슈퍼컴퓨팅+국방기술… 미래무기 모의실험

항공ㆍ함정 설계 실시간 가시화… 수치데이터 그림ㆍ그래프로 표현 외산 도구보다 100배 이상 빨라… 의학ㆍ기상ㆍ바이오까지 활용가능

●KISTI 자체개발 시뮬레이션 분석도구 GLOVE

과학은 자연의 기본 법칙을 이해하는 학문임에도 불구하고 많은 자연 현상들이 너무 빠르거나, 느리거나, 크거나, 작아서 일반적인 실험실에서 실험하기 어려운 경우가 많다. 최근의 기초ㆍ응용과학 분야에서는 직접 하기 어려운 실험을 슈퍼컴퓨터와 같은 고성능 컴퓨터를 이용한 모의실험으로 대체하는 계산과학 분야가 발전하고 있다. 계산과학 모의실험 결과의 경우, 일반인은 물론 과학자들조차 이해할 수 없는 난해한 숫자의 나열 형태로 나오기가 다반사다. 과학적 가시화는 컴퓨터 그래픽스를 이용해 난해한 결과를 수치데이터를 그림 혹은 그래프로 표현해 연구결과를 보다 직관적이고 포괄적으로 분석해 문제를 빠르게 이해할 수 있도록 해 준다.
이로인해 과학적 가시화는 의학, 유동해석, 기상, 바이오 등 다양한 분야에서 해석 결과를 분석하는 후처리의 필수적인 과정으로 자리 잡고 있다.

▲ 모바일디바이스를 통해 GLOVE를 조작하는 모습.

특히 한국과학기술정보연구원(원장 박영서ㆍKISTI)이 슈퍼컴퓨팅 기술과 국방 기술 융합의 새로운 가능성을 제시하고 있다.

KISTI 국가슈퍼컴퓨팅연구소 비주얼슈퍼컴퓨터팅팀(팀장 김민아)이 자체개발한 시뮬레이션 분석도구 '글러브(GLOVE)'는 미래 무기 체계 개발 중 항공, 함정 등의 설계 시, 초기 단계에서 설계 검증을 위해 컴퓨터에서 수행하는 CFD(전산유체역학ㆍComputational Fluid Dynamics) 시뮬레이션의 결과를 분석하는 도구이다.

▲대용량 데이터 몰입형 가시화 프레임워크 GLOVE=KISTI 슈퍼컴퓨팅연구소 비주얼슈퍼컴퓨팅팀에서 자체 개발한 GLOVE는 대용량 데이터를 VR 환경에서 실시간 가시화할 수 있는 가시화 프레임워크다.

대용량 데이터의 실시간 가시화를 위해서는 가시화할 데이터를 추출하는 계산을 클러스터 노드에서 병렬로 처리하는 것은 물론, 가시화한 결과를 보기 위해 고해상도 타일 디스플레이를 지원하거나 다차원 데이터의 직관적 이해를 위해 VR 환경도 필요로 한다. GLOVE는 이러한 모든 기능을 지원하도록 설계됐다.

GLOVE는 가상현실 환경과 Tiled-display와 같은 고해상도 디스플레이를 가진 high end user뿐 아니라 데스크 톱 PC에서 가시화를 수행하는 low end user를 함께 지원한다. 또한 응용과 관계없이 수행되는 주요 가시화 기능들은 분산ㆍ병렬 가시화 서버인 GLORE에서 수행, 사용자 인터페이스인 GUI는 응용에 맞게 재구성함으로써 기존의 가시화 도구들의 단점을 극복했다. VR 환경의 사용자 인터페이스는 IS-900 등의 가상현실 입력도구를 제공하며 숫자나 문자의 입력, 자유로운 조작 등 가상현실 환경에서 구현이 어려운 기능들을 모바일 디바이스로 조작가능하다.

GLOVE의 데이터 관리 기법은 특히 시간에 따라 데이터가 변하는 모사 실험의 결과를 분석하기 위한 실시간 애니메이션에서, 기존 오픈소스 범용 가시화 도구뿐 아니라 CFD 분야에 특화돼 분산ㆍ병렬 가시화를 수행할 수 있는 EnSight에 비해서도 탁월한 성능 보였다. 1.4테라바이트 데이터의 iso-surface 애니메이션의 경우 EnSight의 129배, ParaView의 144배의 성능 향상을 보였다.

▲새로운 슈퍼컴퓨팅 서비스의 영역 구현=슈퍼컴퓨팅 서비스는 이제 단순히 자원만 제공하는 서비스가 아니다. 슈퍼컴퓨팅 자원을 충분히 활용할 수 있는 다양한 소프트웨어와 서비스 정책까지 제공함으로써 국내 과학기술은 물론 산업 전반으로 슈퍼컴퓨터의 활용 영역을 확대해야 한다. Visual interactive supercomputing은 대용량 데이터 가시화 기술을 바탕으로 사용자가 자신의 데스크톱에서 손쉽게 슈퍼컴퓨터를 통해 원하는 서비스를 제공받을 수 있는 환경을 제공한다.

즉, 하나의 통합 환경에서 계산과학 시뮬레이션을 위한 전처리부터 시뮬레이션, 후처리 과정을 모두 제어하고 모니터링 할 수 있는 환경을 제공하는 것이다. 이러한 환경은 작업 큐에서 서비스를 기다려야 하는 기존의 슈퍼컴퓨팅 서비스와 달리 HPC를 위한 interactive supercomputing이라는 새로운 슈퍼컴퓨팅 서비스의 영역을 만들 수 있다. 현재 KISTI 비주얼슈퍼컴퓨팅 팀은 GLOVE 기술을 활용해 국방과학연구소의 항공기 설계를 위한 가상풍동 과제 수행 과정에 visual interactive supercomputing 기술의 프레임워크를 만들고 있다. 초기 target application은 CFD 분야이지만, 이를 기반으로 3년 주기로 visual interactive supercomputing의 응용분야를 확대해 나갈 계획이다.

▲슈퍼컴퓨팅 기술과 국방기술 융합의 새로운 가능성, GLOVE=지난달 29일부터 나흘간 고양시 킨텍스(KINTEX)에서 열린 민군기술협력 박람회의 일환으로 진행된 '2014 군사과학기술 경진대회'에서 KISTI가 자체개발한 GLOVE가 융합 신기술 부문 금상을 수상하는 쾌거를 이룩했다.

GLOVE는 초고성능 컴퓨팅(High Performance ComputingㆍHPC) 기술과 컴퓨터 그래픽스 및 3D 입출력을 포함하는 다양한 IT 기술을 융합, 이들 데이터를 실시간으로 분석할 수 있는 기술의 구현이다.

특히 GLOVE는 세계적으로 활용되고 있는 외산 분석도구들 보다 100배 이상 빠른 성능을 구현, 국방과학기술연구소의 'VR을 이용한 가상풍동 개발'과제의 요소 기술로 사용 중 이다.

또 2013년 한국항공우주산업(KAI)의 고유공력해석기를 위한 가시화 도구로 수탁과제를 수행했다. 컴퓨터 그래픽스를 이용한 과학적 가시화는 연구 결과를 직관적이고 포괄적으로 분석해 문제를 빠르게 이해시킬 수 있다는 장점을 지녀 국방기술은 물론 의학, 기상, 바이오 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.

김민아 비주얼슈퍼컴퓨팅팀장은 “GLOVE는 핵심 기술의 국산화로 유지보수 비용만 연간 수십억에 달하는 외산 도구를 대체할 수 있는 경제적 효과를 거둘 수 있을 뿐만 아니라 HPC 기술과 국방 기술 융합의 새로운 가능성을 제시했다”고 밝혔다.

배문숙 기자 moons@