KISTI-서울대, 천체 중력 측정 속도 10배 향상 알고리즘 개발

내년 도입 슈퍼컴퓨터 6호기에도 바로 적용 가능…오차는 0.1% 미만

국내 연구진이 천체 자체중력을 초고속으로 계산하는 알고리즘을 개발했다. 기존대비 속도는 10배 빠르고, 오차는 0.1% 미만으로 줄였다.

이 기술 개발은 한국과학기술정보연구원(KISTI) 김용휘 선임연구원과 서울대학교 김웅태 교수 연구팀이 진행했다.

연구팀은 GPU 기능 구현이 가능하도록, 그에 맞는 시스템 설계를 추가했기 때문에 내년 도입 예정인 슈퍼컴퓨터 6호기에 즉각 적용 가능하다고 설명했다.

기존에는 한 방향만 빠르게 계산하거나 모든 영역을 처음부터 끝까지 연산해야 해 시간이 오래 걸리는 한계가 있었다.

연구팀은 이를 개선하기 위해 큰 영역을 잘게 나눠 계산한 뒤 합치는 분할정복법(divide-and-conquer strategy)과, 미리 계산한 결과를 재활용해 불필요한 연산을 줄이는 방식을 결합해 효율성을 크게 높인 것이 특징이다.

실제 천체 현상에 적용, 실험한 결과 예시. 중심별이 만들어지고 난 뒤에 어떻게 행성이 만들어지고 진화해 가는지 보기 위한 실험으로, 실제 우주 시간으로 약 백만 년 정도 진행되었을 때의 모습.(그림=KISTI)

중력 계산은 천체물리 시뮬레이션에서 반복적으로 수행되는 핵심과정이다. 계산 속도가 빨라질수록 같은 슈퍼컴퓨터 자원으로 더 큰 우주 공간과 더 긴 시간 범위를 모사할 수 있으며, 남는 자원을 자기장이나 복사(빛) 같은 다른 물리 현상 연구에 투입할 수 있다.

이를 통해 행성의 형성, 은하의 진화, 우주의 초기 모습까지 한층 정밀하게 재현할 수 있게 된다.

연구팀은 이번 알고리즘을 슈퍼컴퓨터용 대표 유체역학 코드(FARGO3D, Athena++ 등)에 탑재해 즉시 활용할 수 있도록 구현했다. 특히 GPU 기반 병렬 처리 성능을 최적화했다. 이는 내년 도입할 국가 슈퍼컴퓨터 6호기에도 곧바로 적용할 수 있다는 것을 의미한다.

서울대 김웅태 교수는 “구면좌표계에서의 자체중력 계산은 정확도와 속도 사이의 근본적 모순이 있었는데 이번 연구가 이를 크게 완화했다”며, “슈퍼컴퓨터 환경에서 행성과 은하의 탄생을 더 빠르고 정밀하게 모사할 수 있게 됐다”고 설명했다.

KISTI 강지훈 첨단과학컴퓨팅센터장은 “이번 성과는 국가 전략 과제로 추진 중인 초고성능컴퓨팅 소프트웨어 생태계 조성 사업과 활용 고도화 사업의 방향과도 맞물려 있다”며, “슈퍼컴퓨터 6호기의 안정적 활용을 뒷받침하고, 응용 연구 저변 확대에도 기여할 것”이라고 말했다.