Blog - The value of Exascale
생명과학이 엑사스케일 컴퓨팅에 주목해야 하는 이유
엑사스케일은 컴퓨터 속도를 측정하는 척도입니다. 여기서 엑사스케일은 매초마다 100경개의 무엇인가를 수행하는 능력, 즉 1초에 1018개의 무언가를 수행하는 능력을 의미합니다. 일반적으로 ‘무언가’는 ‘계산’이므로, 엑사스케일은 매초마다 1018개의 계산(100경)을 수행할 수 있는 컴퓨터입니다.
생명과학에서 슈퍼컴퓨팅의 능력
생명과학에서 슈퍼컴퓨팅의 능력슈퍼컴퓨팅 업계가 엑사스케일 컴퓨팅 시스템에 대해 목소리를 높이고 전세계의 고성능 컴퓨팅(HPC) 팀이 향후 몇 년 내에 엑사스케일급의 슈퍼컴퓨팅 구현을 위한 구체적인 계획을 세우는 시대가 다가옴에 따라, 언뜻 보기에는 오만한 목표라고 보일 수 있는 곳에 자원을 투입하는 것이 합당해 보이는 이유는 왜 일까요? 이러한 시스템은 수억 달러의 비용이 들며, 작은 마을만큼 많은 전력을 소모할 것으로 예상됩니다. 그럼에도 이 시스템에 투자할 가치가 있을까요?
최근 수십 년 동안 슈퍼컴퓨팅은 기존 과학에 대한 매우 효과적인 보완책이라는 것이 입증되었습니다. 이러한 슈퍼컴퓨팅의 도입으로 인해 실험실 과학에 HPC 시뮬레이션이 추가되고 대규모 데이터량을 처리할 수 있는 능력을 갖추게 되어 새로운 연구 영역이 가능해졌습니다. 생명과학에서 슈퍼컴퓨팅의 분명한 예는 대규모 유전자 염기서열분석이며, 개별자뿐만 아니라 개체군의 유전체 염기서열을 분석할 수 있는 슈퍼컴퓨팅의 능력에 의해 새로운 과학적 방법의 길이 열렸습니다. 질병 이해, 치료 및 결과에 대한 엄청난 이점은 명백합니다. 즉, 의료 치료가 덜 침습적이고 동시에 더 효과적이 되도록 돕습니다.
새로운 한계에 도달
그러나 이러한 발전과정이 정체될 수 있는 두 가지 이유가 있습니다. 첫 번째는 과학 측면에 있고 두 번째는 계산 측면에 있습니다. 과학적 관점에서 볼 때, 많은 상황에서, 현상은 매우 광범위한 길이 척도나 시간 척도 또는 이 두 척도 모두에 걸쳐 드러납니다. 예를 들어, 많은 암 조직은 아마도 수십 옹스트롬(10-10m)의 분자 척도와 100μm 정도의 세포 척도, 그리고 최대 ~2m의 인체척도로 성장합니다. 따라서 길이 척도들은 모두 같은 질병에 대해 10억배 정도 차이가 있습니다.
질병 이해, 치료 및 결과에 대한 엄청난 이점은 명백합니다. 즉, 의료 치료가 덜 침습적이고 동시에 더 효과적이 되도록 돕습니다.
각각의 개별 척도에서 작동하는 프로세스에 대한 효과적인 HPC 모델이 있을 수 있지만 이러한 모델들을 효과적으로 하나로 묶는 것은 엄청난 작업입니다. 비슷한 방식으로, 시간 척도는 펨토초 단위의 분자 결합 진동으로부터 밀리초 단위의 단백질 접힘, 개월 또는 연수 단위의 질병 진행에 이르기까지 많은 자릿수에 걸쳐 다양합니다. 이는 우리가 컴퓨터 모델이 일반적으로 효과적이라는 것을 알고 있고, (이 예에서) 암의 개별적인 측면에 대해 우수하게 작용하는 모델이 있다는 것을 알고는 있지만, 질병 진행에 대한 의미 있는 통찰력을 도출하기 위해 필요한 다수의 계산을 처리할 만큼 충분히 큰 컴퓨터를 가지고 있지 않습니다.
이 때문에 계산 측면에서 두 번째 문제에 직면하게 됩니다. 무언가를 계산할 수 없는 경우에 보통 몇 년만 기다리면 컴퓨터는 더 빨라지겠지만, 그러는 사이 우리가 그 계산에서 멀어지게 되는 그러한 세상에 우리 모두가 익숙해져 있습니다. 안타깝게도 세상은 더 이상 그렇지 않습니다. 컴퓨터 시스템의 코어 성능은 지난 10년 동안 크게 변하지 않았습니다. 예전에는 계산값을 제공하는 작은 플라이휠이 더 빨리 회전할 것이고, 따라서 누군가 아무 것도 하지 않아도 소프트웨어가 더 빨리 실행되었을 것입니다. 그러나 실리콘의 물리적 특성으로 인해 플라이휠의 속도를 더 이상 높일 수 없는 시점이 와버렸습니다. 프로세서 제조업체가 제품의 효율성을 높일 수 있었기 때문에 이 사실을 숨기기가 비교적 쉬웠었습니다. 그러나 컴퓨팅에서 무료 또는 낮은 비용으로 이와 같은 종류의 발전을 이루는 것은 점점 더 어려워지고 있습니다. 따라서 위에서 논의한 일종의 높은 복잡성 문제를 해결하기 위해서는 다른 방법을 찾아보아야 합니다.
향후 컴퓨팅 세계의 판도를 바꿀 게임 체인저
전세계 곳곳의 팀들이 솔루션을 찾는 데 있어서 큰 진전을 보이고 있습니다. 이러한 팀들은 하드웨어, 소프트웨어, 데이터 과학 및 응용 과학 전문가들이 협력한 팀입니다. 앞으로 나아가기 위해서는 다양한 분과에 걸친 도움이 필요하기 때문입니다. 그리고 생각할 수 있는 모든 암 치료 적용에 대해(그리고 더 많은 정보가 존재하며, 그러한 정보가 스마트 그리드, 지진, 기후 변화 및 완화와 관련이 있다면 이들 정보는 모두 엑사스케일이 필요함), 게임 체인저 경제의 적용 또는 방어형 적용을 생각할 수도 있습니다.
따라서 산업 사회의 경제는 지난 수십 년 동안 슈퍼컴퓨터에 의존했던 것처럼 앞으로 수십 년 동안 엑사스케일 컴퓨팅에 의존하게 될 것이라고 저는 믿습니다.
엑사스케일 컴퓨팅과 그 영향에 대해 더 알고 싶으시다면, 제가 9월 15일부터 17일까지 열리는 CompBioMed 컨퍼런스에서 발표하기로 한 여기에서 상세정보를 확인하고 CompBioMed 컨퍼런스에 등록하십시요.
게시자: Crispin Keable 박사
게시일: 2021년 8월 18일