처음으로 공개될 대중적인 양자컴퓨터

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-11-16

세계에서 첫 번째로 프로그램 가능하도록 대중화된 양자컴퓨터가 그 능력을 시험하기 시작했다. 그러나 테스트 프로그램이 중요한 장애물이라는 것이 밝혀졌다. 왜냐하면 기기가 실질적인 작업을 준비하기 전에 이것을 극복해야하기 때문이다.

올해 초, Colorado주 Boulder에 있는 국립표준기술연구소(National Institute of Standards and Technology)팀은 두 개의 양자비트, 즉, 큐비트를 처리할 수 있는 양자컴퓨터를 제작하였다. 큐비트는 기존에 온, 오프로 간단히 처리할 수 있는 것보다 더 많은 정보를 저장한다. 이것은 양자컴퓨터가 암호해독과 같은 작업에서 기존의 컴퓨터보다 더 우월하다는 것을 의미한다.

고전적인 컴퓨터에서와 같이, 연속적인 로직게이트들은 정보를 처리하게 된다.-그러나 여기에서 게이트들은 양자로직, 즉, 큐비트 게이트들을 말하는 것이다. “예를 들어서, 간단한 단일 큐비트 게이트는 1에서 0으로, 그리고 이와 반대로 변화하게 된다.” 라고 팀의 멤버인 David Hanneke가 말했다. 그러나 고전적인 컴퓨터의 물리적인 로직게이트와는 다르게, 팀에서 사용된 양자 로직게이트들은 레이저 펄스를 이용하여 각각 인코딩된다.

*로직 트릭(Logic trick)

실험기기에서 레이저 펄스 양자게이트가 큐비트에서 간단한 로직 동작을 실행하는 동안 그것들을 회전시켜서 큐비트를 저장하는데 베릴륨 이온을 사용하였다. 양자 로직 게이트를 만들기 위한 방법은 정보를 처리하기 위하여 베릴륨 이온을 조작하는 연속적인 레이저 펄스를 디자인하는 것이었다. 그때 또 다른 레이저는 계산결과를 읽어내게 된다.

“우리가 이러한 방법으로 많은 요소들이 성공적으로 결합시킨 것을 증명하였을 때, 우리는:이것을 가지고 무엇을 할 수 있을까?” 라고 Hanneke가 말했다. 그들은 양자계산이론에서 답을 찾게 되었다. “양자정보의 초기시절에 이룬 가장 흥미로운 결과 중 하나는 단지 하나 및 두 개의 큐비트 로직게이트를 사용하여 얼마든지 큐비트에 대한 어떤 양자동작을 실행할 수 있다는 것이다.” 라고 Hanneke가 말했다. 하나 또는 두 개의 큐비트 게이트가 이미 만들어졌고, 특정 알고리즘을 수행했을지라도, 어느 누구도 모든 양자루틴을 처리할 수 있는 기기를 아직까지 만들지 못했다.

* 무한한 가능성(Infinite possibilities)

기기의 중심에는 약 200um의 작은 전자기 트랩을 가지고 있는 금색무늬의 알루미늄 웨이퍼가 있다. 이 팀은 이것에 4개의 이온을 배치시켰다-두개는 마그네슘, 두 개는 베릴륨이다. 마그네슘 이온은 이온 체인의 불필요한 진동을 제거하고, 기기를 안정시키도록 해주는 완화제의 역할을 한다.

두 개의 큐비트로 동작할 수 있는 것은 무한히 많다. 그래서 팀은 프로세서의 보편성을 증명하기 위해 160개 중에서 무작위로 선택하였다. 각각의 동작은 레이저 펄스로 인코딩된 31개의 다른 양자게이트를 가지고 두 개의 큐비트를 히팅하는 것을 포함하고 있다. 대부분은 단일 큐비트 게이트였다. 그래서 펄스는 단지 하나의 이온과 상호작용하는 것이 필요했다. 그러나 몇 가지들은 양쪽 이온들과 상호작용하기 위하여 펄스가 요구되는 두 개의 큐비트 게이트였다. 트랩을 둘러싸고 있는 금전극의 전압을 제어하기 위하여, 이 팀은 하나의 큐비트 게이트가 필요할 때 이온을 연결하였다. 그리고나서 두 개의 큐비트 동작을 위해 다시 그것들을 연결하였다.

*완벽하지 않은(Not perfect)

이 팀은 160개 프로그램을 각각 900번 정도 구동하였다. 이론적인 예측에 따른 결과와 비교하기 위해, 그들은 프로세서가 계획대로 동작하는 것을 보여줄 수 있었다. 그러나 이것은 단지 79%의 정확성만을 가졌다고 Hanekke가 말했다. “각각 게이트는 90% 이상의 정확성을 가진다. 그러나 당신이 그것을 다함께 쌓았을때는 정확도가 79%로 떨어지게 되거나 또는 이렇게 주어진 동작을 하게 된다.” 라고 그가 말했다. 이것은 게이트처럼 동작하는 각각의 레이저 펄스가 강도에서 약간의 차이를 가지기 때문이다. “그것들은 정확히 온, 오프하는 사각의 펄스가 아니라 변동하게 된다. 그리고 빔은 미리 분할, 반사 및 다양한 방법으로 조작된다. 이것은 또한 에러를 낳게 된다.” 라고 그가 말했다.

이러한 에러들은 더 광범위한 연산의 결과를 만들게 된다. 이것이 양자컴퓨터의 유용한 요소가 되기 전에 충실도(fidelity)는 약 99.9%를 넘어야 할 것이다. 그러한 것들은 레이저의 안정성을 향상시키고, 광학 하드웨어에서의 에러를 줄인다면 가능할 것이라고 이 팀은 말하고 있다.

만약 이러한 정확도 수준에 다다르게 된다면, 새로운 칩은 유용한 양자프로세서의 필수적인 부분을 형성할 수 있을 것이다. “만약 단순하고, 반복적인 작업을 하게 된다면, 그렇게 하기 위하여 프로세서의 특정 지역을 가져야 할지도 모른다. 그러나 당신은 모든 종류의 것들을 할 수 있는 영역이 필요할 것이다.-이것은 단지 이러한 기기일 뿐이다.” 라고 그가 말했다.

출처 : http://www.newscientist.com/article/dn18154-first-universal-programmable-quantum-computer-unveiled.html

中 톈허1호를 보면서..

이지수 KISTI(한국과학기술정보연구원) 슈퍼컴퓨팅본부장은 최근 중국發 뉴스를 보면서 본인도 어찌할 수 없는 안타까운 마음을 전했다.

중국이 미국에 이어 세계 두 번째로 1초에 1000조회 이상 연산할 수 있는 페타플롭스급 슈퍼컴퓨터를 개발했다는 소식을 접해 듣고 '우리는 언제 우리의 슈퍼컴퓨터를 개발할 수 있을까'라는 다급한 마음이 들었다.

중국이 이번에 개발한 톈허1호(天河·은하수) 슈퍼컴퓨터는 최신형 듀얼프로세서 노트북 컴퓨터로 하루 24시간 쉬지 않고 160년간 할 수 있는 작업을 하루 만에 할 수 있는 성능을 가졌다. 세계에서 4번째로 강력한 성능이라고 자부한다.

톈허1호는 클러스터형 종류의 슈퍼컴퓨터다. 6144개 인텔 CPU와 5120개 AM DGPU를 사용, 103개 냉장고형 컴퓨터를 서로 연결해 구축한 시스템이다. 200명 연구진이 2년간 1000억원의 예산을 들여 개발해 냈다.

이 정도면 우리나라도 개발할 수 있지 않을까? 이지수 박사에 따르면 충분히 기술적으로 가능하다. 우리나라도 정부와 연구소가 마음만 먹는다면 기술확보 관점에서 시간과 돈을 투입해 충분히 이뤄낼 수 있는 개발 프로젝트다.

현재 KISTI가 보유한 클러스터형 슈퍼컴퓨터 실질 성능은 270테라플롭스급. 초당 563조1000억회(563테라플롭스) 연산 가능한 톈허1호의 절반 수준이다. 그런데 우리나라에 현재 구축된 슈퍼컴퓨터는 외국 슈퍼컴퓨터를 그대로 도입, 교체한 것들이다. KISTI는 5년 마다 한번씩 외국으로부터 개선된 성능의 슈퍼컴퓨터를 교체한다. 올해 4번째 도입했으며, 총 비용이 6100만불 투입됐다. 아직까지는 우리나라 연구진들에 의해 직접 제작된 슈퍼컴퓨터는 전무하다고 해도 과언이 아니다.

사실 우리나라도 토종 슈퍼컴퓨터를 개발할 수 있는 절호의 찬스가 있었다. 슈퍼컴퓨터를 개발할 드림팀이 구성된 적도 있었다. 진대제 전 정보통신부 장관 시절이었다. 2003년부터 3~4년간 삼성전자와 슈퍼컴퓨터 개발 논의가 활발하게 펼쳐졌었다. 2005년에는 정부에 500~1000억원 예산규모의 클러스터 슈퍼컴퓨터 개발사업을 제안해 관련 사업이 본격 궤도에 오를 뻔한 적도 있다. 그러나 제안 과정에서 여러 가지 복잡한 문제로 결국 과제는 성사되지 못했다.

그 이후 토종 슈퍼컴퓨터 개발에 희망을 걸 수 있는 상황이 부정적으로 번졌다. 삼성전자 서버사업부가 타 사업부로 이전됐고, 더 이상 슈퍼컴퓨터 사업은 추진하지 않기로 분위기가 변했다.

결국 토종 슈퍼컴 기술 확보의 문제는 시장성과 기업체 의지 여부로 귀결된다. 아무리 정부와 연구소가 의지가 있더라도 슈퍼컴퓨터 시장 공략을 기업측에서 하지 못한다면 개발에 대한 의미가 퇴색되기 때문이다. 슈퍼컴 개발이 가능한가 불가능한가의 문제와 세계 시장에서 시장성을 보고 제품을 팔아서 수익을 챙기는 문제는 전혀 다른 차원인 것이다.

그런 가운데 이 박사는 중국의 자체 슈퍼컴 개발에 대한 경각심이 크다. 지금은 우리의 2배 정도 앞서 있지만, 시간이 갈수록 우리나라와의 기술력 격차가 더 벌어질 것이라는 사실을 가장 우려하고 있다.

중국은 지속적인 자체 기술 축적과 투자로 IT의 핵심중 하나인 슈퍼컴퓨터를 진화시키고 있는 반면, 한국은 정부와 연구소·산업체 모두 작금의 상황을 지켜만 보고 있을 뿐이다. 삼성같은 대기업이 슈퍼컴퓨터 시장에 도전해 연구소와 정부가 적극적으로 가담하는 날을 이지수 박사는 열망하고 있다.

AMD, 1 페타플롭스급 슈퍼컴퓨터 전격 공개

2009/01/09 20:59 in 컴퓨터뉴스

AMD는 CES에서 그래픽에 특화된 1페타플롭스(petaFLOPS)급 초대형 병렬 슈퍼컴퓨터인 ‘AMD 퓨전 렌더 클라우드’를 올해 하반기에 공개한다고 9일 발표했다.

AMD의 더크 마이어(Dirk Meyer)CEO는 이날 라스베이거스 힐튼 씨어터에서 진행된 인더스트리 인사이더 시리즈 기조연설을 통해 루카스필름, 델, HP, EA(Electronic Arts) 관계자들이 참석한 가운데 이 같은 1페타플롭스급 슈퍼컴을 전격 발표했다.

더크 마이어 CEO는 “AMD는 슈퍼컴퓨팅 분야에서 오랜 경험을 확보하고 있으며 세계 1,2위의 슈퍼컴을 비롯한 세계 10대 슈퍼컴퓨터 가운데7대가 AMD의 기술을 기반으로 하고 있다”며, “AMD가 기존에 어디에서도 볼 수 없었던 새로운 차원의 슈퍼컴퓨터를 발표하게 돼 감격스럽다”고 말했다.

마이어 CEO는 “AMD 퓨전 렌더 클라우드는 1000개 이상의 그래픽 프로세서를 사용해 백만 개의 컴퓨팅 쓰레드를 처리할 수 있도록 설계됐다”며, “1 페타플롭스 이상의 성능을 제공하는 이제까지 볼 수 없었던 가장 강력한 그래픽 슈퍼컴퓨터가 될 것”고 설명했다.

또한,“이 슈퍼컴퓨터에는 오토이의 소프트웨어가 탑재돼 고화질(HD) 클라우드 컴퓨팅을 실현할 것이며, 올해 하반기에 완성될 예정”이라고 덧붙였다.

이 시스템은 콘텐츠 공급업체들이 비디오 게임, PC 애플리케이션과 기타 다른 그래픽 집약적인 애플리케이션을 인터넷 클라우드를 통해 웹 브라우저를 가지고 있는 모든 종류의 휴대형 기기에 제공해 해당 기기의 배터리를 급격히 단축시키지 않고도 원활히 콘텐츠를 재생할 있도록 개발되고 있다고 회사측은 말했다.

AMD 퓨전 렌더 클라우드는 영화와 게임 등 고화질 콘텐츠를 컴퓨팅 클라우드에 저장하고 압축해서 그것을 다시 실시간으로 무선이나 브로드밴드를 통해 스마트폰, 셋톱박스 초박형 노트북 등 어떤 기기에나 제공할 수 있도록 하는 ‘서버 렌더링’을 제공할 예정이다.

HD클라우드 컴퓨팅은 원격 렌더링 작업을 거친 콘텐츠를 기기의 크기나 배터리 수명, 프로세서 성능의 제약상 고화질 콘텐츠를 저장하고 처리할 수 없는 디바이스에 전송해 고화질(HD) 콘텐츠를 말 그대로 언제 어디서나 휴대형 기기 사용자들에게 제공할 수 있게 된다.

AMD 퓨전 렌더 클라우드는 전에 볼수 없는 스케일로 영화와 비주얼 효과 그래픽의 실시간 렌더링을 원격으로 가능하게 한다. 게임 업체들은 AMD 퓨전 렌더 클라우드를 활용해 차세대 게임 콘텐츠 개발, 배포함으로써 사용자들이 웹과 같이 개방적이고 다양한 새로운 공급망을 통해 사진과 같은 현실감을 가진 가상세계 게임을 제한 없이 즐길 수 있도록 한다.

오토이의 줄스 울바흐(Jules Urbach) CEO는 “선도적인 CPU기술을 고도의 집약적인 대량 병렬 그래픽 프로세서와 결합한 AMD 퓨전 렌더 클라우드는 오늘날 많은 슈퍼컴퓨터가 안고 있는 공간 및 전력, 비용의 문제를 겪지 않고도 세계에서 가장 강력한 산업 컴퓨터들과 어깨를 나란히 할 수 있다”고 말했다.

또한, “오토이의 혁신적이고도 유연한 소프트웨어 플랫폼과 결합돼 AMD의 퓨전 렌더 클라우드는 엔터테인먼트 업계를 변화시키고 소비자와 최상의 콘텐츠 경험의 접점 사이에 존재하는 기술적 제약을 없앨 것”이라고 강조했다.

AMD는 오토이의 소프트웨어 개발 및 미들웨어단의 지원과 함께 AMD 퓨전 렌더 클라우드에 대한 하드웨어 및 엔지니어링 자원을 제공할 예정이다.

中國의 고성능 컴퓨터 연구 개발 수준 세계 10위권에 진입

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2008-11-17

‘전 세계 고 성능 컴퓨터 TOP 500개 업체’ 리스트가 11월 17일에 공식 발표되었는데, 중국의 ‘수광(曙光) 5,000A’ 슈퍼컴의 최고 계산 속도가 230억 차에 달하고, ‘Linpack 측정 테스트 수치’가 180만 억 차에 달하여 ‘세계 슈퍼컴 10위권’에 진입하여 주목을 받고 있다.

관련 설명에 따르면, ‘수광 5,000A’는 세계 슈퍼컴 10위권에 들어감으로써 중국은 전세계 두 번째의 ‘100만 억차 슈퍼컴’을 연구 개발할 수 있는 나라가 되었을 뿐만 아니라 중국 ‘상하이(上海) 슈퍼 계산 센터’는 세계적으로 계산 능력이 제일 강한 ‘범용 고성능 계산 센터’ 중의 하나가 되었다고 한다.

‘수광 5,000A’는 중국 ‘국가 첨단기술 산업화 중점 프로젝트’인 ‘863 계획’ 프로젝트인 ‘고효율성 컴퓨터 및 네트워크 서비스 환경 연구’의 핵심 과제 중 하나로서, 중국 ‘국가 과학기술부’와 상하이시 정부가 공동으로 비용을 지원하여 실행한 프로젝트에 속한다고 한다. ‘수광 5,000A’ 슈퍼컴은 지난 2008년 9월, 중국 톈진(天津)시에서 완성되었으며 11월에 베이징(北京)에서 성능 측정 테스트가 완성되었다고 한다.

‘수광 5,000A’는 현재 중국 내에서 연구 개발된 계산 속도가 제일 빠른 슈퍼컴에 속한다고 한다. ‘수광 5,000A’ 슈퍼컴은 ‘상하이 슈퍼 계산 센터’에 설치되어 ‘머팡(魔方)’이라는 이름으로 계산 작업을 실행하고 있다고 한다. ‘수광 5,000A’의 계산 능력은 ‘수광 5,000A’ 슈퍼컴이 ‘상하이 슈퍼 계산 센터’ 내에 설치되기 전의 계산 능력의 20배에 달한다고 한다.

‘상하이 슈퍼 계산 센터’의 사용자는 현재 중국 내 27개 성(省), 자치구(自治區), 직할시(直轄市)에 분포되어 있다고 한다. 중국 정부가 추진하고 있는 ‘국가 혁신 전략’ 실행이 구체화되면서 각 분야 사용자들은 ‘원천성 연구 개발’을 추진하는데 있어서 중요한 수단 중 하나가 되고 있는 ‘고 성능 계산’에 대해 더욱 높은 요구를 제시하고 있는 상황이라고 한다.

‘머팡’의 설치 및 공식 가동은 현재 계산 자원 면에서의 수요와 공급 간의 모순을 해결하고 더욱 많은 독자적인 혁신을 추진하고 있는 사용자들과 중국 정부가 공식 가동한 새로운 ‘중대 과학 연구 및 공정 프로젝트’ 실행을 위해 더욱 막강한 지원 플랫폼을 제공할 수 있게 되었다고 한다.

Internet Data Center

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As video-based services and multimedia content expand, the Web is delivering a host of advanced communications, collaboration, sales, and production applications for businesses, as well as new services for consumers. For Internet service providers, this represents a large opportunity, provided their data centers are up for the challenge.

Woven Delivers 10 GE for Internet Data Centers
Woven Systems™ eliminates scalability barriers and minimizes latency with its 10 GE EFX 1000 Ethernet Fabric Switch, which is designed to meet the widest range of application requirements. Internet service providers can now scale their existing infrastructures using Ethernet and achieve performance that previously only complex Layer 3 networks could deliver. Woven’s high port, low-latency switch uses an innovative method to build massively scalable multi-path 10 Gigabit Ethernet (GE) fabrics that simplify Internet data center infrastructures and revolutionize service performance. Plus, Woven’s unique vSCALE™ technology continuously monitors congestion and automatically re-balances traffic to less congested paths without dropping or re-ordering packets, further enhancing performance and throughput.

Resolving Ethernet’s Scalability Challenge
As web-based services proliferate, so do the number of server connections on network switches. This strains network infrastructure and complicates power and cooling requirements. Driven by video applications, the requirement for more Internet bandwidth and 10 GE connections are increasing exponentially. However, scaling beyond the limits imposed by Ethernet Spanning Tree requires Layer 3 routing, which adds a new level of complexity to Internet service providers’ networks.
Woven’s Ethernet fabric switch solutions eliminate Ethernet's traditional scalability limitations, allowing operators to build massively scalable networks. These switches can be interconnected in a multi-path, meshed topology to create 10 GE fabrics that scale to more than 4000 fully non-blocking 10 GE edge ports. As a result, this resilient network structure is not limited by the bandwidth capacity of a single switch, enabling Internet service providers to deploy new services without having to re-engineer their networks.

Lower Total Cost of Ownership
As customer and application demands increase, servers will increasingly require 10 GE connectivity. Woven’s 10 GE fabric solutions deliver unsurpassed performance, scalability and manageability using familiar, standards-compliant Ethernet. Woven solutions do not require specialized expertise, re-building existing applications, or complex re-routing and re-configuration. With the highest number of 10 GE ports per chassis at one-third the rack space and one-fifth the power consumption of existing switching solutions, Woven delivers the lowest total cost of ownership.

Deploy New Services Fast
Woven can reduce service deployment schedules by weeks or months, because one Ethernet fabric greatly simplifies launching new applications and services. Applications developed on Ethernet can run on a Woven fabric without having to be re-built. In fact, applications can be built on smaller, less costly systems and moved to a large infrastructure with confidence.

High Performance Computing

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Woven Systems™ makes it easier to build High Performance Computing (HPC) cluster systems with its 10 Gigabit Ethernet (GE) fabric switching architecture. Optimized for low latency and delivering massive scalability, the Woven solution allows multiple Ethernet switches to interconnect to form a fabric that scales to over 4000 non-blocking10 GE ports. HPC system designers can now achieve ultra-high performance without compromising compatibilty.

Improved Performance
Woven integrates your storage and computing resources on a single, scalable, high-performance fabric to eliminate the difficulties imposed by proprietary interconnects. For instance, heavy traffic loads create congestion and poor performance in underlying transport networks. If the network node fails, applications running on the fabric could fail because the fabric topology mapping changes, requiring remapping to the subnet manager. Network re-tuning to accommodate a new application is usually a manual, time-consuming process and in many cases too difficult to achieve.
Woven, on the other hand, with its single high-performance 10 GE fabric connecting storage and computing, standard TCP/IP applications and services can run at maximum performance under load. Plus, Woven’s unique vSCALE technology continuously monitors congestion and automatically re-balances traffic to less congested paths without dropping or re-ordering packets.

Balanced Systems
Woven also makes it easier to balance storage, computing, and interconnect resources for HPC applications. If a particular application requires higher network bandwidth, the Woven fabric can be partitioned to guarantee resources for that application. No other interconnect fabric offers the flexible assignment and fine control of network resources for guaranteeing application performance.

Faster System Deployment
Although HPC system designers increasingly use commodity-based hardware to reduce costs and deploy systems faster, the underlying interconnect networks continue to introduce unnecessary complexity, which slows system deployment. Woven reduces new deployment schedules by weeks or months, because using a single Ethernet fabric greatly simplifies building new clusters. No additional IT resources are needed to deploy new clusters and re-distribute computing problems from other systems. Applications can be built on smaller, less costly systems, validated, and moved to a larger system with confidence.