보자"는 목표를 제시한 바 있다고 말하기도 했다.

이번 개발에 성공함으로써, 한국은 고성능 컴퓨팅의 자립화를 향한 중요한 발판을 마련하게 됐다. 현재 미국, 중국, 일본, 유럽연합(EU) 등의 일부 국가들만이 독자적인 슈퍼컴퓨터 제조 기술을 보유하고 있다.

한우종 ETRI 슈퍼컴퓨팅시스템연구실 연구위원은 "그동안 외산 제품에 의존했던 국내 슈퍼컴퓨팅 시스템의 독립을 위한 첫걸음을 내디딘 것이 큰 의미가 있다"며 "글로벌 빅테크(대형 정보기술기업)들이 독식하고 있는 가속기 시장에서 한국의 기술로 경쟁력을 확보할 수 있기를 기대한다"고 말했다.

연구팀은 이번 개발로 국내·외 특허 29건을 출원하고, SCI(과학기술 논문 인용 색인 지수)급 논문 15편을 게재하는 성과를 올렸다. 향후 상용화를 통해 고성능 슈퍼컴퓨터의 틈새시장을 공략하는 동시에, 자율주행자동차, 로봇, 에지서버, AI 교육 등의 관련 산업으로 기술 이전을 추진할 계획이다. 연구진은 추가 개발을 통해 슈퍼컴퓨터용 가속기 기술을 더욱 고도화하고 관련 산업 생태계를 활성화해 국내 기업들의 경쟁력을 높이는 데 기여할 예정이다.

백종민 기자 cinqange@asiae.co.kr