[뉴스비전e 정윤수 기자]슈퍼컴퓨팅 강국이었던 일본은 중국의 물량공세에 따른 글로벌 경쟁력 약화를 만회하고 AI 활용을 극대화하고자 ｢플래그쉽 2020 프로젝트｣, ｢ABCI｣ 등의 슈퍼컴퓨팅 정책을 적극 추진중이다. 

일본은 2011년까지만 해도 세계 슈퍼컴퓨터 1위였던 K-컴퓨터를 비롯하여 슈퍼컴퓨터 성능 순위에서 선도국 자리에 위치했다. 

이후 슈퍼컴퓨팅 분야가 미국-중국으로 양분되면서, 이에 대한 대책으로 일본은 선도국 지위 회복을 목표로 2014년 문부과학성 주도의 ｢플래그쉽 2020 프로젝트｣와 엑사급 슈퍼컴퓨팅 프로젝트를 추진중이다.  

◆일본, 슈퍼컴퓨터 경쟁력 되찾기 위한 정책 전개

일본정부는 인공지능을 위한 인프라로써 슈퍼컴퓨팅을 활용하는 ｢AI 브리징 클라우드 인프라(ABCI)｣ 정책을 경제산업성 중심으로 지난해 말부터 추진중이다. 

일본 정부의 슈퍼컴퓨터 경쟁력을 강화하기 위한 정책의 핵심은 2020년경 가동을 목표로 차세대 슈퍼컴퓨팅을 개발하되, 사회 및 과학의 최우선 과제를 다룰 다양한 응용 프로그램도 동시에 제공한다는 내용이다. 

문부과학성 주도로 ｢플래그쉽 2020 프로젝트｣를 추진하고, 특히 포스트-K 컴퓨터를 활용해 사회 및 과학의 최우선 과제를 다룰 응용 프로그램도 동시에 개발중이다. 이에 따라 이화학연구소를 중심으로 슈퍼컴퓨팅을 개발하고, 다양한 기관에서 포스트-K 컴퓨터를 활용할 우선순위가 높은 응용 프로그램도 내놓고 있다.   

포스트-K 컴퓨팅은 일본이 처한 문제해결과 글로벌 경쟁력 획득을 목표로 설계됐다. 

다양한 사회 ․과학적 문제를 해결하는 것에 최우선 순위를 부여하고, 이를 위해 광범위한 분야에서 사용 가능한 HW와 SW를 공동 설계 및 개발하는 것이다. 

경쟁력 있는 범용 시스템 구축을 통한 세계 최고 수준의 고성능 시스템 개발을 목표하고 있다.  

포스트-K 컴퓨터는 K-컴퓨터보다 100배 빠른 속도로 개발하는 것이 최종 목표다. 

일본의 강점을 살리고 세계적인 기술을 통합하기 위한 국제 협력을 전략적으로 활용하고, 세계 표준으로 추진중이다. 

포스트-K 컴퓨터는 K-컴퓨터 프로젝트를 통해 개발된 기술, 인적 자원 및 응용 프로그램을 최대한 활용하는데 중점을 두고 있다는 평가다. 

◆건강·환경·에너지 등 우선과제 집중하는 포스트-K 컴퓨터 정책 

일본의 차세대 컴퓨터 프로젝트 정책은  ▲건강, ▲환경, ▲에너지, ▲산업 경쟁력, ▲기초 과학 등 우선적으로 해결해야 할 9가지 과제를 지정하여 응용 프로그램 개발하고 있다. 

▲생체 분자 시스템의 기능 제어를 통한 혁신적인 신약개발 관련 기반 시설

높은 신약 개발 비용과 부작용을 감소시키기 위해 표적 단백질에만 결합하는 분자를 개발하여 부작용을 경감하고 실험 비용 및 시간 단축 필요성에서 추진된다. 

포스트-K 컴퓨터를 통해 많은 실험을 대신할 수 있는 시뮬레이션을 수행하여 비용을 절약하고 부작용이 적은 고효율 신약을 개발한다는 내용이다. 

세부적으로는 포스트-K 컴퓨터를 위한 알고리즘, 차세대 약물 발견을 위한 계산 기술, 약물 발견 통합 시스템 등이다.

▲맞춤형 예방 의학을 지원하는 생명과학 전산시스템 통합

고령인구 증가에 따른 질병의 조기 발견과 예방 의학의 중요성 증대되는 상황에서, 포스트-K 컴퓨터는 진단 및 유전체학에 대한 방대한 데이터 분석과 대규모의 생물학 시뮬레이션 수행을 통해 암 및 심혈관 질환에 대한 이해 증진과 맞춤형 치료법 개발에 기여하는데 주안점을 두고있다. 

세부적으로는 대규모 시퀀싱을 통한 암의 특성․기원에 대한 연구, 데이터 동화 기반 생체 의학 시뮬레이션을 통한 맞춤형 의학 지원, 심장 시뮬레이션과 분자 시뮬레이션 융합을 통한 기초 의학 및 임상 의학 연결 등이다. '데이터 동화'는 모델의 초기 입력 자료를 실제에 가깝도록 만들어 주는 과정이이다. 

▲ 지진․쓰나미 등 위험 및 재해에 대응하기 위한 시뮬레이션 시스템 개발

과거의 데이터만으로 예측할 수 없는 지진, 쓰나미 대비를 위해 계절, 시간, 위치 등 다양한 요소를 종합적으로 분석한 예측 필요성에서 추진중이다. 

포스트-K 컴퓨터는 통합 시뮬레이션 시스템의 시간을 단축하고, 재난 구조 노력에 있어 국가 및 지방정부에 기여 가능하다는 기대다. 

구체적으로는 지진과 쓰나미 등 재해 위험 시뮬레이션, 위험의 통합 예측을 위한 사회과학 시뮬레이션 등이다. 

▲빅데이터를 활용한 기상 및 지구 환경 예측의 발전

지구온난화가 가속되면서 일어나는 예측 불가한 기상현상에 따라 초고해상도 시뮬레이션과 위성 기반 관측 기술로부터 얻는 데이터 분석의 필요성 증대되고 있다. 

포스트-K 컴퓨터를 기반으로 정확한 기상 예측 시스템을 개발하고 태풍, 온실가스 등 기상 및 환경에 미치는 영향을 평가하는 플랫폼을 개발하고 있다.  

세부적으로는 혁신적인 기상 예측 및 고급기상 재해 방지 시스템, 날씨와 기후의 완벽한 예측, 글로벌 환경 문제를 위한 포괄적 모델 등이다. 

▲고효율 에너지 생성-변환-저장-사용을 위한 새로운 기초 기술 개발

에너지의 생성과 효율적 활용을 위한 시뮬레이션을 통해 다수의 원자와 분자 사이의 상호 작용과 이로 인해 유발되는 복잡한 현상 규명 가능해진다.     

유기 태양 전지와 고효율 태양전지의 저비용 생산, 태양광, 고효율 연료 전지와 축전지에서 수소를 생산하는 인공 광합성 및 메탄의 추출 기술 개발에 기여할 것이라는 전망이다. 

세부적으로는 태양전지와 인공광합성과 같은 대체 에너지 자원생산과 저장, 에너지 변환 및 저장, 에너지 및 자원의 효과적 사용 등이다. 

▲혁신적인 청정에너지 시스템 개발 가속화 

비용, 환경적 영향, 안전 등을 고려한 혁신적인 청정에너지 시스템 개발 필요하다는 취지에서 추진중이다. 

포스트-K 컴퓨터를 기반으로 탄소 없는 석탄가스화 플랜트, 저비용으로 오래 지속되는 연료 전지, 해안에 떠있는 대규모 풍력 발전소 등 다양한 에너지 시스템을 평가하기 위한 시뮬레이션을 실시하는 내용이다. 

고성능 컴퓨터를 활용한 연료 전지 설계 프로세스, 핵융합로의 핵심 설계, 고효율 풍력 발전 시스템 구축을 위한 대규모 수치 시뮬레이션 등이다. 

▲ 차세대 산업을 지원하기 위한 새로운 기능 장치 및 고성능 소재 개발

새로운 기능 장치 및 고성능 소재를 기반으로 에너지 효율적인 신산업을 개발하기 위해 최대 
1,000만개의 신소재 시뮬레이션 수행 필요하다. 

연구 성과물을 산업에 바로 적용할 수 있도록 포스트-K 컴퓨터를 활용하여 실제 수준의 복잡한 구조에서 시뮬레이션과 데이터 통합 실행하는 것으로, 세부적으로는 새로운 기능과 고성능 반도체 장치, 통합 광자 전자장치, 초전도체, 고성능 연구 자석과 자성 재료 등이다. 

▲ 제조업을 선도하는 혁신적인 설계 및 생산 프로세스 개발

수요자 니즈 충족을 위해 고부가가치 제품과 기술 생산에 혁신적인 설계와 생산 프로세스 도입 필요하다는 취지에서 추진중이다.  

용접 및 탄소 섬유 강화 폴리머(CFRP) 기술을 평가하기 위한 시뮬레이터 개발 등 포스트-K 
컴퓨터를 활용한 고속 시뮬레이션을 반복적으로 적용함으로써 이상적인 설계 실현이다. 

구체적으로는 차량 통합 설계 시스템, 항공기 설계 및 운영 혁신을 위한 핵심 기술 연구 등이다. 

▲ 우주의 기본법칙과 진화에 대한 설명

포스트-K 컴퓨터를 활용하여 정밀한 계산, 실험 및 관측자료 결합으로 우주의 기본 법칙을 
밝히는데 활용된다. 

구체적으로는 물질의 기원과 진화 탐구, 궁극적인 우주의 법칙과 탄생을 위한 탐구, 대규모 
시뮬레이션 및 천문학 빅데이터 활용 등이다.