독일 Forschungszentrum Jülich의 유럽 최초 엑사스케일 슈퍼컴퓨터인 JUPITER는 NVIDIA Grace Hopper 슈퍼칩과 NVIDIA Quantum-X800 InfiniBand 네트워킹으로 구동됩니다. 얼마 전 함부르크에서 개최된 국제 슈퍼컴퓨팅 컨퍼런스(ISC)에서는 네 가지 연구 프로젝트를 통해 엑사스케일 컴퓨팅의 실질적 활용이 선보였는데요, 세포 단위의 뇌 지도 작성, 1킬로미터 해상도의 지구 기후 시뮬레이션, 차세대 무선 네트워크용 AI 시스템, 그리고 50큐비트 양자 컴퓨터 시뮬레이션이 그 주인공입니다.
Jülich 슈퍼컴퓨팅 센터 소장인 Thomas Lippert는 “JUPITER를 통해 유럽은 단순히 엑사스케일 시대에 합류하는 것이 아니라, 가장 광범위한 과학 분야에서 그 선두에 서게 됩니다.”라고 소감을 밝혔습니다.
뇌 지도 작성을 위한 파운데이션 모델
Jülich 뇌 지도 프로젝트(Jülich Brain Atlas)는 뇌의 미세 구조를 분석하는 파운데이션 모델 CytoNet을 개발했습니다. 인간의 뇌에는 860억 개의 뉴런과 약 100조 개의 연결이 존재하는데요, 신경과학자 Katrin Amunts와 컴퓨터 과학자 Christian Schiffer가 이끄는 신경과학의학연구소(INM-1) 연구팀은 개별 세포 구조를 더 넓은 조직 패턴과 연결하는 세포 단위 뇌 지도를 구축하고 있습니다.
학습은 JUPITER에서 5일 이내에 완료되었으며, 21개의 사후 뇌에서 수집된 6.5 페타바이트 데이터와 4,096개의 NVIDIA Grace Hopper 슈퍼칩이 활용되었습니다. 연구 결과는 arXiv에서 확인할 수 있습니다.
Amunts는 이렇게 말했습니다. “처음으로, AI를 단순히 뇌 분석 도구로 사용하는 것이 아니라, 실험 자체를 추론할 수 있는 에이전트를 구축하게 되었습니다. 이는 신경과학 연구 방식을 근본적으로 변화시킬 것입니다.”
연구팀은 NVIDIA Nemotron 3 120B를 포함한 오픈 모델을 활용해 멀티모달 추론과 언어 인터페이스를 통합한 AI 어시스턴트를 개발할 계획입니다. 이를 통해 연구자들이 뇌 데이터에 직접 질문할 수 있게 됩니다.
킬로미터 해상도로 구현한 기후 시뮬레이션
ETH 취리히, 독일 기후 컴퓨팅 센터, Jülich 슈퍼컴퓨팅 센터, 막스 플랑크 기상학 연구소, NVIDIA, 스위스 국립 슈퍼컴퓨팅 센터, 함부르크 대학교가 공동 개발한 ICON 모델은 SC25에서 고든 벨 기후 모델링상을 수상했습니다.
ICON은 대기, 해양, 육지, 생지화학, 탄소 순환 전 구성 요소를 포함해 1킬로미터 해상도로 지구 결합 시스템을 시뮬레이션하는 최초의 모델입니다. 식물성 플랑크톤의 번성과 동물성 플랑크톤의 먹이 활동 등 전체 생태계를 시각화하며, 개별 구성 요소만을 모델링하던 기존 시스템을 뛰어넘었죠.
20,480개의 NVIDIA Grace Hopper 슈퍼칩으로 구동되는 이 모델은 24 컴퓨팅 시간 내에 약 146일의 실제 기후를 시뮬레이션하며 전 세계 기후 시뮬레이션 세계 기록을 수립했습니다.
막스 플랑크 기상학 연구소의 Daniel Klocke는 이를 이렇게 설명합니다. “전 지구적 1킬로미터 해상도에서는 이러한 상호작용 중 많은 부분이 물리 법칙으로부터 직접 도출됩니다. 이는 대기, 해양, 생물권 상호작용에 대한 전례 없는 이해를 가능하게 합니다.”
6G를 위한 엑사스케일 파트너십
올해 3월, Ericsson과 Forschungszentrum Jülich는 5G 발전 및 6G 네트워크를 위한 AI 개발 협력을 발표하고, 거대 AI 모델 학습 및 테스트에 JUPITER를 활용하기로 했습니다. 연구는 에너지 소비를 줄이면서 복잡한 네트워크 운영을 관리하는 뇌 영감형 아키텍처에 초점을 맞추고 있습니다.
주요 연구 과제로는 무선 및 코어 네트워크 AI 모델, 네트워크 엣지에서의 에너지 효율적인 뉴로모픽 추론, 그리고 Jülich의 엑사스케일 연구에서 도출된 모듈식 슈퍼컴퓨팅 아키텍처 개념이 포함됩니다.
양자 컴퓨팅 기록 돌파
Jülich 슈퍼컴퓨팅 센터 연구팀은 NVIDIA 응용 연구소와 협력해 50큐비트 범용 양자 컴퓨터의 완전한 시뮬레이션을 세계 최초로 달성하며, 기존 48큐비트 기록을 경신했습니다.
JUPITER의 NVIDIA GH200 Grace Hopper 슈퍼칩이 갖춘 긴밀하게 결합된 CPU-GPU 메모리 아키텍처가 이 성과를 가능하게 했습니다. GPU 한계를 초과하는 데이터는 성능 저하를 최소화하며 CPU 메모리로 원활하게 넘어가기 때문에, GPU 메모리만으로는 불가능했던 양자 상태 저장이 실현되었습니다.
이 양자 시뮬레이터 JUQCS-50은 Kristel Michielsen이 이끄는 Jülich 슈퍼컴퓨팅 센터의 양자 컴퓨터 사용자 시설 JUNIQ에 통합됩니다. 연구자들이 양자 알고리즘을 설계하고 검증하는 동안, 이 시스템은 미래의 양자-GPU 슈퍼컴퓨터를 위한 테스트베드 역할을 합니다.
엑사스케일의 영향력
신경과학, 기후 과학, 통신, 양자 연구를 아우르는 JUPITER의 광범위한 과학적 활용은 엑사스케일 컴퓨팅이 실험적 연구에서 프로덕션 수준의 구현으로 전환되었음을 보여줍니다. 이번 결과들은 과학 최전선에서 Grace Hopper 플랫폼의 역할을 입증했습니다.
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