의 최적병렬화 작업을 완수해야 했던 것. 이미 오래전부터 구상은 하고 있었으나, 연 구실 단독으로 진행하는 데 어려움이 커 엄두를 낼 수 없었다. 그러던 차에 KISTI의 최적병렬화 지원 사업에 대한 공고를 접하게 된다.
“우리 연구진은 에어컨 실외기에서 열교환기의 열을 식혀주는 용도로 사용되는 축류 팬 주위의 유동현상을 관찰해 소음을 감소시키는 방안을 찾고 있었습니다. 유동현상을 해석하기 위해 축류 팬이 회전하면서 만드는 바 람의 움직임을 정밀하게 모사하는 계산 코드를 개발했죠. 그러나 개발한 코드를 컴퓨터에 적용하는 것은 또 다 른 문제였습니다. 유동 특성을 나타내는 지표인 레이놀즈 수가 547.000에 해당하는 만큼 방대한 계산이 불가피 하기 때문에 최적병렬화 작업 여부가 중요했습니다.”
최적병렬화는 컴퓨터를 보다 효율적으로 활용하기 위해 계산 성능을 향상시키는 것을 말한다. 이는 격자(Grid)를 나누고, 잘게 쪼개서 각 부분을 동시에 해석하는 것 으로 데이터를 해석하는 데 있어 획기적인 속도를 자랑한다. 일반 PC에서 수행하면 수년의 소요시간이 필요하지만, 최적병렬화 코드가 적용되면 수천 개 이상의 CPU를 동시에 활용하는 것과 같은 속도를 낼 수 있으니 원하는 답을 빠르게 얻을 수 있는 것 이다. 연구의 효율성이 시간과의 다툼이라면, 연구진에게 꼭 필요한 것은 최적병렬화 작업이었다. 그런데 최적병렬화가 되기 위해서는 사용 컴퓨터의 코드를 바꿔야 한다.
박사 논문을 준비하던 박근태 학생이 발 벗고 나섰다.
스마트 연구실,
글로벌 인재의 산실이 되다
서울대학교 기계항공공학부
최해천 교수
Value Creation
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“제 논문 주제와 관련 있으니 적극적으로 뛰어들었죠. 한 달 동안 KISTI 슈퍼컴퓨팅센터 연구실에서 1:1 지도 를 받으며 코드의 최적병렬화를 진행했습니다. 권오경 선임연구원님께서 공동개발 멘토링을 해주셨어요. 병렬 화 기술(MPI)를 배우면서 기술적인 지원뿐 아니라 실무적인 조언까지 받을 수 있었습니다.”
한 학기를 투자해도 습득하기 어렵다는 최적병렬화 기술을 한 달 만에 습득한 박 근태 학생의 노력과 권오경 선임연구원의 든든한 멘토링 덕분에 연구는 가속도가 붙 었다.
하나의 해석 데이터를 얻기 위해 초조하게 시간을 보내는 사람이 있는가 하면, 흔 들림 없이 효율적인 연구를 이어가는 연구자가 있다. 누가 더 효율적인 연구를 지속 할 것인가는 불 보듯 뻔한 일. 가속도가 붙은 연구진은 개발한 코드를 KISTI와 함께 최적병렬화했고, 이후 KISTI의 슈퍼컴퓨터를 활용한 대규모 시뮬레이션을 진행했다.
그리고 그 해석 결과를 기반으로 신제품 개발에 박차를 가했다.
“팬이 회전할 때 나는 소음은 팬을 지나는 공기의 유동 때문에 발생하게 됩니다. 공기 유동을 예측할 수 있다 면 소음을 효과적으로 줄일 수 있게 되죠. 소음이 해결되면 제품 디자인이나 전기 효율 측면 등에 더 집중할 수 있습니다. 공기 유동은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 예측할 수 있기 때문에 좋은 제품을 개발하기 위해서는 컴퓨 터 시뮬레이션 과정이 꼭 필요합니다.”
물론 일반적인 실험을 통해 팬을 돌리고 그 안의 변화를 관찰할 수 있다. 그러나 그것만으로는 보고 싶은 부분을 심도 있게 관찰하거나 3차원으로 면밀히 살필 수 없 기에 실제 유동이 어떻게 흘러가는지 정확히 파악하기 어렵다. 반면에 컴퓨터 시뮬 레이션은 언제든지 재현할 수 있고 시시각각 변화를 확인할 수 있어 해석에 따른 새 로운 아이디어를 도출해내는 데 용이하다. 연구진은 기존 시제품의 공기 유동이 어 떻게 흘러가는지 면밀히 확인하며 개선점을 찾아 보완해갔다.
“팬의 효율을 떨어뜨리고 소음을 발생시키는 주범은 날개의 끝부분에서 발생하는 바람의 소용돌이입니다.
그래서 소용돌이가 발생하지 않고 유동이 잘 흐르도록 하는 것이 성능 향상의 관건인데요. 시뮬레이션은 유동이 어떻게 움직이는지 잘 보여주기 때문에 꼭 필요한 과정이었습니다. 기존 시제품은 팬 주변에 매끈한 면으로 된 케이싱이 설치돼 있었습니다. 우리 연구진은 매끈한 케이싱이 오히려 유동에 부정적인 영향을 준다는 것을 확 인하고, 케이싱에 일부러 돌기를 달아 유동을 제어하는 방법을 찾아냈습니다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해서 나온 답이 정답인지 실험으로 다시 확인했더니 원하는 답이었죠.”
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연구진은 유동을 가로막아 유동을 제어한다는 역발상으로 소음을 줄이고 효율을 높인 제품을 개발, 공동 특허를 출시하는 성과를 냈다.
최 교수는 KISTI의 지원이 없었다면 여전히 과제를 수행하고 있었을 것이라고 말 했다.
“한 달 만에 나올 계산을 2년 동안 기다려야 했을지도 모릅니다. 과제를 시작할 때, 처음에는 연구실에 있는 컴퓨터로 문제를 풀었지만, 점차 한계에 이르렀죠. 점점 복잡해지는 계산과 처리할 데이터양이 많아졌으니까요.
KISTI가 최적병렬화 코드 개발을 적극적으로 지원하고, 무엇보다 직접 1:1 멘토링을 진행해주었기 때문에 정말 큰 도움이 되었습니다. 또 제품 개발에 있어 슈퍼컴퓨터를 활용한 대규모 시뮬레이션이 어떤 역할을 하는지, 과 제 수행을 함께한 기업도 그 필요성을 확실히 각인하는 계기가 되었습니다.”
KISTI와 공동 개발한 최적병렬화 코드를 연구 과정에 적용하고 실제 제품 개발까 지 성공한 연구진은 앞으로 더 많은 혁신적 성과를 향해 나아갈 생각이다.
“다른 종류의 팬에 대해서도 연구를 확장할 계획입니다. 가령 드론 날개를 어떻게 바꾸면 더 오래, 더 빨리 날 수 있을지 혹은 풍력발전기 날개를 어떻게 만들어야 더 많은 전기를 생산해낼 수 있는지 등이죠. 다른 팬에서의 문제를 밝히고 해결하는 연구 또한 지속할 것입니다. 한 나라의 과학기술 수준을 볼 때, 슈퍼컴퓨터의 수준을 보 라는 말이 있습니다. 슈퍼컴퓨터의 컴퓨팅 파워가 하나의 척도가 되고 있다는 뜻이죠. 연구자 입장에서는 슈퍼 컴퓨터의 성능이 더 높아져 혁신적인 연구에 큰 보탬이 되었으면 합니다. 물론 활발한 연구 활동이 선행되어야 겠죠. 서로 지원이 되어야 함께 발전하는 것이니까요.”
최 교수의 바람대로 KISTI는 슈퍼컴퓨터 5호기 추가 도입을 예고하고 있다.
KISTI와 연구자가 함께 만들어 갈 혁신적 연구, 그 새로운 지평이 활짝 열리고 있다.
PARTNER INTRODUCE
* 서울대학교 기계항공공학부 mae.snu.ac.kr
주 소 | 서울특별시 관악구 관악로 1
소 개 | 일상 생활용품에서부터 산업 시설에 이르기까지 다양한 분야에서 사용되는 축류 팬의 소음을 줄이고 효율을 높이는 방법 연구
축류 팬의 활용 예
Service / Interview Value Creation 은 슈퍼컴퓨팅 사용자 교육센터 누리집(https://webedu.ksc.re.kr) 에서 볼 수 있다.
KISTI는 슈퍼컴퓨팅 지원정책에 따라 슈퍼컴퓨터 활용과 관련한 사업을 다각도로 펼치고 있다. 특히 국내 계산과학공학연구자들의 연구성과 제고를 위한 슈퍼컴퓨팅자원을 공모를 통해 무상으로 제공한다. 슈퍼컴퓨팅연구소 누리집(www.nisn.re.kr)에서 관련 내용을 자세 히 안내하고 있다.