일본산업뉴스요약

제품 이노베이션
세계 최고속 ‘포스트 케이’ 시대로
차세대 슈퍼컴퓨터, 이화학연구소와 후지쓰

2021년경에 세계에서 가장 빠른 속도를 목표로 하는 차세대 슈퍼컴퓨터 ‘포스트 케이(京)’ 제조가 시작된다. 이화학연구소와 후지쓰의 공동 연구를 통해 2011년에 세계 최고의 자리를 차지한 ‘케이’의 후속으로 엑사급(초 당 100경) 계산 능력을 가진 슈퍼컴퓨터 개발을 목표로 하고 있다. 슈퍼컴퓨터는 하이테크 경쟁의 상징이다. 헤이세이(平成)의 30년 동안 컴퓨터 개발의 정점에서 미국과 일본 간에 불꽃 튀는 경쟁을 펼쳐왔다.

■ 벡터 시대
미국 크레이(Cray)가 선구자

1990년대 전반. 컴퓨터는 16비트에서 32비트 기기로의 시프트가 본격화되었고, 업무용으로는 64비트의 축소명령형(RISC) 프로세서가 등장하는 등, 컴퓨터 업계는 활기를 띄고 있었다.

당시 슈퍼컴퓨터는 다수의 연산을 일괄 처리하는 벡터형 전용 프로세서가 전성기로, 미국 크레이 사가 선구자로 이름을 떨쳤다. 이후 범용 프로세서로 구성된 스카라형(병렬처리)이 등장해 슈퍼컴퓨터의 중심은 스카라형으로 이동했다.

벡터형을 고집했던 NEC. 반년 마다 경신되는 슈퍼컴퓨터의 성능 평가 랭킹 ‘탑 500’에서 NEC가 해양연구개발기구에 납품한 ‘지구 시뮬레이터(Earth Simulator)가 2002년에 수위에 올랐고 2년 반 동안 세계 1위의 자리에 군림했다.

지구 시뮬레이터는 일본의 실력을 세계에 알렸지만, 2004년에 미국 IBM에게 1위를 빼앗긴 이후에는 상위 랭킹에서 일본 기업들의 이름은 점점 사라져 갔다. 슈퍼컴퓨터는 개발에 방대한 투자가 필요해 ‘돈 먹는 벌레’라고도 불렸다.

■ 경속(京速) 시대
핵심 기술로 명확히 자리잡아

그로부터 7년. 이화학연구소와 후지쓰가 공동 개발한 ‘경속(京速) 컴퓨터’가 탑 500에서 1위를 차지한 것은 2011년. 케이(京)의 개발을 둘러싸고 정부의 공개 예산 심의 과정에서 “2위하면 안 되는가?’라는 비난을 받았다. 이에 대해 일본의 역대 노벨상 수상자 5명이 모두 항의해 “2위 정도 하면 되지 않는가 라고 말하는 것은 과학이나 기술을 전혀 모르는 사람이 하는 어리석은 말이다”라고 지적. 이후 국가 핵심 기술로서 슈퍼컴퓨터는 명확하게 자리매김하게 되었다.

슈퍼컴퓨터의 심장부인 프로세서 개발은 미세화를 통한 트랜지스터의 집적도 향상과 소비 전력을 어떻게 컨트롤할 것인가가 중요하다. 후지쓰의 모토쿠루마다(本車田) AI기반사업본부 프로세서개발총괄부장대리는 “집적도는 무어의 법칙(집적도가 1년 반에서 2년 정도에 2배가 된다)에 따라 향상되었고, 주파수는 소비 전력으로 인한 문제로 2005~2007년에 한계점에 도달했다”라고 지적한다.

이를 배경으로 프로세서의 기술 진화는 복수회로화와 하나의 명령을 동시에 복수의 데이터에 적용하는 ‘SIMD’ 방식 확충으로 전환되었고, 2010년대부터는 영상처리반도체(GPU) 등의 액셀러레이터가 대두되었다.

■ 탑500에 새로운 흐름
미국, 중국을 경계

이러한 변혁 속에 두각을 나타낸 것이 중국 기업들이다. 최근 수 년간 중국의 슈퍼컴퓨터가 탑500에서 세계 1위 자리를 차지했다. 이에 제동을 건 곳이 IBM. 미국 에너지부 산하의 오크리지국립연구소에 납품한 ‘서밋(Summit)’으로 1위를 탈환했다.

가장 최근인 2018년 11월 랭킹에서도 IBM의 슈퍼컴퓨터가 1, 2위를 차지했다. 서밋은 ‘CPU(중앙연산처리장치)+GPU’라는 다른 종류의 프로세서를 조합해 용도에 맞게 처리를 분담하는 ‘헤테로지니어스 컴퓨팅(Heterogeneous Computing)’을 지향했다.

IBM은 전용 슈퍼컴퓨터 개발은 선택하지 않았다. CPU를 담당하는 독자적 프로세서 ‘파워9’과 미국 엔비디아의 GPU, 업계 표준의 인피니밴드(InfiniBand)에 준거한 미국 베라녹스 제품의 접속 방식을 조합. 3사 연합으로 미국 에너지부의 요구에 응했다.

엔비디아는 GPU의 고속처리에 있어서 프로세서 간을 이어주는 범용 통신 규격 ‘NV링크’를 제창. IBM은 NV링크를 가장 빨리 파워에 도입하는 등 “각각 강점의 공개기술을 조합해 에너지부가 제시하는 사양을 충족시켰다”라고 마마다(間田) 일본IBM서버∙시스템사업부 코그니티브∙시스템사업개발 AI추진부 부장은 설명한다.

■ ARM 대두
지적 재산 활용해 존재감 높여

또 하나의 조류는 영국의 ARM 기반의 프로세서를 탑재한 슈퍼컴퓨터의 대두이다. 프로세서는 ‘포스트 인텔’로서도 유망 시 되고 있다. 미국 마벨(Marvel) 산하의 Cavium(캘리포니아 주)이 개발한 ARM 기반의 프로세서 ‘썬더X2(ThunderX2)’는 미국 HPE(Hewlett Packard Enterprise), 미국 Cray, 대만의 기가바이트(GIGABYTE)의 3개사가 채택하고 있다.

포스트 케이의 심장부인 신형 64비트 프로세서 ‘A64FX’도 ARM 기반이다. A64FX는 명령 세트와 함께 하드웨어 실장도 ARM 표준을 기반으로 해 ARM 표준의 다른 소프트웨어도 구동할 수 있다. 이것이 후지쓰의 기존 슈퍼컴퓨터와 크게 다른 점이다.

후지쓰는 케이에서 고성능 서버로 실적을 가진 ‘스파크(Spark)’ 프로세서를 베이스로 독자적으로 CPU를 탑재했었지만, 포스트 케이에서는 ARM 기반으로 전환해 오랜 기간 키워온 프로세서 설계의 지적 재산을 결집해 이화학연구소와의 연대를 통해 수위 탈환에 도전한다. “A64FX의 마이크로아키텍처는 당사가 독자적으로 개발한 것이다. 이것을 더욱 발전시켜 ARM의 에코시스템(협업의 생태계) 안에서 존재감을 높이고 싶다”라고 모토쿠루마다 부장대리는 말한다. 포스트 케이는 레이와(令和)3년경에 세계 최고 속도를 달성하는 것을 목표로 하고 있다.

▶ 슈퍼컴퓨터 성능 랭킹
(2018년 11월 시점, 순위는 반년마다 경신)

(린팩: 성능 평가를 나타내는 벤치마크 테스트)
(테라플롭스: 1테라 플롭스는 1초당 수행할 수 있는 1조회의 부동소수점 연산 능력)

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