지구 과학 연구의 슈퍼 컴퓨팅

왕군

1 서론

지질 지리 대기 해양 등 많은 학과를 포함한 지구과학은 자연과학에서 인간과 자연의 관계를 직접 지향하는 부분이다. 지구과학은 지구의 고체, 액체, 기체의 각 동그라미와 인간과의 관계를 이해하는 통로일 뿐만 아니라 광산 탐사, 기상 예측, 수문학, 측량, 지진 등 학과의 과학 기술 실천 활동을 통해 자원, 에너지, 환경, 방재, 재해 감소 등에 직접 사회경제를 위해 봉사한다. < P > 위성 통신 기술, 네트워크 기술, 컴퓨터 기술, 기존 지학 연구의 방식을 바꾸다. 원격 감지, 정보기술, 각종 실시간 관측, 분석 기술의 발전으로 지구과학이 전 세계를 포괄하고, 동그라미, 즉 지구시스템 과학의 새로운 단계에 진입하여, 국지 현상의 묘사에서 행성 범위의 기계 탐구에 이르기까지 글로벌하고 체계적인 정보를 얻었다. < P > 응용방면에서 지구과학의 역할은 거의 유비쿼터스이며, 채취업, 공업, 농업에서 건설계획, 관광, 군사에 이르기까지 모두 지구과학 시전 분야이다. 또한 사회 발전에 따른 환경 악화와 자연재해의 결과 악화로, 원래 자원 지향적이었던 지구과학이 환경과 재해 완화와 방재 발전을 이루면서 지구과학이 사회를 위해 봉사하는 분야를 넓혔다. < P > 현대화된 탐사 수단, 정보 기술의 응용으로 PB/TB 급 지질공간 데이터가 생성되어 수조 회 이상의 슈퍼컴퓨터 처리 및 해석, 액세스 및 활용이 필요합니다. 한편, 디지털 정보 및 통신 환경의 발전은 전통적인 기초학과 연구의 수단과 방법을 변화시켰으며, 다학과 교차 연구팀은 대규모 과학 연구와 엔지니어링 실현을 위한 중요한 보증이다. 고급 수퍼컴퓨터와 그리드 컴퓨팅 기술은 기초 학제 간 연구를 위한 다학과 * * * 를 위한 자원 플랫폼을 제공합니다. 22 년 이후 미국, 영국, 일본, 호주, 유럽연합은 모두' e-Research' 또는' e-Science' 프로젝트를 시작했는데, 투자액은 1 억에서 1 억 달러까지 다양하다. 그 목적은 그리드 기술과 미들웨어 기술을 이용하여 전국 또는 지역 차원의 대학이나 연구실의 슈퍼컴퓨터를 연결하는 것이다. 이와 함께 선진국들은 지구과학을 핵심으로 하는 다학과 자원 * * * 향유 플랫폼을 구축하고 있다.

2 슈퍼컴퓨터 < P > 무어의 법칙에 따르면 컴퓨터의 운행 속도가 빠르게 증가하고 (18 개월마다 두 배로 증가), 제조 비용이 급격히 하락하고, 슈퍼컴퓨팅 비용이 합리적이 되고, 1 조 대의 컴퓨팅 능력을 구입하는 슈퍼컴퓨터를 구입할 수 있으며, 현재 우리나라 대부분의 대학들이 지불할 수 있다. 슈퍼컴퓨터의 성능에 따라 최근 통계인 TOP5 디스플레이 (24 년 12 월 기준) 에 따르면 이 중 358 대는 24 년 최근 설치됐고 23 년에는 95 대가 설치됐다. 이 둘을 더하면 세계에서 가장 빠른 5 대의 컴퓨터의 9% 이상을 차지한다 (표 1 참조). 컴퓨터 속도를 높이는 것은 기술적으로 어려운 문제가 아니며, 핵심은 소프트웨어 시스템 개발이며, 이것이 바로 우리의 약점입니다. < P > 기초학과 연구 분야에서 지구과학은 슈퍼컴퓨터를 가장 많이 응용하는 분야다. TOP5 의 최신 통계 (24 년 12 월 기준) 에 따르면 표 2 에서 볼 수 있듯이 최고 성능의 5 대 슈퍼컴퓨터 중 지구물리학은 51 대, 전체의 1% 이상을 차지한다. 날씨와 기상연구, 일기예보 등을 더하면 지구과학이 차지하는 슈퍼컴퓨터의 비율이 더 크다. < P > 표 1

표 2

현재 우리나라의 많은 대학과 연구기관들도 수퍼컴퓨팅 아키텍처 연구 (예: Linux 운영 체제 기반 클러스터 컴퓨터 아키텍처) 를 진행하고 있습니다. 이 시스템은 대형 컴퓨터와 수퍼컴퓨터가 비쌀 때 수퍼컴퓨팅 작업을 위한 실행 가능한 솔루션을 제공합니다. 하지만 지금은 더 큰 규모의 컴퓨팅 요구 사항을 충족시킬 수 없습니다. 주요 문제는 성능 비율 저하, 신뢰성 저하, 유지 관리가 어렵고 확장성이 떨어지며 보안이 열악하다는 점이다. 연구원들은 시스템 구조에 너무 많은 노력을 기울이고 비용이 반드시 낮은 것은 아니다.

23 년 미국 양원원사, 미국' 시대' 주간지 표지 인물 진세경 박사가 중국으로 돌아와 선전 () 쉘 () 에서 슈퍼블레이드 컴퓨터를 발명했다. 진세경 박사는 세계적으로 유명한 CRAY 슈퍼컴퓨터 CRAY-MP 와 Y-MP 개발의 리더이기도 하다. < P > 슈퍼블레이드 컴퓨터의' 블레이드' 설계 이념은 제트 엔진의 터빈' 블레이드' 와 비슷하다. 이러한 "블레이드" 는 언제든지 제거하고 교체할 수 있으며, 이들을 함께 꼬면 강력한 동력을 만들 수 있습니다. 수퍼블레이드 컴퓨터는 이러한 설계 개념을 최대한 활용하고, 심층적이고, 복잡하며, 새로운 기술을 채택하고 있으며, 연산 노드 업그레이드에는 "블레이드" 만 추가하면 케이블 연결 및 구성이 필요하지 않습니다. 이 컴퓨터는 엔진에 "블레이드" 가 장착된 것처럼 각 "블레이드" 는 이론적으로 무한히 확장할 수 있으며 가동 중지 시간 없이 언제든지 추가하고 교체할 수 있습니다. 슈퍼블레이드 컴퓨터는 참신한 디자인 이념과 시스템 아키텍처를 채택하여 초당 5 조 회 이상의 부동 소수점 숫자를 계산해 미일 등 선진국 슈퍼컴퓨터 수준에 이르렀다. 슈퍼블레이드 컴퓨터는 오래 지속되는 생명력, 안전하고 신뢰할 수 있는 가격 대비 성능, 실시간 공동 작업 모드 등의 성능을 갖추고 있습니다.

3 지구과학연구의 슈퍼컴퓨팅 문제 < P > 지구과학연구의 슈퍼컴퓨팅 문제는 지진 데이터 처리와 해석, 원격감지 정보 처리와 해석, 대규모 지리정보시스템, 지질공간 데이터 처리와 시각화, 지구, 대기, 해양 등 다양한 자연현상 동적 시뮬레이션 (예: 지진, 홍수, 황사 등) 을 포함한다 또한 지구과학 연구에서 많은 수퍼컴퓨팅은 다학과 학제 간 문제를 다루고 있다. 일부 문제는 실시간 협업 워크 플로우 모드입니다.

4 고성능 네트워크 기반 수퍼컴퓨팅 < P > 컴퓨터와 정보 기술의 발전과 응용, 특히 고속 네트워크 및 관련 장비의 건설과 적용으로 과학 연구 방법에 큰 영향을 미치고 연구 수단을 바꾸면서 e-Research 와 e-Science 개념의 출현을 초래했습니다.

e-Science 는 세계 과학자들의 협력이 필요한 초대형 과학 연구 인프라의 정의입니다. 이러한 공동 과학 연구의 가장 일반적인 특징 중 하나는 과학자들이 대규모 데이터 세트에 액세스하고, 독특한 과학 연구 시설을 활용하며, 대량의 과학 컴퓨팅 자원을 소비하고, 고성능 분석, 모델링 및 시각화 디스플레이를 수행해야 한다는 것입니다. 이런 초대형 연구의 또 다른 중요한 측면은 과학자와 학제 간 정보 교류를 위한 새로운 개념의 싹트는 학과 교차 플랫폼을 제공한다는 것이다.

e-Research 는 비 과학 연구의 행동과 활동을 포함하는 e-Science 의 보다 일반적인 정의와 요약입니다. 예를 들어 e-Research 에는 인류학과 사회학 연구가 포함되어 있으며, 공동 작업과 지식 * * * 을 즐기기 위해 e-Research 에도 분산 컴퓨팅 자원을 활용하는 특징이 있습니다.

그리드 기술 (Grid Technologies) 은 e-Research 와 e-Science 의 발전에 중요한 역할을 합니다. 고객 및 기업이 전력 공급을 받을 수 있는 것처럼, 그리드는 연구원과 연구기관이 특정 방식으로 네트워크에 분산되어 있는 데이터 웨어하우스, 특수 과학 장비, 지식 서비스, * * * 강력한 컴퓨팅 기능을 이용할 수 있도록 합니다. 이들은 유연하고 안전한 지식 * * * 을 실현할 수 있으며, 개별 연구자, 연구기관 및 자원의 동적 조합에서 과학 연구 문제의 해결을 조율할 수 있습니다. 이러한 방식을 흔히 가상 조직이라고도 합니다. (Virtual Organization 이라고도 함). (* 가상 조직 (virtual organization). < P > 컴퓨팅 인프라 (Cyberinfrastructure) 는 분산 컴퓨터, 정보 및 통신 기술로 구성된 새로운 가상 과학 및 엔지니어링 지식 환경을 나타냅니다. 그것은 효율적이고 다양한 형태의 과학 연구를 위한 플랫폼을 실현했다. < P > 과학자들은 새로운 지식의 발굴, 대화형 모델링, 시뮬레이션 및 시뮬레이션 도구 활용, * * * 협력을 통해 복잡한 과학 및 엔지니어링 기술 문제를 해결함으로써 기초 과학 연구 시설이 변화하고 있습니다. 복잡한 과학 및 공학 기술 문제는 우리의 새로운 기초 과학 연구 시설이 학제 간, 분산, 통합 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 플랫폼 천문학 (Astronomy), 생물학 (Biology), 지구과학 (Geosciences), 공공 * * 위생 (Public Health), 나노 물질 (Nano-materials) 물리적 디바이스 (예: 컴퓨터, 디스크 어레이, 계기 등), 데이터 및 정보 (대량의 데이터 세트, 비즈니스 및 과학 데이터베이스, 정보 및 소프트웨어 라이브러리, 비디오 및 이미지 라이브러리), 특정 전문가 및 학자에 대한 안전하고 운영적인 액세스가 필요합니다.

e-Research 미들웨어는 전체 컴퓨팅 인프라에서 애플리케이션 시스템, 컴퓨팅 자원, 연구 기관 및 개인 간의 지식 관리, 지식 * * * 공유, 작업 협력을 위한 표준 공통 도구 및 서비스를 제공하는 특정 기능을 갖춘 소프트웨어로서 e-Research 컴퓨팅 인프라의 중요한 구성 요소입니다 < P > 미국, 영국, 유럽 * * * 동체, 일본 등은 모두 방대한 e-Research 컴퓨팅 인프라 연구 프로그램을 실시하고 있으며, 이는 국가의 장기적인 경제 번영을 증가시키고 인프라가 제공하는 지식 분포의 공력을 발휘할 수 있기를 희망하고 있다. 많은 연구 프로그램은 중요한 미들웨어를 개발했으며, 일부 프로젝트는 국가 간 협력 계획이나 교류 프로젝트이며, * * * 대륙 간 범용 미들웨어를 개발하기 위해 함께 노력하고 있습니다.

National Nature Science Fund (NSF) 의 지원을 통해 미국은 현재 매년 1 억 달러의 투자를 늘려 고성능 컴퓨팅 인프라 프로그램 (advanced cyberinfrastructure Program) 을 건설 및 개발하는 것을 고려하고 있으며, 그 중 3 분의 1 (약 3 억 95 만 달러) 은 표 3 에는 몇 가지 중요한 e-Research 인프라 R&D 계획과 미들웨어 R&D 경비에 대한 투자가 나와 있습니다. < P > 표 3

우리나라는 컴퓨팅 인프라 건설에 약간의 연구비를 투자했지만, 이를 효과적으로 활용해 연구자원을 얻는 효율성이 낮고 시간이 많이 소요되며 더 많은 인력이 필요하다는 보고가 나왔다. 사용자들은 신뢰할 수 없고 수작업적인 방법으로 적절한 자원을 찾도록 강요한다. 때로는 자원 소유자와 협의해야합니다. 비효율적이고, 시간이 많이 걸리고, 비용이 많이 드는 수단을 통해 이러한 자원을 이용해야 하는 경우도 있습니다. 때로는 대륙을 가로질러 비행해야 할 때도 있다. 고속 온라인 자원, 장비, 서비스 및 데이터 액세스에 대한 인식이 부족하여 많은 기회를 잃게 되었습니다. 또한 사용자는 시스템의 안전벨트에 많은 불확실성을 부여하여 무단 인원의 자원 침입을 방지해야 합니다. 표준화, 시스템 지원 및 유지 보수, 사용자 인터페이스 미비로 인해 소프트웨어 지원 및 유지 관리 과정에서 연구원들은 더 많은 시간과 노력을 투자해야 합니다. < P > 지구과학에는 소프트웨어 서비스를 지원하는 미들웨어가 이를 달성할 수 있는 상호 신뢰, 협업, 상호 작용, 고속 네트워크 기반 자원 환경이 필요합니다. 우리나라 ICT (Information and Computer Technology) 따라서 우리나라 미들웨어 연구 프로젝트 내부와 국제 미들웨어 연구 프로젝트와의 조정 메커니즘이 더 많이 수립되어야 한다. 현재 우리나라의 미들웨어 인프라 연구에 대한 자금 지원 기금은 제한적이고 단편화되어 일부 프로젝트의 중복과 비효율성을 초래하고 있다. < P > 우리나라에는 이러한 연구 활동의 통합과 전반적인 조정을 보장하고, 기존의 기존 미들웨어를 국제 표준에 맞는 OMP (Open middleware program) 아키텍처로 확장 및 개조하고, 특수 애플리케이션을 제공하는 오픈 미들웨어 연구 프로그램 (Open Middleware Program) 이 필요합니다. 이 미들웨어 연구 프로그램은 또한 우리와 국제 미들웨어 연구 기술의 차이를 식별하고 채워 현재 연구 프로젝트의 소프트웨어를 e-Research 연구기관이 적용할 수 있는 소프트웨어로 업데이트할 예정이다. < P > 현재 그리드 서비스 미들웨어 (ID 관리, 액세스 제어, 공급 관리, 예약 서비스, 알림 서비스) 는 기존 컴퓨팅 인프라에서 실행될 때 매우 취약하고 신뢰할 수 없습니다. 그리드 서비스 구성 요소는 엔지니어링이 필요하며 구성 요소를 더욱 견고하고 안정적으로 만들어야 합니다. 사용자는 그리드 * * * 가 즐기는 장치, 컴퓨팅 및 데이터 리소스에 완전히 투명하게 액세스할 수 있습니다. 우리는 그리드 서비스 미들웨어의 연구와 투자를 확대하여 표준화, 견고성 및 가용성을 높여야 합니다. < P > 공개 미들웨어 프로그램 구현의 중요한 목적 중 하나는 OGSA 그리드 서비스 간의 인터페이스, 인터넷 기반 애플리케이션 계층 미들웨어, 디지털 도서관 및 정보 관리 서비스, 지식 서비스 관리 등을 해결하고 개선하는 것입니다. 지난 몇 년 동안 글로벌 그리드 컨소시엄 GGF(Global Grid Forum) 는 Globus Toolkit 및 Open Grid Services 와 같은 그리드 인프라 기술 요구 사항 (Grid Infrastructure Specifications) 을 개발했습니다. 글로벌 그리드 컨소시엄 (Globus 컨소시엄, HP, IBM 포함) 이 모여 WSRF(WS-Resource Frame-work) 형식을 준수하는 웹 서비스를 개발했습니다. 이로 인해 그리드 연구 기관은 W3C 와 OASIS 가 개발한 기술과 도구에 영향을 미치고 있으며, 현재 대량의 산업계 투자를 끌어들이고 있습니다. WSRF 및 관련 기술 요구 사항은 아직 산업 표준이 아닙니다. OMP 의 역할 중 하나는 이러한 발전을 추적하여 우리나라 e-Research 및 그리드 기술의 현황을 반영하고 이해하도록 합니다. < P > 기존 미들웨어의 도구와 서비스는 다시 인식하고 보다 안정적이고 실용적으로 만들어야 합니다. < P > 기존 미들웨어의 도구와 서비스는 더 큰 프레임워크와의 통합, 그리드 환경과의 통합, * * * * 접근성, 사용자 지정 및 통합이 가능해야 합니다.

이를 위해서는 새로운 미들웨어 도구와 서비스를 개발해야 합니다. 그리드 보안, 그리드 관리 및 조립, 서비스 적응의 품질, 워크플로우 엔진, 협업 도구, 멀티미디어 의미 색인, 지능형 서비스 검색, 의사 결정 지원 및 가정 측정 소프트웨어, 데이터 및 지식 검증 및 수정, 자동 표현 메커니즘, 협업 시각화, 시뮬레이션 및 시뮬레이션, 애플리케이션 시스템 과학자를 위해 설계된 고급 그리드 사용자 등의 기능이 부족한 경우 새로운 미들웨어 개발을 고려해야 합니다

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