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K 컴퓨터

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목차

1. 개요

K 컴퓨터는 일본 이화학연구소를 중심으로 개발된 슈퍼컴퓨터로, 2011년 LINPACK 벤치마크에서 세계 최고 성능을 기록했다. 2005년 개발이 시작되어 2019년 가동이 중단되었으며, 88,128개의 CPU를 갖춘 고성능 시스템이었다. 기상 및 기후 예측, 신약 개발, 재료 과학 등 다양한 분야에 활용되었으나, 높은 개발 및 운영 비용으로 인해 비판을 받기도 했다.

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K 컴퓨터
개요
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날짜2011년 6월 – 2019년 8월
위치리켄 첨단 계산 과학 연구소
후원MEXT, 일본
운영후지쓰
기술 사양
아키텍처88,128 SPARC64 VIIIfx 프로세서, Tofu 인터커넥트
운영체제리눅스
속도10.51 페타플롭스 (Rmax)
전력 소비12.6 MW
성능 순위
TOP50018위 (2018년 11월 기준)
기타 정보
목적연구 및 개발
후속후가쿠

2. 역사

K 컴퓨터는 2005년 문부과학성과 이화학연구소가 차세대 슈퍼컴퓨터 프로젝트를 시작하면서 개발이 시작되었고, 2006년에는 국가 프로젝트로 격상되었다.[55] 이 프로젝트는 수치 풍동, CP-PACS, 지구 시뮬레이터 등 과거 세계 최고 성능을 기록했던 슈퍼컴퓨터의 뒤를 잇는 국가적인 리더십 슈퍼컴퓨터(NLS) 구축과, 계산 과학 및 컴퓨터 과학 분야의 인재 육성을 목표로 하였다.[55] 또한, 향후 5~10년간의 계산 수요를 감안하여 LINPACK 벤치마크 10페타플롭스 성능 달성을 목표 중 하나로 설정하였다.

K 컴퓨터는 특정 분야에 국한되지 않고 다양한 용도로 활용 가능한 범용 계산기로 설계되었다. 초기에는 벡터 머신과 스칼라 머신을 결합한 "복합형"을 계획했으나,[56] 2009년 5월 벡터 머신 개발을 담당했던 일본전기와 히타치가 사업에서 철수하면서 스칼라형만으로 구성하는 설계로 변경되었다.[56] CPU는 후지쯔가 설계・개발한 SPARC 기반 SPARC64TM VIIIfx를 채택했고,[56] Tofu라는 6차원 메쉬/토러스 인터커넥트 등 후지쯔 기술이 전면적으로 사용되었다.

2009년 11월, 사업 분류에서 사실상 동결 판정을 받기도 했지만, 이후 예산이 부활하여 2012년 6월에 완성되었다. 개발 중이던 2011년 6월과 11월에 TOP500에서 1위를 차지했으며, 2011년 11월에는 HPC 챌린지 상과 고든 벨 상을 수상했다. 2011년 11월 TOP500 측정 당시에는 29시간 28분 동안 무고장 동작을 실측하여 안정성을 입증했다.[57] K 컴퓨터의 로고는 서예가 다케다 소운의 작품이다.

2009년 5월 13일, 후지쯔는 세계 최고속 128GFLOPS의 성능을 가진 프로세서 개발에 성공했다고 발표했다.[67] 그러나 같은 날 일본전기(NEC)는 제조 단계에서 자사 개발비 부담이 1000억엔을 넘을 것으로 예상되어 프로젝트에서 철수했고,[68] 이로 인해 일본전기와 계약했던 히타치도 동시에 철수했다.[69] 이화학연구소는 후지쯔와 공동 개발로 스칼라형 단독으로 2012년에 세계 최고속 시스템을 완성하기로 결정했다.[70][71][72][73]

2009년 11월 13일, 행정 쇄신 회의의 "사업 분류"에서 이 프로젝트는 "예산 계상 보류에 가까운 축소"(사실상 동결)로 판정받았지만,[76][77][78] 노요리 료지 이화학연구소 이사장을 비롯한 과학 기술 관련 단체와 과학자들은 이에 대해 우려를 표명하며 긴급 성명을 발표했다.[79][80][81] 이후 문부과학대신은 예산 확보를 목표로 하는 방침을 밝혔고,[82] 일본국 정부는 과학 관련 예산에 대해 예산 부활을 인정하는 방침을 굳혔다.[83] 12월 9일, 일본국 정부는 "필요한 개선을 하면서 추진"으로 평가를 재검토했으며,[84][85] 12월 16일의 대신 교섭에 의해 약 228억 엔이 계상될 전망이 되었다.[87]

2010년 7월 5일, K 컴퓨터의 애칭이 "케이(京)"로 결정되었다.[95] 2011년 6월 20일에는 정비 중 단계에서 8.162페타플롭스의 성능으로 TOP500 1위를 차지했고,[32] 11월 2일에는 LINPACK 벤치마크에서 10.51페타플롭스를 기록하여 당초의 성능 목표를 달성했다.[105] 2012년 9월 28일, K 컴퓨터는 학술・산업 분야를 위해 본격적인 공동 가동을 시작했다.[112][113]

K 컴퓨터는 막대한 개발비가 예산 심의 회의에서 지적되었고, 가동 중단 직전 단계에서도 일본 굴지의 성능을 가지고 있었기 때문에 재이용도 모색되었다. 그러나 최소 구성 단위로 분할해도 냉각 장치 등의 신설이 필요하고, 이설 비용에 6000만엔, 연간 유지비에 1억엔 이상이 소요될 뿐만 아니라, 향후 유지 보수도 기대할 수 없게 되어 실현은 어렵다고 판단되었다.[206]

2. 1. 개발 배경

2005년 문부과학성과 이화학연구소가 차세대 슈퍼컴퓨터 프로젝트를 시작했고, 2006년 국가 프로젝트로 격상되었다.[55] 이 프로젝트는 수치 풍동, CP-PACS, 지구 시뮬레이터 등 과거 세계 최고 성능을 기록한 슈퍼컴퓨터의 뒤를 잇는 내셔널 리더십 슈퍼컴퓨터(NLS) 구축과,[55] 계산 과학, 컴퓨터 과학 분야 인재 육성을 목표로 했다. 향후 5~10년간의 계산 수요를 고려해 LINPACK 벤치마크 10페타플롭스 성능 달성을 목표 중 하나로 설정했다.

京은 특정 분야 전용이 아닌, 다양한 용도로 활용 가능한 범용 계산기로 설계되었다. 초기에는 벡터 머신과 스칼라 머신을 결합한 "복합형"을 계획했으나,[56] 2009년 5월 벡터 머신 개발을 담당했던 일본전기와 히타치가 사업에서 철수하면서 스칼라형만으로 구성하는 설계로 변경되었다.[56] CPU는 후지쯔가 설계・개발한 SPARC 기반 SPARC64TM VIIIfx를 채택했고,[56] Tofu라는 6차원 메쉬/토러스 인터커넥트 등 후지쯔 기술이 전면적으로 사용되었다. 이후 후지쯔는 "京"의 CPU를 SPARC64TM IXfx로 업그레이드해 성능을 향상시킨 상용 모델 PRIMEHPC FX10을 발표해 국내외에 판매하고 있다.

2009년 11월, 사업 분류에서 사실상 동결 판정을 받았지만, 이후 예산이 부활해 2012년 6월에 완성되었다.

개발 중이던 2011년 6월과 11월에 TOP500에서 1위를 차지했고, 2011년 11월에는 HPC 챌린지 상과 고든 벨 상을 수상했다. 2011년 11월 TOP500 측정 당시 29시간 28분 동안 무고장 동작을 실측해 안정성도 입증했다.[57]

로고는 서예가 다케다 소운의 작품이다.

2. 2. 개발 과정

2009년 5월 13일, 후지쯔는 세계 최고속 128GFLOPS의 성능을 가진 프로세서 개발에 성공했다고 발표했다.[67] 같은 날, 일본전기(NEC)는 제조 단계에서 자사 개발비 부담이 100억 엔을 넘을 것으로 예상되어, 과도하다는 이유로 프로젝트에서 사실상 철수했다.[68] 이 때문에 일본전기와 계약하여 본 프로젝트에 참가했던 히타치도 동시에 철수했다.[69] 이에 따라 이화학연구소는 후지쯔와 공동 개발로 스칼라형 단독으로 당초 계획대로 2012년에 세계 최고속 시스템을 완성하기로 결정했다.[70][71][72][73]

2009년 11월 13일, 행정 쇄신 회의의 "사업 분류"에서 이 프로젝트는 "예산 계상 보류에 가까운 축소"(사실상 동결)로 판정되었다.[76][77][78] 이에 대해 과학 기술 관련 단체가 잇따라 긴급 성명을 발표하고,[79] 과학자들은 우려를 표명했다.[80] 이화학연구소의 노요리 료지 이사장은 "선진 각국이 국가의 위신을 걸고 슈퍼컴퓨터 개발에 경쟁하고 있다. 일단 동결하면 다른 국가에 추월당한다"라며 비판했다.[81]

2009년 11월 17일, 문부과학대신은 예산 확보를 목표로 하는 방침을 밝혔다.[82] 11월 22일에는 일본국 정부는 과학 관련 예산에 대해 예산 부활을 인정하는 방침을 굳혔다.[83] 12월 9일, 일본국 정부는 "필요한 개선을 하면서 추진"으로 평가를 재검토했다.[84][85] 12월 16일의 대신 교섭에 의해, 약 228억 엔이 계상될 전망이 되었다.[87]

2010년 7월 5일, K 컴퓨터의 애칭이 "케이(京)"로 결정되었다.[95]

2011년 6월 20일, 정비 중 단계에서 8.162페타플롭스의 성능으로 TOP500 1위를 차지했다.[32] 11월 2일에는 LINPACK 벤치마크에서 10.51페타플롭스를 기록하여 당초의 성능 목표를 달성했다.[105]

2012년 9월 28일, K 컴퓨터는 학술・산업 분야를 위해 본격적인 공동 가동을 시작했다.[112][113] 도요타 자동차, 다케다 제약, 스미토모 화학 등 25개 기업・단체가 산업 이용 틀에서 사용하고 있다.

2. 3. 퇴역

막대한 개발비가 예산 심의 회의에서 지적되었고, 가동 중단 직전 단계에서도 일본 굴지의 성능을 가지고 있었기 때문에, '케이'의 재이용도 모색되었다. 그러나 최소 구성 단위로 분할해도 냉각 장치 등의 신설이 필요하고, 이설 비용에 6000만엔, 연간 유지비에 1억엔 이상이 소요될 뿐만 아니라, 향후 유지 보수도 기대할 수 없게 되어 실현은 어렵다고 판단되었다.[206]

3. 기술 사양

K 컴퓨터는 864개의 캐비닛에 88,128개의 2.0 GHz 8 코어 SPARC64 VIIIfx 프로세서를 탑재하여 총 705,024개의 코어를 갖추고 있었다.[1] 각 컴퓨팅 노드는 프로세서 1개와 16GB 메모리로 구성되었으며, 수냉식 시스템을 통해 고장률과 전력 소비를 최소화했다.[21] 노드들은 후지쯔의 독자적인 토러스 퓨전 (''Tofu'') 인터커넥트로 연결되었다.[21]

K 컴퓨터의 전체 구성, 랙 구성, CPU, 메모리, 인터커넥트 컨트롤러의 상세 정보는 다음과 같다.[196][197][198]


  • 전체 구성:
  • 864 랙
  • CPU 수: 88,128개 (864 랙 × 102 노드 × 1 CPU)
  • 랙 구성:
  • 1 랙당 102 노드 (1 노드, 1 CPU)
  • 24장의 시스템 보드
  • IO용 시스템 보드
  • 자기 디스크
  • 전원
  • CPU 상세 정보:
  • SPARC64 VIIIfx
  • 8 코어, L2 6MB 공유
  • 2GHz
  • 공정 규칙: 45nm
  • 128G FLOPS/CPU (예: 제온 E5-2650(2GHz)과 동일)
  • 58W
  • 수냉
  • CPU당 구축 비용: 1270000JPY, 연간 운영비: 90000JPY
  • 메모리 상세 정보:
  • DDR3 SDRAM
  • 메모리 대역폭: 64GB/s
  • 메모리 컨트롤러는 CPU 내장
  • 인터커넥트 컨트롤러 상세 정보:
  • 노드 간을 100GB/s로 연결 (100GB/s = 5GB/s × 10 연결 × 2(송신 + 수신))
  • 원격 직접 메모리 접근 엔진 4개
  • 지연 시간: 100ns
  • 칩 동작 주파수: 312.5MHz
  • 6차원 메시/토러스 구조로 노드 간 연결


후지쯔의 일반 판매 상품인 PRIMEHPC FX10의 사양은 다음과 같다.[199][200]

  • 랙:
  • 96 노드
  • 1/8 ~ 1024 랙으로 판매. 가격은 50 랙 정도에 50억엔 ~ 70억엔 (CPU 1개당 1000000JPY 이상)
  • CPU:
  • SPARC64 IXfx
  • 16 코어
  • 1.650GHz 또는 1.848GHz
  • 211.2GFLOPS 또는 236.544GFLOPS
  • 110W
  • 수냉식
  • 메모리:
  • CPU 1개당 32GB 또는 64GB
  • 메모리 대역폭 85GB/s (DDR3-1333×8채널)[201]


K 컴퓨터가 설치된 건물은 계산동, 연구동, 열원기계동, 특고시설동의 4개 동으로 구성되어 있으며, 닛켄 설계가 설계하고 오바야시구미가 시공하여 2010년에 준공되었다.[202]

건물[205]
동구조건축 면적
계산동철골
지상 6층 지하 1층		1800m2
연구동철골
지상 3층 지하 1층		4300m2
열원기계동RC
지상 2층		1900m2
특고시설동Rc
지상 2층		200m2



K 컴퓨터는 리눅스 기반의 운영체제를 사용했다.[21][25] 후지쯔는 Lustre를 기반으로 최적화된 병렬 파일 시스템인 후지쯔 엑사바이트 파일 시스템(FEFS)을 개발했으며, 이는 수백 페타바이트까지 확장 가능했다.[21][25]

K 컴퓨터에는 다음과 같은 다양한 과학 응용 프로그램 및 라이브러리가 사용되었다.

소프트웨어 계열 요소 기술 연구 개발 계획
PHASE대 테마시기테마목적 상세과제비고
PHASE_1그리드 미들웨어2003〜2010년도원격 이용 및 외부 연결 지원각지에 흩어져 있는 HPC 간의 연계 기반 제공개별적으로 구축된 시스템 간의 연계 (효율과 균형 고려)일부는 이미 SuperSINET나 TSUBAME, Super Cluster, Bio Grid 등에서 실현됨.
PHASE_2이종 시스템 통합 소프트웨어2006〜2010년도서로 다른 아키텍처의 시스템을 통합하는 프레임워크 개발각지에 흩어져 있는 실험 장치, 데이터베이스, 슈퍼컴퓨터를 어디에서든 활용 가능한 유비쿼터스 연구 개발 환경 구축아키텍처가 다른 컴퓨터군을 연결하기 위한 공통 라이브러리 등의 구축미국에서 구축 중인 NLS 등과의 사이에서도 정보 교환을 진행.
PHASE_3그랜드 챌린지 애플리케이션 (NAREGI)2003〜2010년도차세대 나노 통합 시뮬레이션의 연구 개발차세대 나노 통합 시뮬레이션이란, 나노 신소재·신기능 (신 반도체 재료 등)을 창출하는 등 최첨단 지적 물건 만들기를 지원하기 위해, 나노 재료 계 전체 시뮬레이션 기반 소프트웨어의 연구 개발을 수행.나노 재료의 물리적 특성을 살린 시뮬레이션 소프트웨어의 개발. 재료공학, 양자역학 등의 분야의 학제 간 연계신 반도체 재료뿐만 아니라, 생체 기능 분자 및 다양한 산업용 기능 분자 등의 시뮬레이션 기술이 요구.
2006〜2012년도차세대 생명체 통합 시뮬레이션의 연구 개발차세대 생명체 통합 시뮬레이션이란, 맞춤형 의료·신약 개발 등을 실현하기 위해, 유전자 레벨에서 단백질 레벨, 더 나아가 세포 레벨, 그리고 장기 기능 레벨에 이르기까지 인체 스케일의 개별 요소에서 전체에 이르기까지 인간계를 최적으로 해석 가능한 종합 시뮬레이션 기반의 연구 개발을 수행.게놈 공학에서 단백질 공학으로, 더 나아가 그 너머에 있는 기능 공학을 목표로 한 연구게놈 신약 개발 및 고도의 외과 수술 (원격 수술), 원격 진단 등을 지원하는 소프트웨어 개발.
PHASE_4멀티 스케일·멀티 피직스 계 전체의 시뮬레이션2005〜2007년도혁신적인 시뮬레이션 소프트웨어의 연구 개발연속체나 이산계에 관계없이 스케일이 다른 물리 현상을 대상으로 하는, 통일된 시뮬레이션 환경과 프레임워크를 개발하는 것이 목표.각 스케일마다 최적화된, 경계 해석 기법, 열역학 해석 등을 포함한 라이브러리 군과, 이를 활용하기 위한 툴 군나노기술 분야, 엔지니어링 분야, 생명 과학 분야, 방재 분야 등.
2006〜2011년도차세대 고정밀·고분해능 시뮬레이션의 개발복수의 현상이 서로 영향을 미치는 멀티 스케일·멀티 피직스 현상의 해석을 실현하는 효율적인 계산 절차를 확립하고, 복잡한 공업 제품의 설계·개발 등의 첨단 시뮬레이션 기술의 개발이 목적.아토·스케일, 펨토·스케일, 나노스케일에서 미터·스케일, 천문 단위, 파섹·스케일, 메가·파섹 스케일까지, 관측·관찰 데이터와의 정합성을 취하는 모델 계산 기법의 개발이학·공학·의과학 등의 이과학 전체의 학제 연구 분야.


3. 1. 하드웨어

K 컴퓨터는 864개의 캐비닛에 88,128개의 2.0 GHz 8 코어 SPARC64 VIIIfx 프로세서로 구성되어 총 705,024개의 코어를 갖추고 있었다.[1] 각 캐비닛에는 96개의 컴퓨팅 노드와 6개의 I/O 노드가 포함되어 있었다. 각 컴퓨팅 노드에는 단일 프로세서와 16 GB의 메모리가 장착되었다. 컴퓨터의 수냉식 시스템은 고장률과 전력 소비를 최소화하도록 설계되었다.[21] 노드들은 후지쯔의 독점적인 토러스 퓨전 (''Tofu'') 인터커넥트로 연결되었다.[21]

K 컴퓨터의 전체 구성은 다음과 같다.[196][197][198]

  • 전체 864 랙으로 구성
  • CPU 수: 88,128개 (864 랙 × 102 노드 × 1 CPU)


랙의 구성은 다음과 같다.

  • 1 랙당 102 노드 (1 노드, 1 CPU)
  • 24장의 시스템 보드
  • IO용 시스템 보드
  • 자기 디스크
  • 전원


CPU의 상세 정보는 다음과 같다.

  • SPARC64 VIIIfx
  • 8 코어, L2 6MB 공유
  • 2GHz
  • 공정 규칙: 45nm
  • 128G FLOPS/CPU (예: 제온 E5-2650(2GHz)과 동일)
  • 58W
  • 수냉
  • CPU당 구축 비용: 1270000JPY, 연간 운영비: 90000JPY


메모리의 상세 정보는 다음과 같다.

  • DDR3 SDRAM
  • 메모리 대역폭: 64GB/s
  • 메모리 컨트롤러는 CPU 내장


인터커넥트 컨트롤러의 상세 정보는 다음과 같다.

  • 노드 간을 100GB/s로 연결 (100GB/s = 5GB/s × 10 연결 × 2(송신 + 수신))
  • 원격 직접 메모리 접근 엔진 4개
  • 지연 시간: 100ns
  • 칩 동작 주파수: 312.5MHz
  • 6차원 메시/토러스 구조로 노드 간 연결


후지쯔의 일반 판매 상품인 PRIMEHPC FX10의 사양은 다음과 같다.[199][200]

  • 랙
  • 96 노드
  • 1/8 ~ 1024 랙으로 판매. 가격은 50 랙 정도에 50억엔 ~ 70억엔 (CPU 1개당 1000000JPY 이상)
  • CPU
  • SPARC64 IXfx
  • 16 코어
  • 1.650GHz 또는 1.848GHz
  • 211.2GFLOPS 또는 236.544GFLOPS
  • 110W
  • 수냉식
  • 메모리
  • CPU 1개당 32GB 또는 64GB
  • 메모리 대역폭 85GB/s (DDR3-1333×8채널)[201]


FX10은 PRIMEHPC FX10의 후속 기종이다.

K 컴퓨터가 설치된 건물은 계산동, 연구동, 열원기계동, 특고시설동의 4개 동으로 구성되어 있으며, 닛켄 설계가 설계하고 오바야시구미가 시공하여 2010년에 준공되었다.[202] 계산기·연구동은 1개체로 구성되어 있으며, 1.5t이나 되는 계산기 케이스가 864대나 구성되어 있다. 계산기실은 바닥 내하중을 확보한 위에 60m*50m의 무주 공간(3000m2)이 확보되어 있다.[203][204]

건물[205]
동계산동연구동열원기계동특고시설동
구조철골
지상 6층 지하 1층		철골
지상 3층 지하 1층		RC
지상 2층		Rc
지상 2층
건축 면적1800m24300m21900m2200m2


3. 2. 소프트웨어

K 컴퓨터는 리눅스 기반의 운영체제를 사용했다.[21][25] 후지쯔는 Lustre를 기반으로 최적화된 병렬 파일 시스템인 후지쯔 엑사바이트 파일 시스템(FEFS)을 개발했으며, 이는 수백 페타바이트까지 확장 가능했다.[21][25]

K 컴퓨터에는 다음과 같은 다양한 과학 응용 프로그램 및 라이브러리가 사용되었다.

소프트웨어 계열 요소 기술 연구 개발 계획
PHASE대 테마시기테마목적 상세과제비고
PHASE_1그리드 미들웨어2003〜2010년도원격 이용 및 외부 연결 지원각지에 흩어져 있는 HPC 간의 연계 기반 제공개별적으로 구축된 시스템 간의 연계 (효율과 균형 고려)일부는 이미 SuperSINET나 TSUBAME, Super Cluster, Bio Grid 등에서 실현됨. 앞으로 국제 연계를 위한 국제 표준화 등의 다양한 과제 해결을 위한 실험 및 검증 계획의 방향성과 컨센서스 형성이 필요.
PHASE_2이종 시스템 통합 소프트웨어2006〜2010년도서로 다른 아키텍처의 시스템을 통합하는 프레임워크 개발각지에 흩어져 있는 실험 장치, 데이터베이스, 슈퍼컴퓨터를 어디에서든 활용 가능한 유비쿼터스 연구 개발 환경 구축아키텍처가 다른 컴퓨터군을 연결하기 위한 공통 라이브러리 등의 구축미국에서 구축 중인 NLS 등과의 사이에서도 정보 교환을 진행하고 있다. 장기적으로는 3극 전체에서 상호 이용 가능한 환경을 목표로 하고 있다.
PHASE_3그랜드 챌린지 애플리케이션 (NAREGI)2003〜2010년도차세대 나노 통합 시뮬레이션의 연구 개발차세대 나노 통합 시뮬레이션이란, 나노 신소재·신기능 (신 반도체 재료 등)을 창출하는 등 최첨단 지적 물건 만들기를 지원하기 위해, 나노 재료 계 전체 시뮬레이션 기반 소프트웨어의 연구 개발을 수행한다.나노 재료의 물리적 특성을 살린 시뮬레이션 소프트웨어의 개발. 재료공학, 양자역학 등의 분야의 학제 간 연계신 반도체 재료뿐만 아니라, 생체 기능 분자 및 다양한 산업용 기능 분자 등의 시뮬레이션 기술이 요구되고 있다. 왜냐하면, 이러한 소재가 새로운 산업에 미치는 영향이 크기 때문이다.
2006〜2012년도차세대 생명체 통합 시뮬레이션의 연구 개발차세대 생명체 통합 시뮬레이션이란, 맞춤형 의료·신약 개발 등을 실현하기 위해, 유전자 레벨에서 단백질 레벨, 더 나아가 세포 레벨, 그리고 장기 기능 레벨에 이르기까지 인체 스케일의 개별 요소에서 전체에 이르기까지 인간계를 최적으로 해석 가능한 종합 시뮬레이션 기반의 연구 개발을 수행한다.게놈 공학에서 단백질 공학으로, 더 나아가 그 너머에 있는 기능 공학을 목표로 한 연구게놈 신약 개발 및 고도의 외과 수술 (원격 수술), 원격 진단 등을 지원하는 소프트웨어 개발. 더 나아가, 인체의 구성 요소 전체를 시뮬레이션하는 통합 시뮬레이션 환경의 구축.
PHASE_4멀티 스케일·멀티 피직스 계 전체의 시뮬레이션2005〜2007년도혁신적인 시뮬레이션 소프트웨어의 연구 개발연속체나 이산계에 관계없이 스케일이 다른 물리 현상을 대상으로 하는, 통일된 시뮬레이션 환경과 프레임워크를 개발하는 것이 목표.각 스케일마다 최적화된, 경계 해석 기법, 열역학 해석 등을 포함한 라이브러리 군과, 이를 활용하기 위한 툴 군나노기술 분야, 엔지니어링 분야, 생명 과학 분야, 방재 분야 등이다. 이 성과는, 사업화도 시야에 넣어 최종 단계로 향해 기초 연구가 끝나가고 있다.
2006〜2011년도차세대 고정밀·고분해능 시뮬레이션의 개발복수의 현상이 서로 영향을 미치는 멀티 스케일·멀티 피직스 현상의 해석을 실현하는 효율적인 계산 절차를 확립하고, 복잡한 공업 제품의 설계·개발 등의 첨단 시뮬레이션 기술의 개발이 목적.아토·스케일, 펨토·스케일, 나노스케일에서 미터·스케일, 천문 단위, 파섹·스케일, 메가·파섹 스케일까지, 관측·관찰 데이터와의 정합성을 취하는 모델 계산 기법의 개발이학·공학·의과학 등의 이과학 전체의 학제 연구 분야.


4. 성능

2011년 6월 20일, TOP500 프로젝트 위원회는 K 컴퓨터가 8.162 페타플롭스의 LINPACK 성능으로 당시 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터라고 발표했다.[5][7][10] 이는 93.0%의 컴퓨팅 효율로 달성되었다. 이전 기록 보유자는 중국 국방과학기술대학교의 톈허-1A로 2.507 페타플롭스였다.[6] 2011년 11월, 이화학연구소는 K 컴퓨터가 초당 10.51경 번의 연산을 수행하여 93.2%의 컴퓨팅 효율로 10 페타플롭스를 넘은 최초의 슈퍼컴퓨터가 되었다고 보고했다.[15]

2012년 6월 18일, TOP500 프로젝트 위원회는 캘리포니아에 있는 IBM의 IBM 시쿼이아가 16.325 페타플롭스의 LINPACK 성능으로 K 컴퓨터를 제치고 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터가 되었다고 발표했다.[11]

TOP500 목록에서 K 컴퓨터는 2011년 6월에 1위를 차지했으며, 2018년 11월에는 18위였다.[17]

K 컴퓨터는 2018년 11월 잭 동가라가 제안한 HPCG 벤치마크 테스트에서 0.6027 HPCG PFLOPS로 3위를 차지했다.[18]

K 컴퓨터는 2011년 6월 TOP500 목록에서 가장 높은 총 전력 소비량(9.89 MW - 교외 주택 약 10,000채)을 기록했지만, 824.6 GFlop/kW를 달성하여 비교적 효율적이었다.[10] 테네시 대학교 전기 공학 및 컴퓨터 과학 교수이자 TOP500 컴파일러인 잭 동가라는 K 컴퓨터의 성능이 "백만 대의 연결된 데스크톱 컴퓨터"와 같다고 말했다.[6] 이 컴퓨터의 연간 운영 비용은 1,000만 미국 달러(1000만달러)로 추정되었다.[6]

5. 활용 분야

K 컴퓨터는 다양한 분야에서 활용될 수 있도록 개발되었으며, 2002년부터 관련 요소 기술에 대한 선행 연구 개발이 시작되었다.[195]

5. 1. 재료 과학

2002년에는 이미 관련 요소 기술에 대한 선행 연구 개발이 시작되었으며, 그 내용은 다음과 같다.[195]

5. 2. 기타 분야

2002년에는 이미 관련 요소 기술에 대한 선행 연구 개발이 시작되었으며, 그 내용은 다음과 같다.[195]

6. 논란 및 비판

K 컴퓨터는 여러 논란과 비판에 직면했다.

2009년 11월 13일, 행정 쇄신 회의의 사업 분류에서 K 컴퓨터 프로젝트는 "예산 계상 보류에 가까운 축소"(사실상 동결) 판정을 받았다.[76][77][78] 문부과학성은 과학 기술 발전, 국가 IT 기술 획득, 기후 변화 문제 해결, 산업 경쟁력 강화를 주장했지만, 평가자 측은 정책적 효과, 소프트웨어의 중요성, 국가 전략 재구축 필요성을 강조하며 반박했다.[190]

사업 분류 논란: 양측 주장
문부과학성 측평가자(분류자) 측



이에 과학 기술 관련 단체들이 반발하고,[79] 이시이 시로, 에사키 레오나 등 저명한 과학자들이 우려를 표명했다.[80] 노요리 료지 이화학연구소 이사장은 "선진 각국이 슈퍼컴퓨터 개발에 경쟁하고 있다. 일단 동결하면 다른 국가에 추월당한다"며 비판했다.[81]

가와바타 문부과학대신은 과학 기술 중시 방침을 밝히고,[82] 간 나오토 부총리 겸 국가 전략 담당 대신도 예산 부활을 시사하며,[83] 결국 일본 정부는 2009년 12월 9일 "필요한 개선을 하면서 추진"으로 평가를 재검토했다.[84][85]

K 컴퓨터는 높은 개발 및 운영 비용으로도 비판받았다. 2009년도 예산에 따르면 구축 비용은 약 1.12조엔, 운용비는 연간 800억엔이었다.[181][182] 2011년 6월, K 컴퓨터는 TOP500 목록에서 가장 높은 전력 소비량(9.89MW)을 기록했지만, 비교적 효율적이었다.[10] 잭 동가라 교수는 K 컴퓨터의 성능이 "백만 대의 연결된 데스크톱 컴퓨터"에 해당한다고 언급했다.[6]

2007년 이케다 노부오는 K 컴퓨터 프로젝트를 "시대착오적인 대함거포 프로젝트"라고 비판했고,[188][189] 마키노 준이치로는 "고작 10Pflops에 1100억 엔은 너무 비싸다"고 비판했다.[192] K 컴퓨터는 막대한 개발비가 지적되었고, 재이용도 모색되었으나, 이설 비용과 유지비 문제로 인해 실현되지 못했다.[206]

6. 1. 사업 분류 논란

2009년 11월 13일, 행정 쇄신 회의의 "사업 분류"에서 K 컴퓨터 프로젝트는 "예산 계상 보류에 가까운 축소"(사실상 동결)로 판정되었다.[76][77][78] 이 과정에서 양측의 주요 주장은 다음과 같았다.[190]

사업 분류 논란: 양측 주장
문부과학성 측평가자(분류자) 측



이에 대해 계산 기초 과학 컨소시엄 등 과학 기술 관련 단체가 잇따라 긴급 성명을 발표하고,[79] 11월 25일에는 이시이 시로, 에사키 레오나, 토네가와 스스무, 모리 시게후미, 노요리 료지, 고바야시 마코토가 긴급 회견에서 우려를 표명했다.[80]

같은 날, 이화학연구소의 노요리 료지 이사장은 "선진 각국이 슈퍼컴퓨터 개발에 경쟁하고 있다. 일단 동결하면 다른 국가에 추월당한다"며 비판했다.[81]

이러한 반발에 대해 가와바타 문부과학대신은 11월 17일, 하토야마 내각의 방침은 과학 기술을 중시하는 것으로 예산 확보를 목표로 하는 방침을 밝혔고,[82] 11월 22일에는 간 나오토 부총리 겸 국가 전략 담당 대신도 예산 부활을 시사하며, 일본국 정부는 과학 관련 예산에 대해 예산 부활을 인정하는 방침을 굳혔다.[83] 결국 12월 9일, 일본국 정부는 "필요한 개선을 하면서 추진"으로 평가를 재검토했다.[84][85]

6. 2. 비용 효율성 논란

K 컴퓨터는 높은 개발 비용과 운영 비용으로 인해 비판을 받아왔다. 2009년도 예산에 따르면 구축 비용은 약 1.12조엔(국비 1.02조엔, 민간 자금 1000억엔)이었으며,[181] 운용비는 연간 800억엔(전력 요금 220억엔~290억엔, 컴퓨터 등 보수 비용 230억엔~320억엔, 운영비 126억엔, 기타 보수 비용 140억엔~170억엔)이었다.[182] 연간 운영 비용은 1000만달러로 추정되기도 했다.[6]

2011년 6월, K 컴퓨터는 TOP500 목록에서 가장 높은 전력 소비량(9.89MW)을 기록했지만, 824.6GFlop/kW를 달성하여 비교적 효율적이었다. 이는 당시 2위였던 중국의 슈퍼컴퓨터보다 29.8% 더 효율적이었지만, IBM의 슈퍼컴퓨터 기록에는 미치지 못했다.[10]

테네시 대학교의 잭 동가라 교수는 K 컴퓨터의 성능이 "백만 대의 연결된 데스크톱 컴퓨터"에 해당한다고 언급했다.[6]

2007년에는 경제학자 이케다 노부오는 K 컴퓨터 프로젝트가 "시대착오적인 대함거포 프로젝트로 효율이 나쁘다"고 비판했다.[188][189] 국립천문대 교수 마키노 준이치로는 "고작 10Pflops에 1100억 엔은 너무 비싸다"고 비판했다.[192]

다음은 다른 주요 슈퍼컴퓨터와의 비용 성능 비교표이다.

비용 성능 비교표
시스템명구축 비용
(억 엔)		운용 비용
(억 엔/년)		성능
(LINPACK
TFLOPS)		비고
'K 컴퓨터'1.12조엔800억엔10,0002011/6 - 2011/12 TOP500 1위
세쿼이아2000억엔 이하-16,3202012/6 TOP500 1위
Tianhe-I710억엔160억엔2,5662010/11 - 2011/6 TOP500 1위
TSUBAME2.0 (2010년 시점)340억엔20억엔1,1922010/11 - 2011/6 TOP500 4위
Roadrunner1180억엔-1,3752008/6 - 2009/11 TOP500 1위
Blue Gene/L900억엔-5962004/11 - 2008/6 TOP500 1위
지구 시뮬레이터 (당초)6000억엔500억엔35.862002/6 - 2004/6 TOP500 1위



K 컴퓨터는 막대한 개발비가 지적되었고, 재이용도 모색되었으나, 이설 비용과 유지비 문제로 인해 실현되지 못했다.[206]

7. 사회적 영향

K 컴퓨터는 슈퍼컴퓨터 기술 발전에 대한 대중의 관심을 높였다. K 컴퓨터 개발 경험은 후속 슈퍼컴퓨터인 후가쿠 개발에 기여했다.[207] 2011년 7월, K 컴퓨터가 위치한 지역 인근의 역 이름이 포트 아일랜드선 "포트 아일랜드 미나미역"에서 "K 컴퓨터 앞"으로 변경되었다.[26] 그러나 K 컴퓨터가 폐기된 후, 2021년 6월에 역 이름은 "계산과학센터역(고베 동물 왕국·'후가쿠' 앞)"으로 변경되었다.[207]

8. 한국과의 관계

K 컴퓨터 개발은 대한민국 슈퍼컴퓨터 개발에 자극을 주었다.[5][7][10] 대한민국은 누리온 등 자체 슈퍼컴퓨터를 개발하여 슈퍼컴퓨팅 분야에서 경쟁력을 강화하고 있다.

8. 1. 경쟁

K 컴퓨터의 개발은 대한민국 슈퍼컴퓨터 개발에 자극제가 되었다.[5][7][10] 대한민국은 누리온 등 자체 슈퍼컴퓨터를 개발하여 슈퍼컴퓨팅 분야에서 경쟁력을 강화하고 있다.

2011년 6월 20일, TOP500 프로젝트 위원회는 K 컴퓨터가 8.162 페타플롭스의 성능으로 LINPACK 기록을 세워 당시 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터가 되었다고 발표했다.[5][7][10] 이는 93.0%의 컴퓨팅 효율로 달성되었다. 이전 기록 보유자는 중국 국방과학기술대학교의 톈허-1A로 2.507 페타플롭스의 성능을 보였다.[6]

2012년 6월 18일, TOP500 프로젝트 위원회는 캘리포니아에 위치한 IBM의 슈퍼컴퓨터 IBM 시쿼이아가 16.325 페타플롭스의 LINPACK 성능으로 K 컴퓨터를 제치고 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터가 되었다고 발표했다. 시쿼이아는 K 컴퓨터보다 55% 더 빠르며, 123% 더 많은 CPU 프로세서를 사용하지만, 에너지 효율은 150% 더 높다.[11]

TOP500 목록에서 K 컴퓨터는 2011년 6월에 1위를 차지했으며, 시간이 지남에 따라 순위가 하락하여 2018년 11월에는 18위가 되었다.[17] 2018년 11월 잭 동가라가 제안한 HPCG 벤치마크 테스트에서 K 컴퓨터는 0.6027 HPCG PFLOPS로 3위를 차지했다.[18]

참조

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[81] 뉴스 科学技術予算削減 待った…ノーベル賞・野依さん「我が国の生命線」 http://osaka.yomiuri[...] 2009-11-25
[82] 뉴스 科学技術「非常に大事」＝予算確保を主張－川端文科相 http://www.jiji.com/[...] 2009-11-17
[83] 뉴스 【事業仕分け】次世代スパコン予算維持へ 菅副総理 https://web.archive.[...] 2009-11-22
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[86] 뉴스 次世代スパコン、各地の大学が使える形に…文科省が計画変更へ http://osaka.yomiuri[...] 2009-12-16
[87] 뉴스 次世代スパコン、40億円減＝文科、財務相が復活で合意 http://www.jiji.com/[...] 2009-12-16
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