6. 중장기 공공슈퍼컴퓨터 수급계획
6.2 슈퍼컴퓨터의 기술동향 및 발전방향
6.2.1 TOP500에 기초한 슈퍼컴퓨터 기술동향
○ Top500의 개요
전 세계에 설치되어 있는 슈퍼컴퓨터들에 관한 통계자료에 관하여, 독일 멘하임 대학교의 H. Meuer가 1986년부터 매년 벡터 컴퓨터(Vector Computer) 숫자를 시스템 제조회사를 중심으로 발표하여 왔다. 이러한 단순한 숫자는 시스템의 다양 성과 시스템의 차이를 반영할 수 없었다. 전 세계에 어떠한 성능을 지닌 어떠한 컴퓨터들이 어느 곳에 설치되어 있는지, 그리고 어떠한 목적으로 사용되고 있는지 에 관한 자료는 H. Meuer와 함께, 미국 테네시 주립대학교의 J. Dongarra, 그리 고 로오렌스 버클리 국립연구소의 E. Strohmaier와 H. Simon이 공동으로 작성한
‘TOP500 Supercomputer Sites’라는 보고서로서, 전 세계에 설치되어 있는 최고 의 성능을 가진 500개의 컴퓨터들에 관한 자료를 1993년부터 매년 2번씩 (6월과 11월에) 발표하고 있으며, http://www.top500.org에 접속하여 볼 수 있다8).
이하에서는 이러한 top500에 기초하여 슈퍼컴퓨터의 기술동향을 살펴본다.
<그림 6-2> Manufacturer Trend(1993-2004) 0
1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 Cray Inc.
○ 네트워크기술(Interconnect Family)
네트워크기술은 Cray Interconncet, Crossbar, SP Switch, Myrinet 및 Gigabit Ethernet)을 주로 사용하고 있음을 알 수 있다(그림 6-3참조). 그런데 2000년 이 후부터는 주로 Myrinet과 Gigabit Ethernet를 주로 사용하고 있다.
<그림 6-3> Interconnect Family(1993-2004) 0
1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 (%)
<그림 6-4> Processor Family(1993-2004) 0
1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 (%)
○ 슈퍼컴퓨터생산지역(Producer Regions)
슈퍼컴퓨터를 생산하는 지역은 주로 북미지역인 미국이다. 일본의 점유율은 미 국에 비해 월등히 떨어진다<그림 6-5 참조>.
<그림 6-5> Producer Region trend(1993-2004) 0
200000 400000 600000 800000 1000000 1200000
1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 Rmax Sum
(GF)
North America
Eastern Asia Global
○ 시스템아키텍쳐(System Family)
슈퍼컴퓨터 시스템군을 아키텍쳐를 중심으로 보면 <표 6-4>와 같으며, 모델명 을 중심으로 보면 <표 6-5>와 같이 HP Cluster와 IBM SP방식을 사용하고 있음 을 알 수 있다.
<표 6-4> System Family(2004.11기준) Count Share % Rmax Sum
(GF) Rpeak
Sum (GF) Procs Sum Bull SMP Cluster 1 0.2 1131 1331 256
Cray X1 7 1.4 16298 17869 1396
Dell Cluster 13 2.6 32620 60306 10112 Fujitsu Cluster 1 0.2 8728 12534 2048 Hitachi SR11000 2 0.4 6228 11533 106
Hitachi SR8xxx 4 0.8 5152 6314 1548
○ 시스템모델(System Model)
시스템모델을 중심으로 살펴보면 Top500컴퓨터중 25.2%인 125대가 xSeries Cluster Xeon - GigE를 사용하고 있으며, 5.4%인 27대가 HP DL360 Cluster - Myrinet를 사용하고 있다<표 6-5>.
HP AlphaServer 9 1.8 29085 40121 18020 HP Cluster 63 12.6 97899 172136 28912 HP Superdome 100 20 108241 165336 38284 IBM BlueGene/L 3 0.6 91055 119603 45056 IBM Cluster 160 32 309745 611838 109300
IBM SP 52 10.4 146909 273158 65354 intel Paragon 1 0.2 2379 3207 9632
Legend 2 0.4 5490 7373 1536
NEC Vector 10 2 47177 52669 6488 NOW - PowerPC 2 0.4 13199 22288 2456
SGI Altix 18 3.6 73669 87142 14880
SGI Origin 2 0.4 2461 4301 7168
Sun Fire 2 0.4 2118 3370 1572
Sun Fire - Intel
based 2 0.4 1812 3696 660
T3E/T3D 2 0.4 2332 4279 3692
All 500 100 % 1127481 1872406 408629
<표 6-5> Sytem Model(2004.11기준)
Count Share %
DeepComp 6800 - Quadrics 1 0.2 4193 5325 1024
Dell-Cray 1 0.2 4152 6338 1024
eServer Cluster Opteron - GigE 11 2.2 10802 25424 6276 eServer Cluster Opteron - Infiniband 1 0.2 1930 4118 936
eServer Cluster Opteron - Myrinet 4 0.8 16007 22810 5384 eServer Intel Tiger4, - Myrinet 1 0.2 1636 2662 512
Fire 15K Cluster 2 0.4 2118 3370 1572
Fire V60 Cluster, Gig Ethernet 2 0.4 1812 3696 660
Fujitsu Cluster 1 0.2 8728 12534 2048
HP BL-20P Cluster 12 2.4 18673 35533 5806
HP DL140 Cluster 6 1.2 6188 10163 1588
HP DL145 Cluster 2 0.4 3152 4506 1024
HP DL360 Cluster - Infiniband 1 0.2 1401 2130 348 HP DL360 Cluster - Myrinet 27 5.4 38831 72516 11680
HP DL380 Cluster 6 1.2 8404 14683 2622
HP DL580 Cluster 1 0.2 1206 2080 400
Integrity rx2600 Itanium2 Cluster 3 0.6 11775 15500 2624 Integrity rx4640 Itanium2 Cluster,
GigEthernet 2 0.4 3477 6989 1344
Integrity rx5670 Itanium2 Cluster,
GigEthernet 1 0.2 2556 5325 1024
Integrity Superdome 50 10 55738 73320 12220
Integrity zx6000 Itanium2 Cluster -
Myrinet 2 0.4 2236 2712 452
Itanium2 Tiger4 Cluster - Quadrics 1 0.2 19940 22938 4096
JS20 CLuster, Myrinet 3 0.6 22940 35088 4152
NovaScale5160 1 0.2 1131 1331 256
○ 대륙별 사용추이(Continents)
Constellation
ORIGIN 3000 600 MHz 1 0.2 853 1229 1024
PowerEdge 1750 - GigE 3 0.6 3488 10367 1728
PowerEdge 1750 - Infiniband 1 0.2 882 1175 192 PowerEdge 1750, Myrinet 3 0.6 15437 23910 3860
PowerEdge 1850 - GigE 1 0.2 3064 5581 872
PowerEdge 2650 - GigE 1 0.2 1503 3073 640
PowerEdge 2650 - Myrinet 1 0.2 2004 2880 600
PowerEdge 2650 - Quadrics 1 0.2 878 1229 256
PowerEdge 650, Gig Ethernet 1 0.2 1212 5753 940
PRIMEPOWER HPC2500 2 0.4 9958 21165 3776
SC Alpha-Server-Cluster 9 1.8 29085 40121 18020
SGI Altix 1.3 GHz 9 1.8 11920 13894 2672 SP Power4+, Federation 18 3.6 76945 138918 20416
SP Power4+, GigE 6 1.2 7557 23936 3520
SP Power4, Colony 16 3.2 30682 60153 11558
SP Power4, Federation 2 0.4 2768 5325 1024
SP Power4, Gig Ethernet 1 0.2 1424 2611 384
SuperDome HyperPlex 50 10 52503 92016 26064
SX5 1 0.2 1192 1280 128
SX6 8 1.6 44607 49976 6200
SX7 1 0.2 1378 1413 160
T3E1200 2 0.4 2332 4279 3692
Titan Cluster Itanium2 - Myrinet 1 0.2 7215 10259 1776 xSeries Cluster Xeon - GigE 126 25.2 221690 469782 82658 xSeries Cluster Xeon - Infiniband 1 0.2 1389 2350 384
xSeries Cluster Xeon - Myrinet 11 2.2 20534 30963 5538 xSeries Cluster Xeon - Quadrics 2 0.4 12818 18641 3460
XServe Cluster 1 0.2 12250 20240 2200
XServe Cluster, GigE 1 0.2 949 2048 256
All 500 100 % 1127481 1872406 408629
슈퍼컴퓨터 사용추이를 대륙별로 나누어보면 <그림 6-6>과 같이 요약된다. 미 국과 유럽 그리고 아시아에서 거의 사용하고 있으며, 오세아니아와 아프리카에서 는 사용하는 비중이 매우 낮다.
<그림 6-6> Continent Trend(1993-2004) 0
10 20 30 40 50 60 70
1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 (%)
Americas
Asia Europe
Oceania & Africa
○ 성능의 발전추이(Performance Development)
슈퍼컴퓨터 성능의 발전추이를 보면 <그림 6-7>에서 보는 바와 같이 1위수준 의 컴퓨터와 500위수준의 컴퓨터는 그 차이가 매우 큼을 알 수 있다. 1위인 70,720 Rmax 수준인데 비해 500위는 850.6 Rmax수준이다. 성능발전의 추세를 1950년대부터 2010년까지 변화과정을 그려보면 <그림 6-8>과 같이 나타낼 수 있다. 1.5년마다 성능이 2배정도 높아지고 있음을 알 수 있다. 이는 슈퍼컴퓨터의 성능이 가히 폭발적임을 알 수 있다.
1위 IBM/DOE
United States/2004
BlueGene/L beta-System
BlueGene/L DD2 beta-System (0.7 GHz PowerPC 440) / 32768
IBM
70720 91750
500위 SBC Service Inc
United States/2004 SuperDome 875 MHz/HyperPlex / 416
HP 850.6
1456
<그림 6-7> Performance Comparison(Top1-Top500) 0
10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000
1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 Rank 1
Rank 500
Rmax
<그림 6-8> Trend for Performance Development <출처> 한국IBM전략컴퓨팅사업부, 2004
6.2.2 슈퍼컴퓨터기술의 발전추이
○ 프로세스 아키텍쳐(Processor Architecture) 발전추이
프로세스 아키첵쳐는 Scalar, Vector 그리고 SIMD방식을 사용하는데, 최근에는 스칼라방식이 주로 활용되고 있다<그림 6-9>참조.
<그림 6-9> Processor Architecture Trend(1993-2004) 0
1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 (%)
<그림 6-10> Processor Generation Trend(1993-2004)
0
○ 아키텍쳐(Architecture) 발전추이
슈퍼컴퓨터 아키텍쳐는 2000년 이후 기준으로 볼 때 MPP방식을 줄어들고 있으 며, 주로 클러스트 방식이 점점 늘어나고 있다. 클러스트(Cluster) 컴퓨터란 2대이 상의 PC 또는 서버를 고속내부 네트워크로 연결하여 고성능, 대용량 단일시스템 으로 구축하여 작업을 수행하는 컴퓨터를 말한다(정보통신부, 2004.5).
<그림 6-11> Architecture Trend(1993-2004)
0 10 20 30 40 50 60 70 80
1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 (%)
cluster
constellations MPP
○ 칩기술(Chip Technology)
칩기술은 CMOS/off-the-shelf방식을 주로 사용하고 있으며, 성능도 매우 좋음 을 알 수 있다<그림 6-12><그림 6-13>.
<그림 6-12> Chip Technology/System
<그림 6-13> Chip Technology/Performance
그리고 TeraFlops Supercomputing Chip의 내부구조를 살펴보면 <그림 6-14>
와 같다.
<그림 6-14> TeraFlops Supercomputing Chip
6.2.3 슈퍼컴퓨터기술의 발전방향
슈퍼컴퓨터기술의 발전전개방향은 예측하기란 쉽지 않다. 다만 미국 HECRTF(The Report of the High-end computing revitalization task force)에서 제시한 내용을 토대로 요약하면 <표 6-6>과 같다. Near-term은 2005-2006년, Mid-term은 2007-2008년, Long-term은 2009-2010년 정도를 말한다.
<표 6-6> Supercomputer technical roadmap
구분 Near-Term Mid-Term Long-Term
프로세스 -10~100Tflops -petaflops -10~100petaflops
아키텍쳐 -cluster -Multi-CPU
-프로그래밍기술 -MPI(64~256) -OpenMP(16~128)
-MPI (1024 processors)
-parallel computing model <출처>HECRET, 2004.10. Federal Plan for High-End Computing.