전산 나노 기술 동향 분석 보고서

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ISBN 978-89-6211-567-3

전산 나노 기술 동향 분석 보고서

이종숙, 김규진, 조금원

Purdue University

Northwestern University

Norfolk State University

University of California, Berkeley 및 에너지 부 분자 재단(The Department of Energy

Molecular Foundry) Urbana-Champaign의 일리노이 대학

EI Paso의 텍사스 대학

Gerhard Klimeck, Director

[email protected]

George B. Adams III, 차관

[email protected]

Michael J. McLennan, nanoHUB.org 기술 이사

[email protected]

Mark S. Lundstrom, 집행 위원회 회장

[email protected]

제 7차 연례 보고서 제 1권

2010년 10월

iii 프로젝트 개요 전산 나노기술 네트워크(NCN)는 NSF 인프라구조 및 연구 네트워크이다. 2002년 설립된 NCN은 2008-2009년도 NSF 기금 $3.6M과, Purdue University의 비용 분담으로 $1.0M의 자금 지원을 받는 총 $3.8M 규모의 연합 연구 프로젝트이다. NCN은 66명의 교수진 및 박사 후 과정, 17명의 직원 및 100명의 학생들이 직접 참여하고 있다. 우리의 임무는 nanoHUB.org에 통합되며 연구, 교육, 교류활동 및 커뮤니티 형성 및 성장을 개척함으로써 추진한다. 비전은 다양한 커뮤니티를 발전시켜 새로운 형식의 발견, 혁신, 학습 및 참여를 격려하는 최첨단 사이버인프라구조를 통해 연구 및 교육 자료를 공유하는 것으로, 실험적인 연구 및 교육과 긴밀히 연관된 혁신 이론, 모델링 및 시뮬레이션을 통해 나노과학의 나노기술로의 전환을 가속화 시키는 것이다. 우리는 i) 나노과학 및 나노기술의 주요 과제를 해결하고, ii) 개방형 소스의 소프트웨어를 개발하며 iii) 독자적인 교육 자료를 구축하고, iv) 실천가, 교육자 및 교수진의 참여를 유도하며 v) 차세대 과학자 및 엔지니어에게 동기를 부여하고, 교육을 실시하며 v) 사이버 커뮤니티를 창조하고자 한다. 보다 큰 영향: nanoHUB.org는 140가지의 시뮬레이션 툴, 12개월의 올해 보고 연도 기간에 추가된 54가지(38%)를 구현하는 바, 사용자의 웹 브라우저에서 실행되고 국가 고성능 전산 자료를 열람할 수 있다. 툴 매뉴얼, 학습 모듈, 튜토리얼 및 강좌와 같은 1432가지 교육 자료를 자유롭게 자습에 활용할 수 있도록 올해 새로 547가지(62%)를 제공함에 따라 기존 강좌를 보완하고 새로운 차원의 교육 모델로 기능한다. nanoHUB 사용자 커뮤니티는 올해 92,204로 증가하였으며, 이는 전년대비 47% 상승한 것이다. 또한 기여 활동 커뮤니티는 619로 26%증가하였다. 과거, nanoHUB는 전세계 42개 대학의 78개 대학원 및 학부 수업에 활용되었다. 우리는 nanoHUB.org 및 그 콘텐츠를 인용한 학교 자료에서 430건 이상의 논문을 확인하였고 이는 작년에 확인된 261건의 논문과 비교하여 169건이 증가한 것이다.

iv NCN 담당자, 자문 위원회 및 산업 구성원 목록 Purdue University

Gerhard Klimeck, Director, Professor of Electrical and Computer Engineering George B. Adams III, Deputy Director

Mark Lundstrom, Chairman of the Executive Committee, Scifres Distinguished Professor of Electrical and Computer Engineering

Alejandro Strachan, NCN@Purdue Faculty Lead, Assistant Professor of Materials Engineering Joseph Cychosz, NCN@Purdue Site Lead

Benjamin P. Haley, NCN@Purdue Site Lead Alicia Goodman, Administrative Assistant Vicki Johnson, Administrative Assistant Cheryl Haines, Secretary

M. Ashraf Alam, Professor of Electrical and Computer Engineering Diane Beaudoin, Director of Assessment, College of Engineering Sean P. Brophy, Assistant Professor of Engineering Education

Jason Clark, Assistant Professor of Mechanical and Electrical and Computer Engineering Supriyo Datta, Thomas Duncan Distinguished Professor of Electrical and Computer Engineering David Ebert, Professor of Electrical and Computer Engineering

Edwin Garcia, Assistant Professor of Engineering

Richard L. Kennell, Senior Software Engineer, Rosen Center for Advanced Computing Marisol Koslowski, Assistant Professor of Mechanical Engineering

Matthieu Luisier, Research Assistant Professor of Electrical and Computer Engineering Michael McLennan, Senior Research Scientist, Rosen Center for Advanced Computing Minghao Qi, Assistant Professor of Electrical and Computer Engineering

David Radcliffe, Epistemology Professor of Engineering Education Arvind Raman, Associate Professor of Mechanical Engineering

Kaushik Roy, Roscoe H. George Professor of Electrical and Computer Engineering Jean Michel Sellier, Post-Doctoral Researcher, Electrical and Computer Engineering Norfolk State University

Suely M. Black, NCN@NSU Faculty Lead, Professor of Chemistry

Vladimir Gavrilenko, NCN@NSU Site Lead, Associate Research Professor of Physics Mikhail A. Noginov, Professor of Physics

Natalia Noginova, Associate Professor of Physics Northwestern University

Tamar Seideman, NCN@NW Faculty Lead, Professor of Chemistry and Physics Baudillio Tejerina, NCN@NW Site Lead

Noshir Contractor, Jane S. & William J. White Professor of Behavioral Sciences Seng- Tiong Ho, Professor of Electrical and Computer Engineering

Mark Ratner, Dumas University Professor, Department of Chemistry George Schatz, Morrison Professor of Chemistry

Tomekia Simeon, Post-Doctoral Researcher University of California Berkeley 및 분자 재단

Jeff Grossman, NCN@UCB Faculty Lead, Executive Director, Center of Integrated Nanomechanical Systems Jeff Neaton, NCN@MF Scientist Lead, Acting Lead Scientist, Theory of Nanostructured Materials Facility Carolyn Bertozzi, Post-Doctoral Researcher

Joydeep Bhattacharjee, Post-Doctoral Researcher Steven Louie, Post-Doctoral Researcher

Arun Majumdar, Almy & Agnes Maynard Chair Professor, Mechanical Engineering David Prendergast, Post-Doctoral Researcher

P. James Schuck, Post-Doctoral Researcher Varadharajan Srinivasan, Post-Doctoral Researcher Lucas Wagner, Post-Doctoral Researcher

v Urbana-Champaign의 일리노이 대학

Umberto Ravaioli, NCN@UIUC Faculty Lead, Professor of Electrical and Computer Engineering Nahil Sobh, NCN@UIUC Site Lead

Eric Jakobsson, Professor, Department of Molecular and Integrative Physiology, and of Biochemistry EI Paso의 텍사스 대학

Gregory B. Lush, NCN@UTEPFacultyLead, Assistant Professor of Electrical and Computer Engineering 외부 자문 위원회(EAB)

Dr. Mark Hybertsen, Chair, Senior Research Scientist, Brookhaven National Labs Prof. Sharon Glotzer, University of Michigan

Dr. Steven J. Hillenius, Semiconductor Research Corporation

Prof. Robert P. H. Chang, Dept. of Materials Science and Engineering, Northwestern University Prof. Peter T. Cummings, John R. Hall Professor, Chemical Engineering, Vanderbilt University Prof. Mark Shephard, Low Center for Industrial Innovation, Rensselaer Polytechnic Institute Prof. Mark Tuominen, Hasbrouck Laboratory, University of Massachusetts Amherst 학습 자문 위원회

James W. Pellegrino, Chair, Distinguished Professor of Psychology and Education, University of Illinois at Chicago

Robert P. H. Chang, Professor, Materials Science and Engineering, Northwestern University Gregory Light, Director, Searle Center for Teaching Excellence, Northwestern University

Krishna P. C. Madhavan, Assistant Professor, School of Computing and Department of Engineering and Science Education, Clemson University

NCN 집행 위원회

구성: EAB 의장, 책임 교수 대표, 및 NCN 기술 책임

Mark Lundstrom, Chairman of the Executive Committee, Purdue University Mark Hybertsen, Brookhaven National Labs

Tamar Seideman, Northwestern University Umberto Ravaioli, University of Illinois Alejandro Strachan, Purdue University Gregory B. Lush, El Paso의 텍사스 대학 Suely Black, Norfolk State University

Jeff Grossman, University of California, Berkeley

Michael McLennan, nanoHUB Director NCN, Purdue University Gerhard Klimeck, Director NCN, Purdue University

George B. Adams III, Deputy Director NCN, Purdue University Jeff Neaton, The Molecular Foundry

리더쉽 팀

Director: Gerhard Klimeck

Deputy Director and Associate Director for Programs: George B. Adams III Chairman of the Executive Committee: Mark S. Lundstrom

nanoHUB.org Technical Director: Michael J. McLennan Director of Education: David Radcliffe

Director of Assessment: Diane Beaudoin 산업 협력업체

Semiconductor Research Corp., Steven Hillenius Intel, George Bourianoff IBM

3  시뮬레이션 및 새로운 지식의 힘을 활용한 독자적인 자료를 구축하여 nanoHUB.org에 전개  연구원과 교육자를 광범위하게 참여시켜 시뮬레이션의 영향을 확대하고 나노과학의 나노기술로의 변환을 가속화 과학 주제 별로 개발한 자료를 전달하고, 작업을 활성화하며 보다 폭넓은 커뮤니티의 참여를 유도하기 위해 NCN은 박사 후 과정 학생, 연구 과학자 및 소프트웨어 전문가가 과학 게이트웨이인 nanoHUB.org를 개발, 전개 및 지원하도록 적극 후원한다. 올해 NCN은 이론주의자의 연합 팀, 모델학자, 및 실천가의 4분야에서 시뮬레이션 중심의 연구를 초기화하여 차세대 시뮬레이션 툴을 개발하고자 하였다. 마지막으로, NCN은 다음에 대한 크로스커팅 프로그램을 지원한다. i) 교육(기술, 교육학 및 평가), ii) 소프트웨어 기술, 고성능 전산 및 교육, iii) 다양성, 전문적 확대 및 교육 및 iv) 특수 전략을 위한 기회의 기금.

운영 측면에서, NCN의 세 가지 요소는 NCN@University, nanoHUB.org, 및 HUBzero가 있다. 첫 번째 요소인 NCN@University는 NCN의 일부인 대학간 네트워크를 통해 나노과학 연구의 전략적 협력을 체결하는 접근 활동이다. 각 NCN 대학에는 책임 교수 및 사이트 책임 직원이 있다. 책임 교수 및 사이트 책임자는 자체 인력이 밀접하게 연계되는 효과적인 팀과 함께 NCN 네트워크에 따른 대학의 센터 중심 프로젝트를 구성한다. 책임 교수는 사이트에서 NCN과 각 전임 교수진 혹은 프로젝트 동료간 밀접성을 제공한다. 사이트 책임 직원은 사이트와 NCN의 지속적인 연결고리로 기능한다. 사이트 책임자는 NCN 자료에 대한 지역의 광범위 사용을 촉진하고, 피드백을 수집 및 전달하며 나노기술 연구 커뮤니티와의 공유를 위해 협력자로부터 확실한 정보를 파악하고 NCN이 NNI의 지원하에 나노기술 커뮤니티와 공유할 수 있도록 그러한 연구 협력커뮤니티의 풍부한 콘텐츠를 제공한다. NCN 네트워크의 각 NCN@Universitynode는 NCN 차원의 확대 및 다각적 활동을 위한 핵심 포인트로 작용하는 동시에 자체 외부 연구 협력자를 확대 참여시킴으로써 NCN의 직접적인 범위를 즉각적인 네트워크 범위 이외로 확대하고 있다. 이러한 다양한 형태의 참여는 NCN의 새로운 나노과학 지식의 근원이다. nanoHUB.org는 나노기술 커뮤니티에서 언제 어디서나 볼 수 있다. NanoHUB를 통해 작가들은 자신의 아이디어와 결과를 커뮤니티와 공유할 수 있고, 독자적으로 연구의 시뮬레이션 툴을 공유할 수 있다. 전문가와 학생의 nanoHUB 팀은 nanoHUB.org에 호스트된 콘텐츠를 검색하고, 개발하며 전개하는 동시에 사이트 운영을 담당한다. nanoHUB.org의 운영시간은 99.6%를 초과하며 연간 다운 타임은 36시간도 안 된다. NCN의 세 번째 요소는 HUBzero이다. HUBzero.org는 우리의 사이버인프라구조 개발 활동으로 사이버인프라구조가 달성할 수 있는 사례로 자주 인용된다(현재 과학 문헌에는 68건의 nanoHUB 사이버인프라구조 측면에 관한 인용문이 있다). 우리는 HUB zero를 거의 모든 학술 원리에 초점을 둔 가상의 커뮤니티를 지원할 수 있는 상용 소프트웨어 플랫폼으로 설계하였다. 이 설계는 NCN 사이버인프라구조가 나노기술 커뮤니티를 지원하고 연구분야에서 전체적으로 NSF 투자를 촉진함으로써 가치를 추가한다는 요건에 부합한다.

5  시뮬레이션 중심 연구의 투자 NCN 과학 주제:  나노전자공학의 리더쉽  나노 의료 및 생물학의 NEMS 및 나노 장치 개발  새로운 연구 주제: 나노광기술 연구 주안점:  인공 이온 채널은 항생 물질로 유망하다.  나노구조 태양 전지의 전하 분리를 위한 부분 응력  고성능 컴퓨터의 리더쉽  교육 및 기관 방식의 전문적 리더쉽 연구  나노기술의 커뮤니티 구축  과학 공학 연구로 추진 시뮬레이션 장벽을 낮추기:  상호 활동적인 시뮬레이션  교육 연구에서 이중 사용  애플리케이션 사용자에게 즉각적이고 종단간의 전산  툴을 갖춘 커리큘럼 교육 및 인력 개발:  나노교육 커리큘럼 개발 기여 개척  새로운 박사 프로그램 지원  하절기 대학원 연구 활동  NCN 학생 리더쉽 위원회  NCN@NSU에서의 미래 기술 컨퍼런스 보급 및 참여:  나노기술의 핵심 자료로서 nanoHUB의 성장  글로벌 입지  광범위한 미국의 입지  미국 연구 대학에서의 입지  nanoHUB 사용자 커뮤니티의 다각화  산업과의 긴밀한 협조 구축 신규 소프트웨어 개발:  과학적 소프트웨어 전개 가속화  시뮬레이션 툴 파이프라인 사이버인프라구조 개발:  독립적인 nanoHUB.org  HUB zero 소프트웨어

 Purdue 캠퍼스 조직으로서의 HUB zero

 Purdue 이외의 HUB zero

평가 및 가상 조직의 리더쉽:

8  교육의 nanoHUB 활용. nanoHUB는 교실의 시뮬레이션의 이용 장벽을 낮추었다. 대규모 검증은 NCN@Northwestern에서 2년전 시작되었고 수백 명의 신입 화학 학생들이 nanoHUB를 토대로 양자 화학을 학습하였다. 2008-09 학술 년도에 우리는 42개 기관에서 nanoHUB.org를 사용한 78개 과정을 확인하였다. 과학 문헌에서 교육 분야 nanoHUB 활용을 토대로 한 상당한 인용 건수를 확인하기도 하였다(37건, 총 9%를 차지). nanoHUB는 나노과학 연구에 관한 조사에 영향을 준다. Northwestern의 모든 신입생 화학 학생들(약 800명)은 프로젝트에서 nanoHUB 공구 QC-Lab, Nanosphere Optics Lab, 및 INDOICNDO를 사용하였다. 이들 프로젝트는

10 그 과정에서 전세계 학생 및 교수를 참여시켰다. 전략적 제휴, 워크숍 및 튜토리얼 프로그램은 나노 전자공학에서 NCN 나노전자의 국제적 입지를 확보하였다. 팀은 CMOS 이외 전자학 탐사를 위한 국가적 프로젝트인 NSF 및 산업 기금의 나노전자 연구 전략의 주요 요소이다. Lundstrom은 NRIIINDEX 이론 활동을 주도하고 있다. 올해, NRI 프로그램은 노틀담 대학이 주도하는 나노전자 탐구의 중동 연구소(MIND) 창설로 확대되었다. 나노전자 장치의 모델링 및 시뮬레이션은 핵심적인 중심 분야로 OMEN/NEMO 개발의 일부로 Klimeck가 주도하는 연구 활동이다.  나노 의료 및 생물학의 NEMS 및 나노 장치 개발 NCN의 의료 및 생물학 부문의 나노 장치가 구축되어 확대되었고 방법 및 툴은 초창기 생물학 시스템의 이온 채널의 기본적 문제를 해결하기 위한 반도체 장비를 위해 개발되었다. 과거에 이러한 주제를 통해 생체모방공학, 장치, BioMOCA의 강력한 장치 공학 CAD 툴을 개발하게 되었다. 나노와이어 센서의 탐구 활동으로 현재 실험 분석 시 널리 활용되는 이론적 프레임워크를 개발하게 되었다. 분석을 위한 툴이 nanoHUB.org에 적용된 것이다. 이러한 주제는

Purdue의 . Alam, D. Bergstrom, A. Raman, D. Janes, 및 A. Ivanisevic 및 UIUC(이전에는 Purdue)의 R. Bashir 및 일리노이 대학의 생체모방 공학 나노반도체의 NIH 국립 센터와의 제휴로 실행한다. Northwestern의 G. Schatz 연구는 화학 측면에서 이온 채널 분야 생체모방 연구와 관련된다. Purdue의 바이오 센서에 관한 M. Alam 연구를 통해 이 주제는 나노 전자공학과 연관된다. 여전이 새로운 분야는 극소수이나, 산업 연계는 이미 나노믹스 및 나노시스와 함께 구축되었다. 상기 영상은 nanoHUB tool BioSensorLab에서 촬영한 것으로 바이오센서의 성능 매개변수를 평가 및 예측한다.

NEMS 팀은 현재 제기되고 있는 실험 문제를 해결할 수 있는 전산 툴 세트를 개발하였다. UC Berkeley의 통합 나노전자기계 시스템(COINS)의 센터와 전략적으로 제휴 함으로써 NEMS 주제는 그러한 활동을 안내할 주요 실험 파트너를 확보하였다. 2년전,

Prof. Jayathi Murthy가 지도한 NCN NEMS 회원에게는 신뢰성, 통합성 및

마이크로시스템의 생존성 세터인 PRISM이라고 하는 주요 프로젝트(5년간 $21M )를 부여하였다. PRISM은 시스템 시뮬레이션의 원자에 주안점을 두도록 설계되었고 NCN에 고성능 MEMS 모델링을 위한 주요 원동력을 제공한다.

Purdue University의 기계 공학부 Arvind Raman의 연구는

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대부분의 nanoHUB 시뮬레이션은 즉각적으로 시작되고 1분의 실행 시간 내에 결과를 반환하므로 “즉각적인” 전산이다. 그러한 신속한 시뮬레이션은 전산 노드 당 500개의 활성 툴 세션을 처리할 수 있는 가상 기기 내 로컬 nanoHUB 클러스터에서 수행된다. 보다 전산적으로 집중적인 실행은 지역의 nanoHUB 백엔드 또는 TeraGrid 또는 Open Science Grid와 같은 국가 전산 자료에 배포되었다. "즉각”적으로 평행 전산 자료를 액세스하기 위한 방법을 연구 중이다. • 툴을 갖춘 커리큘럼 작년, NCN@ Berkeley는 툴 세트가 단일 nanoHUB 애플리케이션에 통합되어 Berkeley에서 교육하는 나노 강좌에서 원스톱 쇼핑을 형성함을 검증하였다. 올해 우리는 툴을 갖춘 커리큘럼을 추가로 구축함에 따라 다양한 사용자의 피드백에 응답하였다. 특히, 교사 및 학생에게 모든 툴을 한 개 툴로 통합한 단일 전산 자료가 있다는 것을 전제로, 온라인 시뮬레이션으로 바로 확대 참여할 수 있는 기존 수업에 주안점을 두었다. ABACUS는 반도체 기기 기초 정보에 대한 교육 및 학습을 위해 그러한 사용자 커뮤니티에 서비스를 제공한다. 숙제 및 프로젝트 과제는 지속적으로 개선중인 해당 활성 문서 위키 페이지에서 이용 가능하다. 자체 위키 페이지와 통합한 ABACUS는 교수진과 학생을 위한 또 다른 원 스톱 쇼핑을 제공한다. ABACUS는 7개월도 안되어 사용자가 660명을 넘었다. 현재에는 nanoHUB에 적용된 그러한 커리큘럼이 5가지이다. 교육 및 인력 개발:  나노교육 커리큘럼 개발 기여 개척 NCN은 또한 대학원생과 학부생 교육의 새로운 접근 방식을 위한 야심찬 교육 전략을 정의하였다. NanoHUB는 이제 17가지 나노기술 강좌를 호스트하고 있다. NCN의 핵심은 나노기술의 시뮬레이션이나, 온라인 교육은 중요한 보완점을 제공한다. 그러나 nanoHUB 활성 교육을 완전히 실현하기 위해서는 다른 전략과의 협력이 필수적이다. 이러한 활동의 범위와 영향은 단일 혹은 소수의 조사자 프로젝트에서 가능한 수준을 훨씬 뛰어 넘는다.  새로운 박사 프로그램 지원

16 교수진은 매우 다양하다. NanoHU와 협력함에 따라 새로운 NSU 프로그램에 부합하는 콘텐츠를 생성하게 되었다.  하절기 대학원 연구 활동 처음 5년 간 NCN @Purdue는 나노전자 및 전산(INAC)의 NASA 후원 기관과 협력을 통해 여름 학부 연구소를 개설하였다. 이 프로그램에 참여한 66명의 학생 중 57명은 학사 학위를 수료하였고 최소 28명이 이후 대학원에 진학하였다. INAC가 종료되면서 NCN은 NCN 대학 네트워크 차원의 학부생을 참여시키는데 주안점을 둔 여름 프로그램을 재정비하였다.

Purdue University의 여름 학부 연구 모임(SURF) 프로그램의 공학 대학과 협력하여 NCN은 2008년 5월 19일부터 2008년 8월 1일까지 15명의 학생을 Purdue에 참여시켰다. 이들 학생에게 Rappture 및 세미나와 튜토리얼과 같은 콘텐츠를 nanoHUB에 기여하도록 하는 방안을 교육하였다.

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학생들은 http://nanohour. beckman.illinois.edu/N anohour에서 자신의 웹 페이지를 관리한다. Purdue의 중대 사건에 따라 과거 3학기 동안 두 개의 워크숍과 3건의 연회를 개최하였다. 워크숍은 자신의 연구 주제를 가지고 학생이 연설하는 것이다. 연회의 경우 각 행사마다 몇 명의 연설자를 초빙하여 “학술 및 산업의 직업”, 2) “연구 데이터 보존” 및 3) “박사 학위를 받는 방법” 등에 관한 의견을 공유하는 것이다. 이 세번째이자 가장 최근의 사건은 “왜 박사 학위를 취득하는가”, “올바른 논문 주제 선정 방법”, “박사 이후 취업 준비 방법”, 및 “연구 외에 박사 학생이 해야 할 임무” 등에 관한 토론이 해당된다.

5월, Purdue SLC는 Argonne National Lab을 방문할 예정이다. Purdue Chapter는

https://nanohub.org/topics/NCNPurdueStudents/

에서 위키 페이지를 관리하고 있다.

 NCN@NSU 에서의 Future- Tech 컨퍼런스 2008년 8월, Norfolk State University는

연간 미래 기술 컨퍼런스를

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1970년, 고등 교육의 카네기 위원회는 기관 비교를 위한 프레임워크로 기능할 분류 시스템을 개발하였다. 상기 수치에 설명된 nanoHUB 이용에 해당하는 박사 학위 수여 기관(RU/VH, RU/H, 및 DRU) 내에서는 세 가지로 분류하고 있다. 99%의 RUNH 학교와

20 자체 파악 및 IP주소 매핑을 통해 또한 소수 서비스 기관의 이용도를 조사해 볼 수 있다. 역사적으로 흑인 단과대학 및 종합대학(HBCU) 90개 학교 및 215개의 스페인계 서비스 기관을 포함하여 http://www.ed.gov/about/offices/list/ocr/edliteminorityinst.html에서 미국 교육부가 등록한 449개 소수 기관의 경우, 각각 13%, 28%, 및 20%의 비율로 누적 nanoHUB 이용을 평가하고 있다. 작년, 이러한 기관의 사용자는 9%, 19%, 및 14%였다. 현재 이들 기관의 입지를 평가할 수 있다는 점에서 이들 학교의 nanoHUB 입지와 영향을 증가하기 위한 방안을 수립할 수 있다.  산업과의 긴밀한 협조 구축 NCN은 전자 장비 시뮬레이션의 무게 중심으로서 미국 전자 산업에서 그 존재를 확인시켰다. 반도체 연구 기업(SRC), 마이크로전자 첨단 연구 기업(MARCO) 및 나노전자 연구 전략(NRI)의 세 개 산업 컨소시엄은 NCN 인프라구조를 활용하고 대학 중심의 연구 프로그램을 지원하여 회원 기업으로의 기술 이전을 촉진하며 소프트웨어의 상품화를 증진하기 위한 계획을 수립하였다. 구체적으로는, MIT가 주도하고 MARCO가 후원하는 재료, 구조 및 장치(MSD) 센터와 NRI 후원 센터인 INDEX 및 MIND는 모델링 및 시뮬레이션 중심에 NCN을 배치하고 있다. IBM, Intel, AMD, 및 HP는 NCN에 컴퓨터 하드웨어를 지원하였다. 나노의료 팀의 장비는 신흥 기업과의 결속력을 다지고 보다 큰 체계적인 기업과 협력하고 있다. 우리에 등록된 사용자 가운데 약 420명(6%)은 nanoHUB 계정 등록 시 스스로를 산업의 일꾼으로 밝혔다. 산업 중심의 연구원과의 컨퍼런스 협력을 통한 일화적인 정보는 그러한 수많은 사용자는 자신의 기업이 사이트 이용에 관해 인지하고 있는지를 우려하는 마음에서 등록 시 스스로를 산업의 역군이라 표현하지는 않는다. 수많은 사람들이 사업주의 도메인 명칭이 아닌 상용 인터넷 서비스 제공업체로부터 그 기원을 가진다는 점에서 가정에서 nanoHUB를 사용하고 있다. 우리의 사용자 조사에 따르면 보다 확고한 발판을 토대로 이러한 일화적 지식을 해석하는바, 사용자의 약 10%가 산업에 종사한다. 이를 90,000명의 전체 사용자로 계산하면 실제 산업 사용자는 약 9,000명에 달한다고 추정된다. 신규 소프트웨어 개발:  과학적 소프트웨어 전개 가속화 2005년 6월 NCN은 과학적인 시뮬레이션 패키지의 개발과 확고한 전개를 촉진하고자 새로운 개방형 툴 키트인 Rappture 1.0을 출시하였다. Matlab, CIC++, Fortran, Python, Perl, Tel, 및 Ruby 등 다양한 프로그래밍 언어의 라이브러리로 기능하도록 설계된 Rappture는 시뮬레이션 프로그램의 입출력 설명으로 자동으로 그래픽 사용자 인터페이스를 생성한다. Rappture는 nanoHUB의 소프트웨어 전개를 위한 주요 장치가 되었다. NCN 네트워크 전체 학생들은 Rapptur를 사용하여 nanoHUB 용도의 시뮬레이션 애플리케이션을 구현한다. nanoHUB에서의 시뮬레이션 이용은 4년도 채 안되어 사용자가 7,100명에 달하며 7배 성장하였으며 이러한 증가는 Rappture에서 가능한 편리한 인터페이스로 기여하도록 한다. Rappture 이전, nanoHUB 사용자의 상당 부분이 자체 컴퓨터에서 소프트웨어를 다운로드하여 설치하였다. Rappture화된 애플리케이션 도입 이후 소프트웨어 다운로드 횟수는 거의 사라졌다.

22 OCI-0721680의 추가 후원을 통해 우리는 다른 과학적 원리에 대한 “허브”를 구축하는데 재활용될 수 있는 내제된 인프라구조를 탐구하게 되었다. 우리의 “허브” 개념은 분명 기존 포털 사이트를 넘어 과학적인 협력 세대의 새로운 파라다임이다. 우리는 우리의 인프라구조를 HUBzero라 지칭한다. 지난 1.5년간, 우리는 HUBzero를 활용하여 8개 허브를 전개하였다. 이들 허브 가운데 세 가지는 공학 가상 기구(EVO) 부문에서 2007년 수여된 14개 NSF 어워드 그룹에 속한다. 이들 각 어워드는 HUB zero 인프라구조를 강화함으로써 작업 인프라구조와의 실행을 통해 시작하고 해당 과학 분야와 관련하여 커뮤니티를 개발하는 기금 및 활동에 주력할 수 있었다.

 Purdue 캠퍼스 조직으로서의 HUB zero

NanoHUB와 같이 사이버인프라구조를 개발, 전개 및 지원하는 것은 단지 센터 차원의 활동 맥락에 한하여 수행 가능한 것이다. 8개의 HUB는 온라인에서 운영되고, 5개는 작업 중이며 4개는 기금을 마련 중이고 4개는 기금 요청에서 보다 활기를 띄는 상태로 우리는 ITaP 소프트웨어 전문가가 활동중인 첨단 전산 로젠 센터(RCAC)내에 HUB zero 기술 그룹을 개설하였다. nanoHUB 사이버인프라구조 팀은 본 그룹의 중추적 부분으로 그룹에 이 활동의 성장을 지원할 기술 전문가를 추가로 충원하기 시작하였다.

 Purdue 이외의 HUB zero

23 대부분의 과학 게이트웨이는 기준 1)을 토대로 하며 이들 중 대부분은 2)와 3)의 요점을 충족하고자 노력하며 4)와 5)가 부족하다고 판단한다. HUB zero는 상기에 논의한 3), 4) 및 5)의 문제를 해결하는데 도움을 줄 수 있다. 결국 TeraGrid 또는 NEES 등 완전한 기금을 확보한 NSF 기반 인프라구조 조차도 nanoHUB만큼 이용 데이터 및 이용 패턴을 가용화하지 못할 것이다. 이용 데이터는 nanoHUB 기술 발전 및 우리의 기여자에 대한 가용성을 주도하고 사용자는 참여 노력을 촉진시켜 줄 것이다. 우리는 nanoHUB 이용 통계학에 대한 세부 연구 및 개방성이야 말로 nanoHUB 역량을 발전시키고 nanoHUB에 고급형 /과학 게이트웨이라는 입지를 부여한 것이라 확신한다. · NanoHUB는 이제 기여자에게 커뮤니티 영향에 대한 강력한 근거로 제안서에 활용할 수 있는 이용 및 영향력 있는 통계 자료를 제공할 수 있다. 예를 들어

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페이지에서 즐겨찾기 툴을 공유하도록 함으로써 페이스북, 구글 또는 트위터와 같은 사이트에서 특징을 찾을 수 있다.

 사용자 설문 과정

작년 우리는 Purdue 공학 대학의 평가 책임자인 Dr. Diane Beaudin을 NCN에 참여시켰다. 그녀는 nanoHUB 평가 및 사용자 설문 과정을 공식화하는 활동을 주도하고 있다. 그녀 연구에 대한 세부 사항은 제I권의 3절과 제II권의 3절에서 확인할 수 있다. 우리는 다음의 사용 패턴으로 등록 사용자를 분류하였다. 1) 일회성 2) 비 시뮬레이션 및 3) 잦은 사용자가 그것이다. 소위 “일회성” 사용자는 한 번 방문 시 nanoHUB 콘텐츠를 활용하고는 다시는 방문하지 않는다. 또한 이러한 그룹에 대한 전문적인 사용자 조사를 실시하였다. 설문지 작성 요청의 큰 비중인 10%를 차지하는 “일회성” 사용자로 구분한 전문 조사의 한 가지 흥미로운 결과는 이들 일회성 사용자는 nanoHUB를 사용 후 사이트를 나올 때 대체로 만족했다는 것이다. 또 다른 놀라운 결과는 사용자가 다른 사용자와의 대화를 원했다는 것이다. 이는 인맥 네트워크 사이트로 연결할 수 있는 nanoHUB 구성 요소의 발전을 추진하였다. 이들 조사의 구성 요소는 교육 연구 팀이 제시한 설문지를 해결한다. 마지막으로 우리는 또한 nanoHUB를 가상 조직으로 연구하고자 하여 nanoHUB 팀에 접근했던 외부 그룹과 협력하고 있다.  VOSS 프로젝트의 독립적 연구

2008년 봄, NSF는 “사회기술 시스템의 가상 조직(VOSS, Virtual Organizations as Sociotechnical Systems)” 연구 제안서를 간청하였다. 프로그램 공지 일부의 내용은 다음과 같다. "가상 조직은 구성원과 자료를 지역적으로 분산할 수 있으나 사이버인프라구조 활용을 통해 일관되게 기능하는 개인 그룹이다. 가상 조직은 미과학재단이 후원하는 과학 공학 프로젝트에 점점 더 집중하고 있다. 가상 조직의 사회 기술 분석에 집중된 투자는 잠재력을 최대한 활용하고 탐구 학습을 위해 제공되는 전망을 활용할 필요가 있다. 사회기술 시스템의 가상 조직(VOSS) 프로그램은 효율적인 가상 조직을 구성하는 요소와 가상 조직이 과학 공학 및 교육 생산 및 혁신을 실현하고 강화할 수 있는 조건에 관한 이해를 증진하는데 주력하는 과학 연구를 지원한다.

27 밟고 있음을 확실히 보여준다. 1.9 NCN 과거, 현재 및 미래 NCN은 2002년 9월 마이크로전자 산업을 위해 구축된 1세대 미들웨어 시스템인 PUNCH로 창설되었다. 이후 처음부터 나노기술 분야 교수 및 학생의 연구, 교육 및 협력 조건을 충족하도록 특수 설계된 3개의 미들웨어 세대를 창조 및 전개하였다. 최종적으로는 2009년 초반 nanoHUB.org를 HUB zero 플랫폼으로 전환하였다. 이 모두는 급증하는 사용자 수에 부응하고 NSF에 분기별로 이용 수를 보고하면서 활발하게 운영한 결과로 이룩한 것이다. 우리는 이제 연중 36시간 미만의 다운타임을 자랑하며 대부분의 다른 연구 중심 인프라구조를 앞지르는 수준의 서비스로 매년 90,000명에게 서비스를 제공하는 국가적인 사이버인프라구조이다.

29

제2장 전략 계획

2.1 서론 전산 나노기술 네트워크(NCN)은 2002년 전산 툴이 나노기술과 같은 신흥 과학 공학 분야에서 활용도가 크데 떨어진다는 전제 하에 설립되었다. 전산의 전체 영향은 시뮬레이션 툴이 전산 전문가의 도메인 수준을 넘어서고 분석할 실험, 설계할 장치, 개발한 제조 공정 및 교육할 학생이 있는 광범위 커뮤니티의 필수적 툴이 되면서 나타난다. 반도체 산업은 보편적으로 사용되는 시뮬레이션 툴의 영향을 보여주는 예시이다. 광범위한 종단한 복합 시스템 모델링 및 원래 연구 커뮤니티에서 개발된 소프트웨어가 오늘날 산업 성공을 주도한다. 기본적인 나노과학을 응용 나노기술로 전환하는 것은 아직 초기 단계이다. 성장은 나노기술 연구 및 개발 커뮤니티에서 새로 개발된 전산 툴을 널리 공유함으로써 가속화된다. 미국과학재단의 전략 계획은 이미 새로운 모드의 조사의 필요성을 인식하고 있다. “동시대 과학 공학을 특징 짓는 부문 및 상호 개발의 대두로 협력은 과학 공학 기업의 중심적 요소가 되었다. . .. 통합된 사이버인프라구조는 그 중요성이 지속적으로 증가한다. ". - NSF 전략 계획 FY2006-2011

The goals of the NCN 전략 계획의 목표는 우리 발전을 위한 로드맵이 된다.

37 또한 2009년 이내에 약 100개까지 집중 평행 시뮬레이션이 필요한 전산 사용자 수를 늘릴 계획이다. 그러한 사용자는 10시간 동안 32개 CPU에서 연중 60개 시뮬레이션을 실행한다. 그 결과 약 2백만 CPU 시간이 산출된다. 그러한 규모의 TeraGrid 배정은 불가능한 일이 아니다. 그러한 로드는 약 230 CPU 연수에 해당하며 1,000 CPU 클러스터 한 대상 4의 안전한 여유를 확보한 상태에서 쉽게 처리해야 한다. 2012년 까지 사용자 수에 있어 또 한 번의 10배 증가는 완전히 불가능한 것이 아니다. 100,000명에게 서비스를 제공하는 것은 분명 분산된 자료가 필요하다.

38

제3장 성과 및 계획

3.1 NCN 성과 수치화 앞선 장에서는 NCN의 비전, 임무 및 부가 가치 및 전략 계획을 개괄하였다. 본 설명에서는 연구 및 인프라구조의 네트워크가 기본적인 설계, 접근 방식 및 성과에 있어 기존 연구와 다름을 명확히 한다. NCN은 시뮬레이션 중심의 연구 전략에서 작은 초기 노력을 지원하나, 주로 연구를 후원하는 것이 아니라 nanoHUB.org를 통해 NCN@University 노드에서 관련된 센터 차원의 연구를 연계, 변환, 전개 및 활용한다. 우리의 과제는 나노크기의 현상을 이해하고, 장치 및 시스템을 설계하며 차세대 과학자 및 엔지니어를 격려 및 교육하는데 필요한 기술 과학 지식, 소프트웨어 툴 및 교육 자료를 수집, 개발 및 전개하는 것이다.

우리는 지속적으로 NCN PI로 하여금 NCN 관련, nanoHUB 활성 및 nanoHUB 활성 간행물을 보고하도록 요청한다. 우리는 또한 지속적으로 NCN 지원 학생 및 졸업 수를 추적할 것이다. 이러한 일반적인 NSF 센터의 수치화된 성과는 표 3.10에 수록되어 있다. 그러나, NCN은 이러한 연구 대부분을 직접적으로 후원하지 않으므로 협력 프로젝트 연구의 품질을 기준으로 평가하는 것이 아니라 이러한 협력을 nanoHUB를 통해 전체 나노기술 커뮤니티의 센터로 활용하는 방식에 대한 평가가 이루어져야 한다. 5년 연례 보고서로 시작하여 우리는 영향을 평가하는데 있어 핵심적인 nanoHUB 전달 사항 및 양적 메트릭스에 관한 양적 메트릭스를 보고한다. 별도의 명시가 없는 경우, 본 연례 보고서의 모든 양적 데이터는 nanoHUB.org에서 이용할 수 있는 콘텐츠 및 2008년 3월 31일까지의 성과를 언급한다. • 표 3.1: 상위 사용자 및 사용 개요 누가? 어디서? 얼마나 많이? 무슨 서비스? 어느 정도의 전산? • 표 3.2: 과학적 문헌의 nanoHUB 인용 연구 분야(연구, 교육, ), 문서 유형, 인용한 내용, ... • 표 3.3: 미국 기관의 카테고리별 이용 상위 50 기술 학교, 연구 학교 및 소수 서비스 기관 • 표 3.4: 교실 이용 개요 – 전체 목록은 제II권 2절 대학, 강좌 목록에 수록 • 표 3.5: 등록 사용자 인구분포 조직, 거주, 성별, 장애, 민족성, 인종 배경 • 표 3.6: 사용자 인구 분포별 시뮬레이션 실행 조직, 거주, 성별, 장애, 민족성, 인종 배경 • 표 3.7: 시뮬레이션 이용 반복 분석 지속적 사용, 사용자 재방문 빈도, • 표 3.8: nanoHUB CPU 이용 분석,

39

43 저장소 또는 웹 입지로 인용하고 있다. 따라서 대다수 연구 인용이 실제 nanoHUB 이용을 참조한다는 결론이다. 교육에서 사용중인 nanoHUB를 가리키는 간행물 수 또한 계속 증가하여 작년의 21건에서 올해 37건이다. NanoHUB는 나노과학 교육 연구에 영향을 미치고 있다. NCN은 “연구 및 인프라구조”네트워크로 구축되었다. 23개 논문이 나노기술의 일반 인프라구조 맥락에서 nanoHUB를 인용한다. 우리는 이를 국가 인프라구조를 인지하고 있는 근거라 판단한다. 68개 논문은 nanoHUB를 사이버인프라구조로 언급한다. 이들 논문의 41건은 NCN 외부에서 발생된다. NanoHUB에 대한 이러한 인용에서 대체로 긍정적인 참고 내용은 N CN/nanoHUB가 사이버인프라구조 개발의 리더로 인식됨을 증명해 주는 것이다. 표 3.2b는 인용 중인 툴을 나타내며 아래로 갈수록 좁아지는 목록은 나노 연구 및 나노 교육에서 인용된 툴을 나타낸 것이다. 툴 FETtoy, Quantum Dot Lab, CNTbands, SPICE, 및 MolCtoy는 교실 용으로 툴 개발자들이 원래 사용할 목적이었을 가능성이 있는 반면 상위 15 인용 목록의 다른 툴은 보다 체계적이거나 전산 집중적이다. 그러나, 이러한 “교실”툴은 연구 문헌에 나타나므로 연구와 툴의 교육적 이용 구분 및 일반적으로 유사한 nanoHUB이 사라지고 있음을 나타낸다. 툴 이용은 한 개 나노 전자공학 하부 도메인에서 또 다른 것으로 이전하며 새로운 커뮤니티 구성원이 nanoHUB 없이는 수행할 수 없었단 일을 할 수 있게 된다. NanoHUB는 새로운 커뮤니티로 그 영향을 확대하고 있다. 툴 “작업 공간”은 브라우저에서 실행되는 일반 UNIX 워크스테이션을 가리키며 Purdue, TeraGrid, 및 OSG 전산 자료에 대한 액세스를 제공한다. 주로 NCN@Purdue 학생들에 이해 시험이 주도되는 동시에 보다 폭넓은 개발자 커뮤니티로 확대될 것이다. 이 툴은 실제로 전산 과학자를 위한 용도이다. NCN은 “연구 및 인프라구조”네트워크로 구축되었다. 14건의 논문이 나노기술의 일반 인프라구조 맥락에서 nanoHUB를 인용하고 있으며 19개 논문은 단지 일반적으로 nanoHUB를 언급할 뿐이다. 우리는 이를 국가 인프라구조의 인지 근거라 판단한다. NSF는 사이버인프라구조를 HPC, 데이터, 시각화 및 가상 조직을 기반으로 하는 과학 및 기술을 보다 발전시키는 새로운 분야로 인식하고 있다. NanoHUB 기술은 전체 커뮤니티를 대상으로 이들 분야의 서비스를 제공하며 이제 HUB zero 소프트웨어 플랫폼으로 범용화 중이다. HUB zero는 이제 다른 커뮤니티에 전개되고 있다. 올해 68건의 사이버인프라구조 간행물이 nanoHUB를 국가 사이버인프라구조로 언급하고 있다.

nanoHUB.org는 과학 게이트웨이의 리더로 인식되며 HUB zero는 국가의

46 표 3.3 토론 - 미국 교육 기관의 nanoHUB 이용 표 3.3a-c는 미국 교육 기관의 이용 분석에 대한 개요를 제공한다. 이러한 이용의 시간 전개와 같은 보다 자세한 사항은 3.5절의 평가 및 제II권 2절에서 확인할 수 있다. NanoHUB는 전체 7,073의 미국 .edu 도메인 가운데 약 17%가 최소 한 명의 이용자가 있다. 이 목록에 비 기술 대학 및 일부 전문 연구 센터와 같은 전체 .edu 도메인이 포함된다는 점을 감안하여 미국에만 1,180개 고등 교육 기관에 nanoHUB가 보급되었다는 사실은 매우 큰 영향력이라 해석한다. 본 카테고리에서 사용자 별로 상당히 많은 수의 평균 시뮬레이션에서 시뮬레이션 툴을 이용하는 293개 학교는 연구 기관과 좋은 비교가 된다. 미국 뉴스 및 월드 리포트는 매년 상위 50개 기술 학교 및 상위 물리 화학 학교 목록을 게재한다. 지난 3년간, nanoHUB는 전체 상위 50개 기술 학교에 수록되었고 상위 33개 물리 화학 학교의 88% 사용자가 이용하고 있다. NanoHUB는 시뮬레이션 이용 및 “…그 이상” 이용에서와 같이 높은 비율로 이들 학교에 존재하는 것이다. 두 개 카테고리 모두에서 시뮬레이션 사용자는 평균 100개의 시뮬레이션을 실행하고 사이트에서 연간 4.5시간 이상을 할애한다. 1970년, 고등 교육의 카네기 위원회는 기관 비교를 위한 프레임워크로 작용할 분류

시스템을 개발하였다. 박사 학위 수여 기관(RUNH, RU/H, 및 DRU) 내에는 세 가지

구분이 있다. 이들 세 가지 분류 중 각각 99%, 95% 및 65%가 “…그 이상”을 이용하는 가운데 nanoHUB는 확실히 연구 기관에 크게 확대된 것이다. RU/VH의 집중적인 이용은 사용자 당 시뮬레이션 실행 수와 사이트에 할애한 시간 측면에서 상위 50개와 잘 비교된다. RUIH 및 DRU의 집중 이용은 사용자당 약 절반의 시뮬레이션 및 사이트당 절반의 시간으로 감소한다.

표 3.3a는 또한 역사적인 흑인 고등학교와 대학교(Historically Black Colleges and Universities), 고등 스페인계 등록 기관(High Hispanic enrollment institutions) 및 소수 민족 기관(Minority-Serving Institutions)에서의 nanoHUB 입지를 나타낸다. NanoHUB는 이들 기관에서 영향을 미치고 있으나 상위 연구 기관만큼 광범위하지는 않다. 이는 이들 기관 대부분이 박사 학위를 수여하지 않으며 연구 중심적이 아니라는 점에서 놀라운 일이 아니다. 아마도 보다 나은 비교 대상은 전체 미국의 .edu 도메인의 이용이다. 그러한 수치와 비교할 때 HBCU, HHE, 및 MSI의 이용이 우수하다. 그러나 DRU 카테고리와 비교하여 일반적으로 사용자당 평균 시뮬레이션 실행 수와 사이트의 할애 평균 시간 측면에서 nanoHUB의 집중 사용. 뚜렷한 예외사항은 Historically Black Colleges and Universities가 학생 당 매우 높은 웹 집중 이용으로 두드러진다는 점이다.

47

본 표 작성에 사용된 미국 뉴스 및 월드 리포트 목록은 2008년 기준이다.

RUNH, RU/H, 및 DRU는 교육 발전을 위한 카네기 재단에서 정의한 박사 학위 수여 기관 카테고리로 http://www.carnegiefoundation.org/classificationsiindex,asp?key'" 791에서 확인할 수 있다.

본 표에 활용된 Historically Black Colleges. High Hispanic Enrollment, 및 Minority Serving Institutions는 미국

교육부 자료로 2005년 가을 등록 데이터를 기준으로 하며 http://wllvw.ed.gov!aboutlofficesilistlocrJedlite-minorityinst.html에서 확인할 수 있다. US K-12 학교 수 추산은 http://www.asd.com/에서 확인. 표 3.3.b 및 3.3.c는 시뮬레이션의 사용자 수 및 “…그 이상” 카테고리 및 각 집중적 사용과 같은 추가 세부 사항을 설명한다. 본지에 실린 데이터는 3.5절의 평가 절과 제II권 3절의 평가에 상세하게 추가 조사된다. 몇 가지 관찰 내용을 본지에 수록하지 않는다.

52 표 3.7 및 3.8 토론-시뮬레이션 사용자 및 CPU 이용 반복 분석 표 3.7은 반복되는 고객층을 분석한 것이다. 언급하고자 하는 문제는 얼마나 집중적으로 사용자가 시뮬레이션을 실행하고 얼마나 자주 재 방문 하는가 이다. 높은 교실 이용률을 토대로, 많은 전환 및 수업 과제 후에는 다시 방문하지 않은 상당수가 이제는 없을 것이라 기대한다. 과거 12개월동안(녹색란), nanoHUB 시뮬레이션 사용자의 약 64%가 일일 경과 후 재 방문하는 경향이 계속되고 있다. 따라서 사용자의 약 36%가 일회성 사용자인 것이다. 그러한 작년의 동향을 관찰 및 보고하고 이러한 일회성 사용자에 관한 추가 사항을 확인하기로 하였다. 3.5의 평가 절은 이러한 사용자에 대한 대상 조사에 관한 몇 가지 세부 사항을 제공한다. 놀라운 것은 nanoHUB를 결코 다시 방문하지 않았던 사용자의 10% 이상이 nanoHUB 설문에 답한 비율이다. 훨씬 더 놀라운 것은 조사한 모든 사용자가 실제로 매우 만족하였다는 것이다. 이들은 분명 필요한 것을 얻었다는 것이다. 1년 및 2년 넘게 nanoHUB에서 시뮬레이션을 실행한 사용자 수는 매년 약 100명씩 계속 증가하고 있다. 올해 시뮬레이션 사용자 가운데 589명(8.2%) 또한 2년여 전에 시뮬레이션을 실행하였다. 5년 넘게 nanoHUB 계정을 활용한 74명의 하드코어 사용자도 있다. 또한 표 3.7을 기준으로 사용자가 시뮬레이션을 실행한 횟수에 대한 분석도 있다. 사용자의 약 50%가 10개 시뮬레이션 이상을 실행하였다. 50, 100 또는 500개 시뮬레이션 이상을 실행한 사용자 수가 급격히 감소하고 있다. 그러나 100개 이상의 시뮬레이션을 실행한 사용자도 681명이나 되며 이는 nanoHUB 사용자 집단의 약 10%에 해당하는 것이다. 표 3.8은 할애한 CPU 시간을 보다 상세하게 분석한 것이다. 여기에서 구분되는 전산 인프라구조는 5가지가 있다.  2년전 사라진 초창기 PUNCH 시스템-웹 형식 기반의 일괄 중심 전산을 제공하였다.  새로운 Narwhal/Maxwell 미들웨어는 즉각적인 대화형 전산을 제공한다.

 종단 nanoHUB 사용자를 위한 OSG (Open Science Grid) 제공 CPU 주기

 종단 nanoHUB 사용자를 위한 TeraGrid (TG) 제공 CPU 주기

61 3.3 NCN@University 프로그램

62

나타낸 것이다. NCN@University 프로그램은 실제로 지역 캠퍼스의 nanoHUB 콘텐츠 홍보로 성공하였고 기타 NCN@University 노드의 사용자 수는 Purdue University 사용자 수를 초과한다. NCN@University 프로그램은 nanoHUB에 상당한 콘텐츠를 제공하기 시작할 뿐 아니라 새로운 nanoHUB 성능의 초기 채택자이기도 하다. 이는 로컬 사이트 리드가 자체 사용자 커뮤니티의 “펄스”를 더욱 긴밀하게 인식하고 문제를 조기에 찾도록 도움을 줄 수 있다는 점에서 서비스 증가에 필수적인 요소이다. 다음은 올해 NCN@University 프로그램의 매우 간략한 주안점을 알파벳 순서로 기관 명칭에 따라 나열한 것이다. 각 사이트에서 확대된 보고서는 본 보고서의 제II권에 수록되어 있다. 제2권 보고서는 또한 작업 및 제안 예산의 계획적 기술서가 포함된다. NCN@Norfolk 주립 대학교

올해 NCN@NSU에서 주요 활동은 양자 기계학(Noginov) 및 전자 재료(Gavrilenko) 대학원 수업에서 nanoHUB 모듈의 활용이었다. Prof. Noginova는 나노기술 대학원 강좌에서 추가로 nanoHUB을 개발 및 필드 시험하였고, 이는 주로 nanoHUB 강의 및 모듈(Noginova)의 활용을 토대로 한 것이다. NanoHUB 자료는 다음 대학원 수업에서 유용하다.  나노기술의 재료(MSE 607) - 2008년 봄 개발되어 최초로 제공 본 수업에는 nanoHUB의 수많은 자료가 포함된다. 강좌 개선은 첫 해 학생의 피드백과 자격자의 성과 결과에 따른다. 피드백은 NCN에 제공된다.  고체 물리학(PHY 653, 신규 강좌). 본 강좌는 2009년 봄 학기에 제공된다. 강좌에는 ECE 606의 자료가 포함된다. nanoHUB의 고체 물리학 (https://vvww.nanohub.org/resources/5749) 강좌의 pdf 버전을 이용할 수 있으나, BREEZE 버전이 필요하다.  NCN 시뮬레이션 툴은 양자 기계학(PHY -580, Noginov) 및 전자와 광기술 재료(PHY -580, Noginov) 수업에 사용된다.  재료 과학 및 공학(2007년 8월 개설)의 새로운 박사 프로그램은 일부 NCN 자료에 기반한다.  현재 프로그램에는 28명이 참여중이다. 68% 미국 시민, 52% 진학률이 낮은 소수민족. NanoHUB가 충분한 강좌의 대학원 학생 중 65% 이상은 아프리카계 미국인이다. (총 대학원 학생 수는 28명이다.) 한 명의 아프리카계 미국인 학생은 NCN/SURF 여름 프로그램에 선발되어 SURF 참여중인 다른 NCN 사이트의 학생과 협력하고 nanoHUB의 기여 툴 과정 및 다른 콘텐츠 항목을 학습하였다.

63 연구소 실험은 종합된 화학적 수단으로 나노입자 제작과 그러한 샘플 입자의 시뮬레이션을 통합한 것이다. 이는 실험 전문가의 전산에 대한 적용성과 가치에 대한 직접적 사례이다. 올해부터 실험은 nanoHUB를 통해 공유할 것이다. 3학년 화학 생물학 엔지니어(약 30명)가 전산 나노과학과 관련한 프로젝트에서 Schatz가 지도하는 심층 4주 컴퓨터 실험에서 NUITNS를 활용하였다. 한 개 프로젝트는 탄소 나노튜브의 기계적 특성과 연관된다. 이 때 학생들은 QC-Lab을 활용하여 자극적인 응력 커브를 산출하고 파열 응력을 추산한다. 또 다른 프로젝트는 연소 열화학과 관련되며, 학생들은 수많은 작은 분자에 대한 형성의 엔탈피를 산출한다. 올해 새로이 등장한 세 번째 프로젝트는 INCO/CNDO를 사용하여 금 나노클러스터의 전자 구조를 학습하는 것이다. 본 프로젝트 및 CdSe 프로젝트는 nanoHUB에 곧 합류할 것이다. 3학년 화학 전공 학생(약 30명) 또한 QC-LAB(버전 3)을 이용하여 소분자의 전자 구조를 학습할 것이다. 본 강좌는 (올해 새로 부임한) Prof. Weiss가 지도한다. Baudilio Tejerina는 전자 구조 산출과 관련한 강좌의 일부를 처리한다.

Northwestern Site Lead는 NCN 대학원 학생과도 연관된 Rappturization 프로젝트의 각 REU 학생과 협력하며 학생들과 적극적으로 참여할 것이다. Northwestern 교수 참여자 또한 두 가지 독자적 코드와 nanoHUB 구조 코드(Huckel IIV 및 GAMESS)를 비교하는 연구에 참여하여 질적으로는 그 코드가 동일함을 확인하였다. 작은 양적 차이는 분자와 금속 전자 사이의 자체 일관성 유지를 위한 수단, 기본 세트, 상이한 Hamiltonian에 기여할 수 있다.

64

있다. 두 가지 강좌가 새로운 교수진에 의해 nanoHUB에 추가되었다.



James Leary 교수가 개발한 21개 강좌로 구성된 공학 나노의료 시스템(BME 695N).



TEM 사용자에게 필요하고 실제 연구소 세션이 이어지는 Prof. Erich Stach의

12-수업 강좌, 투과전자현미경기술(MSE 582).

Neophytos Neophytou (회장)가 주도하는 NCN@Purdue 학생 리더쉽 위원회(SLC)의 기본 활동으로 다음을 포함한다.



사이트 리드와 함께 개발, NCN 네트워크 전체 학생들의 의견과 함께 온라인 SWOT 분석을 위한 설문.  Purdue의 NCN 학생과 인근 학교의 연구 심포지엄을 구성하여 5월 22일 개최. NCN@Purdue는 올해 나노재료 예측 모델링(NSF와 함께 조직)을 포함한 5개 워크숍을 개최하여 다양한 길이와 시간 범위에 따라 재료를 규정할 수 있는 모델을 토론함으로써 나노 재료 예측 모델링에 대한 중요한 요건, 일반 주제, 과제 및 기회를 파악하고, 미과학재단, 미국 산업 및 연방 연구소가 참여하여 이들 과제를 해결하는 연구 프로그램을 규정한다. 워크숍의 총 참석인원은 64명이며 nanoHUB를 새롭지만 관련된 연구 커뮤니티와 연계하였다. 향후를 내다볼 때 NCN@Purdue는 지속적으로 차세대 나노전자 모델링 툴을 개발하여 임의 형상 반도체 장비의 이동 시뮬레이션을 나노미터 크기, OMEN으로 실현할 것이다. NCN@Purdue는 NSF Peta-Apps 어워드를 수상하여 OMEN을 수만 크기의 CPU로 조정할 수 있었다. 어워드는 Purdue 비용 분담액인 약 $600k와 함께 4년에 걸쳐 $1,6M이다. Peta-Apps 어워드는 NCN을 RPI 및 자체 8위에 랭크된 상위 500 컴퓨터 엔진(IBM BIG)의 나노시뮬레이션 활동으로 연계한다. Purdue에서 최근에 수여한 $17M 상당의 5개년 PRISM 프로젝트는 NEMS/MEMS 모델링 및 시뮬레이션 분야에서 NCN과 강력한 파트너가 될 것이다.

NCN@University of California, Berkeley / Molecular Foundry

올해 NCN@Berkeley는 작년 UCB 전산 나노과학 과정의 프로그램에 따른 교육 구성요소를 위해 개발된 강좌 툴 키트를 대폭 개선하였다. 이러한 개선 사항으로는 기능의 큰 개선 및 세트에 새로운 툴 추가 및 모든 툴에서 여러 버그 치료 기능이 포함된 것이다. 또한 새로운 강좌는 UCB에서 개발되었고 유사한 툴 키트가 개발되어 전개된 “광전 변환 공학의 물리학”이 강좌 내용을 보완하였다. 이러한 툴 키트 부분은 이전 절에서 논의된 바와 같이 nanoHUB의 연구 등급 PV 툴의 기준으로 작용한다. 학부생과 대학원 강좌의 주안점은 다음과 같다.



UCB 및 nanoHUB 개발의 분자 재단으로의 학부생 참여 확대



NCN 참가자를 위한 프로그램으로 예정된 것과 아울러 nanoHUB에 관한 학생의 워크숍을 포함한 COINS 학부생의 여름 연구 프로그램.



Innovation Contest @ UCB: UCB “경계를 파괴하는” 프로그램을 통해 새로운 전산 나노과학 툴에 대한 NCN 후원 경합.



협력 가능성에 대해 Berkeley Community College와 토론 초기화



UCB 전산 나노과학 강좌(5개 학과의 20명 대학원생)의 지속적 개선.

65 물리학(4개 학과의 30명 대학원생). 올해 NCN @Berkeley 과학의 주안점은 광 노출로 발생되는 무정형 실리콘의 품질 저하에 대한 새로운 현미경 모델로 유도하는 산출이 포함된다. 새로운 모델은 대다수 실험 관측을 예측하고 주요 결함이 단순한 로컬 접착 스위치로 형성된 응력 상태의 실리콘-실리콘 접착 부위라고 설명한다. 소프트웨어 개발 활동은 첫 해와 매해 기대치를 초과 달성하였다. 4개의 신규 시뮬레이션 툴이 nanoHUB에 전개되었고 이중 한 가지는 전산 나노과학의 대학원 수준 강좌를 지원하는 멀티 시뮬레이션 툴 키트이다. 추가로 2가지 툴이 곧 출시되며 2-3가지 툴이 추가로 개발 중으로 다음 6개월 이내에 소재될 예정이다.

NCN @Berkeley 요건은 Nano Whim이라고 하는 Rappture의 새로운 발전을 주도하였다. Nano Whim을 통해 다수의 독립적 UNIX 코드는 단일 그래픽 사용자 창 세션에서 실행할 수 있으며 명확하게 구성된다. 이를 통해 Rappture 내에 기존의 그래픽 사용자 인터페이스를 갖춘 사용이 편리한 애플리케이션 전개가 실현되었다. 이러한 편리한 사용의 패키지 작업은 UCB 사이트 책임자인 Jeff Grossman의 즉각적 사용과 지도 수업의 실험을 위해 수행되었다.

Urbana-Champaign 소재의 NCN@University of Illinois

NCN@Illinois는 일리노이 캠퍼스의 수퍼컴퓨팅 애플리케이션을 위한 국립 센터(NCSA)에서 2007년 8월 1일부터 10일까지 nanoHUB에 대한 여름 학교를 개최하였다. 총 40명이 참가하였다. nanoHUB에서 수많은 학교 강좌를 이용할 수 있다. 올해 주안점은 화학 문헌 및 전산 과학 연구소(일리노이의 NSF가 후원하는 수학 및 과학 협력 네트워크)와의 협력 관계 체결이었다. 이는 수업에서 전산 화학의 사용을 증진하기 위해 120개 일리노이 교외 고등학교 화학 교사들이 5년 동안 상호 협력하는 것이다. 커리큘럼 모듈이 기록되고 현대의 과학 연구 방법을 고등학교 교육 경험으로 통합하고자 nanoHUB 자료를 활용 및 설명하고 있다. NCN @lllinois의 내년 계획은 다음과 같다. - 캠퍼스의 생체모방공학 나노도체 베크만 연구소 설계 국립 센터, 및 수퍼컴퓨터 애플리케이션 국립 센터와의 기존 협력을 토대로 구축 - 고체 장비, 나노광기술, 나노 영상, 기술 재료 및 원자 시뮬레이션에 필요한 강좌 툴 구축을 위한 NCN@University와의 협력

66 자료를 강화함으로써, UTEP는 연구 프로그램을 보다 빨리 발전시킬 수 있다. 전기 및 컴퓨터 공학, 야금 및 재료 공학, 화학 및 물리학을 포함한 박사 프로그램을 주관하는 4개 학교의 교수가 참여한다. 가능한 협조는 또한 새로운 전산 과학 박사 프로그램 및 컴퓨터 과학에 포함된 고성능 컴퓨터 작업과 함께 제안된다. UTEP의 계획은 학부와 대학원 수준에서 UTEP에 제공되는 강좌와 관련한 나노크기 효과를 도해하는 수많은 대화형 모듈이 개발되면서 시작되어 UTEP의 새로운 nanoHUB 사용자는 100명에서 1000명 사이이다. UTEP는 이미 학부생이 경험할 수 있는 통로를 제공하였다. 이들은 다음과 같다. 1. 1학년 전기 공학 실험 강좌 입문의 2개 과제. 학생들은 일부 결정의 격자 구조를 생성하는 Matlab를 기록 및 실행하도록 몇 가지 간단한 Matlab 프로그래밍을 수행해야 한다. 이후 생성된 구조가 어떻게 나노과학과 연관되는지에 관한 몇 가지 흥미로운 이야기를 들려주게 된다. 두 번째 과제는 영상 처리 문제이다. 강사는 사용했던 영상을 나노과학과 관련된 영상으로 치환하기만 하고 영상과 그것이 나노과학에 표시하는 사항에 관한 짧은 수업을 진행하였다. 2. 2학년 프로그래밍 과정 가을 학기 학생들은 한 가지 과제를 "rAPPture-ize"하여 웹에서 활용할 수 있도록 한다. 이는 나노과학 이상의 기능에 대한 상당한 소개이나 nanoHUB와도 연관된다. 강사는 비선형성을 다루는 모듈을 이용하여 2학년 회로 실험 과정으로 돌아가서 나노스케일 장비를 사용하여 개념을 설명할 수 있다. 3. 3학년, 반도체, EE 3329 전자 장치에서 필요한 강좌 강사는 nanoHUB에 관한 PN 접합 연구에 관한 숙제를 작성하였다. 이는 UTEP 수업에서 활용되었고, 추가로 정리하고 Stella Quinones 및 Gregory Lush가 이번 여름까지 사용할 것이다. 준비되면, 이들은 보다 폭넓은 청중이 사용하게 되는 nanoHUB로 업로드 된다. 동일한 과제 및 다른 과제의 추가 버전은 자료와 같이 이번 여름 nanoHUB에 업로드 된다.

UTEP는 학생 집단을 다양화하기 위해 두 가지 노력을 기울인다. 첫 번째는 로컬 학교로의 확대이며 그에 대한 계획은 이번 여름에 개발될 것이다. UTEP 학생 중 80% 이상이 El Paso County 출신으로 보다 많은 학생을 UTEP로 참여시키거나 추가 과학 수학 강좌 수업을 받도록 하는 폭넓은 채용 활동이 영향을 미칠 것이다. 두 번째로, UTEP는 UTEP, NCN 대학 및 기타 기관의 박사를 통해 관련 프로그램에 학부생을 투입하는 경로를 위한 계획을 실행할 것이다. 교육적으로, 이는 신입생 수준의 실험에서 4학년 수준의 실험까지 나노기술 모듈을 투입하는 학부 실험실 시퀀스 변화를 위한 계획이 포함된다.