사이버 연구·교육 융합 시스템 구축사업 소개
박 형 우
*권 석 면* 김 진* 김 지 웅* 김 남 규* 윤 희 준* 이 종 숙** 장 행 진*
목 차
1. 서 론
2. 사이버 연구·교육 융합이란?
3. 국내외 연구 현황
4. 사이버랩 구축 및 활용 현황 5. 향후 계획
1. 서 론
인터넷 및 컴퓨팅 기술의 급속한 발전은 컴퓨팅 자 원 및 실험 데이터와 연구자들이 사이버 공간에서 실 시간으로 연구·교육 융합이 가능한 온라인 협업 인프 라 구축을 가능하게 한다. 특히, 그리드 컴퓨팅과 클 라우드 컴퓨팅 기반의 연구개발 환경의 변화는 연구 개발의 융합화, 대규모화 그리고 국제화로 진화하면 서, 국가 간이나 그룹 간에 사이버 공간에서 실시간으 로 협업 연구․교육이 가능한 멀티 온라인 협업 인프 라 구축을 더욱 더 필요로 하게 된다. 이에, 미국 UIC 대학의 EVL 연구실을 중심으로 미국 과학재단(NSF) 지원 하에 관련 기술을 개발하여 글로벌 커뮤니티를 구축하고, 보급을 촉진하고 있으며, 대학이나 연구소 에선 이를 새로운 패러다임의 연구·교육 기반 융합 인프라로 시범 적용하고 있다.
국내에서는 이러한 일련의 변화를 기존의 단순 화 상회의 시스템 기반의 정보교환 수단의 연장선 상에 서 인식하고 있으나, 정부에서는 교육과학기술부를 중 심으로 정부가 추진 중인 녹색기술이나 그린컴퓨팅 구축 등 국가 융·복합 연구나 국가 현안 문제 대처를 위한 전국적 규모의 사이버 융합 연구·교육 환경 구 축을 추진 필요성을 인식하고, 2010년부터 국가 차원 의 사이버 융합 연구․교육 시스템 고도화 사업을 한 국과학기술정보연구원(KISTI)에서 추진 중이다(그림 1).
* KISTI 슈퍼컴퓨팅센터
** KISTI 슈퍼컴퓨팅센터 책인연구원(교신저자)
(그림 1) 사업 추진 체계
2. 사이버 연구·교육 융합이란?
KISTI에서 추진하는 사이버 연구·교육 융합시스템 구축사업은 다수의 전문가가 실시간으로 동시 활용 이 가능한 사이버 융합연구․교육 플랫폼을 구축하여, 국내외의 교육과 연구 활동간 연계를 강화하는 사이 버상의 체계적 협업 지원시스템을 구축하는 사업이다.
본 사업에서는 이러한 시스템을 사이버랩이라고 명명
한다. 본 사업의 주요 목표은 실시간 융합 연구․교육
용 양방향 사이버랩을 40여개의 사이트에 구축하는
것이다. 여기서 연구·교육의 사이버 융합이란 현재 기
구축 되어 있는 교육 정보화 자원과 첨단 R&D 자원
들을 하나의 단일 사이버 공간에 모으고, 동시에 이것
들을 하나의 로컬 시스템처럼 사용자들이 마음대로
(그림 2) 연구·교육 관련 자원의 사이버 융합 범위
쉽게 사용할 수 있도록 융합하는 것을 정의한다. (그 림 2)는 KISTI에서 계획하고 있는 사이버 공간 상에 서 융합 활용이 가능한 연구·교육 자원들을 나타낸다.
사이버랩은 양방향 사이버 협업 연구․교육 융합 인프라로서 실시간 고화질 영상과 대용량 데이터를 대학 및 연구소에서 협업 연구 및 공동 교육으로 활 용하는 것을 가능케 하는데, 이를 위하여 하드웨어적 으로 NTD(Networked Tiled Display) 기반 초고화질의 사이버 융합연구 및 교육 플랫폼을 구축하고, 소프트 웨어 측면에서 선진국 수준의 사이버 융합연구 및 교 육 캠퍼스 구축을 통한 글로벌화 프로그램을 지원하 고, 콘텐트 측면에서 해외 유명 대학의 강의와 국내에 유치한 해외 석학의 강의를 전국의 어느 대학에서도 수강할 수 있도록 고급인력 양성 지원 인프라 구축을 지원한다.
하드웨어 측면에서의 사이버랩의 대표적인 특징은 교육·연구의 고성능 사이버 융합을 위하여 기존의 시 스템 보다 100배 이상의 초고해상도 디스플레이 벽 (Wall), 100배 이상의 초고속 컴퓨팅 & 네트워킹 시스 템, 그리고 첨단 협업연구 및 원격 실험 제어 시스템 이다. 이를 활용하여 지원하는 사이버랩 서비스(그림 3)와 이를 위하여 구현한 사이버랩 서비스 종류와 플 랫폼 모델 (그림 4)을 나타내었다.
(그림 3) 사이버랩 지원 서비스
(그림 4) 사이버랩 구현 모델
3. 국내외 연구 현황
3.1. 해외 현황
가. EVL(Electronic Visualization Lab.) 미국 시카고 일리노이즈 대학(UIC, University of Illinois, Chicago)에 소속된 연구실로 사이버 협업 교육 시스템 구현 및 관련 기술 개발을 선도하고 있다.
2002년부터 2007년까지 미 국립 과학 재단으로부터
지원을 받고 EVL(UIC), NCSA(UIUC), 오하이오대, 미
시건대 등 7개 대학이 참여하는 사이버 융합 연구 및
교육 플랫폼 기술인 OptIPuter, SAGE 및 가시화 프로
토타입 어플리케이션을 개발하였다. 2009년부터 2012
년까지 2단계 SAGE 안정화를 위한 프로젝트를 진행
중이다. 기 수행한 연구 성과의 보급 및 이용 활성화
를 위하고 산업채로의 기술 이전을 위함이다. 주요 사
업 내용은 기 수행한 OptIPuter 프로젝트에서 개발한
고성능의 다중의 타일드 디스플레이를 활용한 초고화
질 협업 시스템인 CyberCommon 플랫폼을 활용하여
사이버 융합교육·연구 활용을 안정케하는 기술을 개
발한다. 관련하여 최근에는 CyberCommon에 3D 기능 을 추가하는 연구를 수행 중이다 (그림 5).
(그림 5) EVL의 CyberCommon 및 3D 연구
나. TACC
TACC(Texas Advanced Computing Center)는 미국 텍 사스 대학의 고성능컴퓨팅센터로서 SAGE 기술 기능 추가 및 동작 인식 기술 S/W 개발(그림6) 등을 목적 으로 연구 중에 있으며 응용과학 분야의 데이터 분석 결과를 실시간으로 가시화하여 공동 분석하기 위한 연구 시스템을 구축하고 있다. 가상 네트워크 컴퓨팅 기술을 활용하여 다수 사이트에서 동시에 결과 분석 이 가능한 사이버 융합 연구 시스템을 구축한다. 3억 화소의 해상도를 가지는 타일드 디스플레이와 고성능 컴퓨팅을 연계하여 실시간 대용량 데이터 분석 및 대 규모 데이터 가시화 연구에 활용한다.
(그림 6) TACC Stallion 및 동작인식 연구
다. CalIT2
미국 CalIT2(California Institute for Telecommuni- cations and Information Technology)에서는 2005년 HIPerWall (Highly Interactive Parallelized Display Wall) 프로젝트 시작으로 EVL과 협력하여 Vroom 시스템을 개발하고 있다. HIPerWall 은 고도로 상호 작용적이고 하드웨어 적으로 가속된 3D 표현에 초점이 맞춰져 개발되었고, 이러한 접근 방식은 EVL의 SAGE 와 완전히 호환되 었다. 따라서 2007년에 HIPerWall을 활용한 HIPerSpace (Highly Interactive Parallelized Display Space) 는 차세 대 OptIPortal 이라고 부르기도 하였다. 주요 특징으로 는 모든 클러스터 노드들을 대화형 3D 시각화를 위해 최적화 컴퓨팅을 지원하게 하였다. 응용으로는 Earth 시스템 과학 (기후, 지진), 생명공학 (두뇌 이미징, 게 놈), 응용물리와 재료과학이며, 예술, 건축, 고고학 등 사이버로 가능한 발견과 혁신 분야까지 연구를 확장하 고 있다. 최근에는 “Pixels Everywhere”를 위한 연구를 수행하고 있으며 이를 위하여 3개의 SAGE 세션, 2개 의 4K 프로젝터, 애플TV 그리고 많은 네트워크들로 구성된 Vroom(그림 7)을 구축하여 사우디아리비아의 KAUST 대학과 공동 연구에 활용하고 있다.
(그림 7) CalIT2 Vroom 및 연구 모습 3.2. 국내 현황
가. KISTI
2005년부터 글로벌 초고속 연구망(GLORIAD)과 고
성능 가시화 시스템을 기반으로 글로벌 협업 가시화
환경(Global Lambda Visualization Facility, GLVF) 구축 에 참여하고 있으며 2007년부터는 대용량 데이터 허 브 연구실을 중심으로 사이버융합연구 플랫폼 구축 기술 개발 및 시범 시스템을 구축하고 있다. 주요 연 구 내용으로는 SAGE Visualcasting 구연 및 기술고도 화 작업이며 SC(Supercomputing Conference)에서 SAGE 의 중계 서버(visualcasting)의 글로벌 테스트 파트너로 KISTI, EVL(UIC), SARA, 미시간대학 등과 같이 참가 하였다. 2010년부터는 교육과학기술부의 지원으로 연 구와 교육 환경을 융합하기위한 사이버랩(그림 8) 구 축 사업을 수행하고 있다.
(그림 8) KISTI 사이버 랩 구축 모습
나. KAIST
KAIST 문화기술연구소에서는 국민의 문화 수준을 세계적 수준으로 고도화하기 위하여 첨단의 정보 통 신 기술과 문화 기술의 융합연구를 수행 중에 있다.
주요 연구 내용으로는 초고속 네트워크와 협업 연구 장비를 통한 국내외 문화 콘텐츠의 상호 교환 및 공 유를 위한 원격 문화 실감 인프라 구축 기술, 정보 기 술과 문화 기술의 융합을 기반으로 한 새로운 형태의 디지털 전시, 가상체험, 원격 실감 교육 등을 제공하 기 위한 원격 실감 교육 인프라 구축 기술, 그리고 대 형 공연장에 초고속 네트워크와 협업 연구 플랫폼을 구축하여, 쌍방향 공연, 원격 쇼 컨트롤, 사이버 공연 등 원격 실감 공연의 새로운 장르개발 및 시연 기술 등을 연구하고 교육한다 (그림 9).
(그림 9) KAIST 연구실 모습
다. 광주과기원
광주과기원에서는 상대적으로 저해상도의 디스플레 이들을 다중으로 연결한 고해상도의 디스플레이(Smart Wall)을 중심으로 고품질 영상과 음성 작업화면 등을 공유하면서 토론할 수 있는 원격 협업 연구를 수행한 다(그림 10). 스마트 월을 이용하여 다자간 원격 교육 교육이나 원격회의 뿐만 아니라 의료 분야, 설계 분야 와 같은 세밀한 협업이 요구되는 환경까지 연구를 확 장하고 있다. 국내 공동연구는 KISTI, 경희대, 홍익대, KT미래기술연구소, 국제 공동연구는 미국 시카고 일 리노이즈 대학의 EVL, 아르곤 국립연구소와 수행하고 있다.
(그림 10) 광주과기원 연구실 모습
(그림 11) 교육용 K-CyberCommon 모델 (그림 12) 원격형 공동 연구 서비스 모델
(그림 13) 토론형 공동 연구 서비스 모델 (그림 14) 반응형 공동 연구 서비스 모델
4. 사이버랩 구축 및 활용 현황
4.1. 주요 시스템 소개
가. 사이버랩 플랫폼 시스템
사이버 연구․교육 융합을 위한 사이버랩 시스템 구축사업은 단계별로 구축하며 1단계 사업 기간 (‘10
~'12)에서는 국가 차원의 사이버랩 선도 시범 인프라 구축을 위하여 상대적으로 사이버랩 수요가 높은 교 육 분야에 최적화된 그리고 사이버랩 활용에 중점을 둔 시스템 모델을 개발하였다. 개발 모델은 K-Cyber Common으로 명명하였다(그림 11).
본 모델은 46인치 M-LCD 18대를 이용한 대형 멀 티디스플레이 시스템을 구축하며 다자간 협업연구환
경을 구축하여 동시에 25개소 이상 HD(1080p)급을 지 원한다. 10배 이상의 광학 줌 및 1920×1080 해상도의 강사, 학생용 카메라를 사용하고 전자 판서 시스템을 지원한다. 그리고 다자간 공동연구를 위한 멀티 콘텐 츠 공유제어 시스템은 연구 중심 사이버랩에만 제공한 다. 현재 KISTI는 원격형 공동연구(그림 12), 토론형 공동연구(그림 13), 그리고 반응형 공동연구 등 서비 스 모델(그림 14) 개발을 통해 K-CyberCommon을 향 상시키려는 노력을 하고 있다.
나. 네트워크 인프라 시스템
전국 규모의 사이버랩 시범 인프라를 구축하기위하
여 120Gbps급 과학기술연구망(KREONET)을 기반으로
국내 15여개 네트워크 지역센터와의 연계를 통해 각
(그림 15) 사이버랩 네트워크 구조
참여 대학의 연구실까지 1~10Gbps급 사이버랩 전용 네트워크를 구축하여 지원하고 있다(그림 15).
4.2. 사이버랩 사이트 선정 현황
사이버랩 사이트 선정은 연구재단에서 공모로 직접 선정하면, KISTI는 이들 기관과 협력하여 사이버 연 구·교육 융합 시스템을 구축한다. 1차년도(2010년도) 선정기관은 글로벌공학센터 구축사업 참여기관 중심 의 콘서시엄이 선정되었으며 참여기관으로는 서울대, 부산대, 경북대, 전남대, 전북대, 충남대, 강원대로 7개 기관이다. 2차년도(2011년도)에는 한국과학기술원, 광 주과학기술원, 포항공과대학교, 고려대학교, 서울시립 보라매병원, 동남권원자력의학원으로 6개 기관이다. 3 차년도(2012년도)에는 서울대 병원과 충북대 병원이 선정되었다(그림 16).
(그림 16) 사이버랩 구축 현황
4.3. 사이버랩 활용 현황
사이버랩 활용은 선정기관 15개 기관이 크게 교육 성격이 강한 11개 기관과 연구 성격이 강한 4개 기관 으로 구성되어 있어서 전체적인 활용 빈도 및 참여자 수 현황은 다음 (그림 17) (그림 18)과 같다.
그리고 정규강의를 개설 및 참여한 기관과 수강생 수는 (표 1)과 같다. (그림 19)는 참여기관과 정규 강 의 강좌수와의 관계를 나타낸다. 아직은 기관들 사이 의 참여도 차이가 크다는 것을 알 수 있으며 이는 사 업 초기여서 일부 기관이 상대적으로 콘텐트가 부족 한 것으로 조사되었다. (그림 20)은 사이버랩을 이용 한 정규 강의모습을 나타내었다.
연구, 31
정규강의, 177 특강, 57
회의, 11
(그림 17) 분야별 활용 빈도 현황
연구, 730
정규강의, 9866 특강, 3977
회의, 1018
(그림 18) 분야별 참여자수 현황
학기 ‘10년
2학기
‘11년 1학기
‘11년 2학기
‘12년 1학기
강좌수 4 9 9 5
수강생수 160 749 644 465
(표 1) 학기별 정규 강의 개설 및 참여 학생 수 현황
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
0 ~ 5개강좌 6 ~ 10개 강좌
11 ~ 15개강좌
16 ~ 20개 강좌
21 ~ 25개 강좌
(그림 19) 정규강의 규모별 참여기관수 현황
(그림 20) 글로벌 공학 리더쉽 강의 모습
상대적으로 기관수가 작은, 연구 성격이 강한 4개 기 관 중심의 연구 활동은 연구 실험별 참여 기관수가 3개 기관인 경우가 대부분인데(그림 21), 이는 이들 4개 기 관들이 의과학 분야이어서 공대 중심의 교육 성격이 강 한 11개 기관과 협력이 쉽지 않은 것으로 보인다. (그림 22)는 의과학 분야의 연구 모습을 보여주고 있다.
2개기관, 2
3개 기관, 9
(그림 21) 참여 기관수별 실험 횟수 현황
(그림 22) 의과학 분야 사이버랩 활용 사례
(그림 23)과 (그림 24)는 정규 강의관련 참석자 현 황과 참석 기관 현황을 나타내는 그래프이다. 20명과 80명사이의 참석자가 주를 이루고 있으며 3개에서 5 개 기관이 모여서 강좌를 공동으로 개설하는 것을 알 수 있다.
0 1 2 3 4 5 6 7
~20명 ~ 40명 ~ 60명 ~ 80명 ~100명 ~120명 ~140명 ~160명 ~180명 180명 ~
(그림 23) 참여자 규모별 강의 횟수 현황
0 1 2 3 4 5 6 7 8
1개기관 2개기관 3개기관 4개기관 5개기관 6개기관
(그림 24) 참여 기관수 별 강의 횟수 현황
1개기관, 26
2개기관, 6 3개기관, 8 4개기관, 4
5개기관, 6
6개기관, 3 7개기관, 1
(그림 25) 참여 기관수별 세미나 횟수 현황
국내, 42 국제, 15
(그림 26) 국내와 국제 세미나 개최 건수 비교
0 5 10 15 20 25
(그림 27) 참여자 규모별 세미나 개최 건수 현황
0 1 2 3 4 5 6 7 8
~20명 ~40명 ~60명 ~80명 ~100명 ~120명 ~140명 ~160명 ~180명 180명 ~
