국내 동향

가. 포항 광가속기 실험

◦ 연구 내용

- 방사광 가속기는 전자가 자기장 속을 지날 때 휘어지면서 접선방향으로 빛(광자)을 방출하는 원리를 이용하여 물질의 구조를 파악하게 하여 구조생물학, 소재, 나노, 화학, 의료 분야에 활용

- 포항 3세대 및 4세대 방사광 가속기에서 제공하는 빔라인(3세대 30여개, 4세대 3-4개)에서 구조생물학, 화학, 재료, 물리 등 실험 장치들을 설치하여 방사광 빔을 활용하여 실험을 수행

◦ 연구 시설

- 3세대 가속기는 1994년 완공됐으며 이어 2015년도에 4세대 가속기 완공

<표 1> 포항 3세대 방사광가속기와 4세대 방사광가속기

3세대(PLS-II) 4세대(PAL-XFEL)

분류 Light Source X-ray Free Electron Laser

완공 연도 1994년 2015년

빔라인 길이 280 미터 1,100 미터

최대 밝기 태양의 100억 배 태양의 100경 배(3세대의 1억 배)

시간 분해능 피코초(1조분의 1초) 펨토초(1,000조분의 1초)

결맞음1) 나쁨 좋음

전자빔에너지 3 기가일렉트론볼트2) 10 기가일렉트론볼트

빔라인 운영 36개 빔라인 운영 9개 분야 실험 지원 예정

지원 분야 신물질 합금, 고효율 태양전지 재료, 마이크로 의학용 로봇, 신약개발 등

그린에너지 기술개발, 신소재개발, 세포 이미징, 단백질 구조분석, 신약개발 등

1) 4세대 방사광가속기는 규칙적으로 잘 정렬된 빛을 생성, 물질 구조 해석에 뛰어남 2) 1 기가일렉트론볼트(GeV) = 전자 질량(511 KeV) 약 2천배에 해당하는 에너지

<그림 18> SFX 실험 개요도

◦ 실험데이터

- 3세대 가속기 실험 데이터 : 단백질 결정 회절 이미지 저장 및 분석 그리고 분석 프로그램 (XDS, DIALS) 구동에 따라 데이터 세트 당 10GB 정도 생산되고 1일 400데이터 세트가 생성됨. 한 실험당 3일이 소요되고 실험당 12TB가 생성됨. 이때 월 1회 실험을 가정하면 년 144TB와 사용자 데이터가 생성됨

- 4세대 가속기 실험 데이터 : 2020년도에 XFEL을 사용한 실험데이터 저장 및 분석의 경우 생성 데이터는, 4Mpixels 사용 실험을 월 1회 그리고 2개월간 데이터를 보장한다면, 240TB/

실험×2회+이용자 재생산 데이터는 대략 500TB 정도 생성됨

◦ KISTI 지원

- 방사광 빔을 활용하여 수행한 실험데이터는 포항가속기연구소 DAQ(Data Acquisition) 시스템을 통해 획득되며 3세대 및 4세대의 데이터센터에 1차 저장된 후 선택적으로 KREONet 연구망을 통해 KISTI GSDC 저장소로 전송

- 사용자 인터페이스(UI)를 포항가속기연구소 실험지원 환경과 동일한 구성으로 제공하고 클러스터 8대(약 324코어)를 구축

- KISTI 과학기술연구망센터에서 운영하는 KREONet을 통해 포항공과대학을 거쳐 포항 가속기연구소 3세대 및 4세대 가속기의 실험 데이터 저장소와 연결(Shared 10Gbps) - 시범 지원 사업으로 NAS방식의 200TB를 우선 제공하고 향후 수요에 따라 확대

나. 중이온 가속기 실험

<그림 19> 초고해상도 전자현미경(KBSI)

◦ KISTI 지원

- 전자현미경을 통한 단백질의 구조 분석을 위하여, 프로젝트 하나당 생성되는 데이터량은 약 50TB정도로 데이터의 생성･관리･활용에 있어 스토리지 및 컴퓨팅 인프라가 매우 중요함 - KISTI는 국내 구조생물학자들을 지원하기위해 2028년도부터 364core 규모의 CPU와

GPU(NVIDIA P100 × 2ea × 3대)시스템을 지원함

- 오창 KBSI데이터 생산시설과 KISTI 데이터 분석･활용연구실 간 10Gbps 전용망(Science DMZ⁷⁾)을 연동함

- 700TB 규모의 스토리지를 제공하여 연구를 지원함

- 전자현미경 연구그룹이 현재 2019. 12월 기준 3개그룹에서 5개 그룹으로 확대 예정

◦ 지원 성과

- 기존 개별 연구실 단위의 워크스테이션(20core) 수준에서 수행된 데이터 분석 작업 소요 시간이 GSDC 클러스터(364core)에서는 약 10% 수준으로 줄어들었고, GSDC GPU 분석 팜에서는 약 5% 수준까지 떨어지는 등 연구생산성이 획기적으로 향상됨

라. 중성미자 실험(RENO 사업)

◦ 연구 내용

- 물리학 최대 관심사의 하나이며, 초기우주 생성과 관련된 미 측정된 중성미자 변환상수(_) 발견을 위한 국제공동연구 수행

- 국내 10개 기관(서울대/경상대/경북대/동신대/부산대/서경대/성균관대/세종대/전남대/전북대)과 러시아 2개 기관의 약 40인의 연구자가 공동연구

7) 대용량 데이터 중심형 거대과학(Data-Intensive Science) 및 관련 협업연구를 수행하기 위해 성능의 저하 없이 대용량 데이터 전송이 가능한 혁신적인 네트워크

- 2009년 9월 1일부터 한국연구재단의 선도연구센터(SRC)로서 선정되어 “한국중성미자연구 센터(KNRC)” 개소하여 연구를 진행 중

- RENO 실험 이후 새로운 중성미자 실험을 계속 추진할 예정

◦ 연구 규모

- 영광원전의 원자로 근처에 길이 100m와 300m의 터널 구축(50억원). 450톤 규모의 중성미자 검출기 2대 설치(56억원)

70m high

200m high Near Detector

Reactors 70m high

200m high Near Detector

Reactors

<그림 20> 중성미자 지하검출시설 구축 개요

- 원자로에서 방출되는 중성미자의 검출시설을 구축하여 실험(2010년 6월 완공, 2025년까지 운영 예정)

- 향후 지속적인 증성 미자 연구를 위해 세계 최고 수준의 초대형 우주 중성미자 망원경을 현재의 시설보다 20배 크게 나주 금성산에 구축하거나 일본과 협력하여 한일간 공동으로 중성미자 연구장치로서 3세대 카미오칸데로 하이퍼카미오칸데를 한국 설치하는 것을 일본의 노벨 과학자 카지타 타카아키와 협의중. 한국에서는 이를 가칭 한국중성미자관측소(KNO, Korean Neutrino Observatory) 구축으로 계획 중

<그림 21> 한국중성미자관측소(KNO, Korean Neutrino Observatory) 구축

◦ 실험 데이터

- 두 검출기의 약 850개 광센서에서 3.6Gbps의 데이터가 24시간 365일간 쉬지 않고 생성됨 - RAW 데이터는 매년 약 110TB, 분석용 데이터는 매년 약 50TB의 데이터가 생성

- 재구성된 데이터의 자세한 데이터 분석을 위해 2GHz의 CPU가 약 700개 정도가 필요

◦ KISTI 지원

- 432 코어의 CPU 지원 : CPU 활용율 및 작업 평균 대기시간을 고려하여 기존 수준과 동일 규모 지원

- 1100TB의 디스크 지원 : 디스크 활용율이 현재 할당량의 90% 이상을 상회하여 사용하고 있으므로 기존 대비 150TB 증가하여 1,100TB를 지원함

◦ 지원 성과

- RENO 실험 결과를 활용하여 국내 연구자들을 통해 다양한 연구 성과물 창출 - 중성미자 변환상수 측정 결과의 논문 발표

- 원자로 열 방출량의 실시간 원격 측정 기술 개발

- 중성미자 에너지 스펙트럼의 정밀 측정을 통해 IAEA가 관심을 가지는 원자로 내의 플루토늄 생성량 감시 기술 개발

인프라 기술