누구나 그린 컴퓨팅을 원합니다.
모바일 사용자들은 최대 성능과 배터리 수명을 요구합니다. 기업과 정부는 강력하면서도 환경 친화적인 시스템을 점점 더 요구하고 있죠. 또한 클라우드 서비스는 그리드에 부담을 주지 않으면서 글로벌 수요에 대응해야 합니다.
이러한 이유로 그린 컴퓨팅은 지난 30년 동안 빠르게 발전했으며 앞으로도 계속될 것입니다.
그린 컴퓨팅의 정의
그린 컴퓨팅 또는 지속 가능한 컴퓨팅은 컴퓨터 칩, 시스템, 소프트웨어가 설계되고 사용되는 방식에서 에너지 효율성을 최대화하고 환경 영향을 최소화하는 관행입니다.
그린 정보 기술, 그린 IT 또는 지속 가능한 IT라고도 불리는 그린 컴퓨팅은 컴퓨터를 만드는 데 사용되는 원자재부터 시스템 재활용 방법에 이르기까지 공급망 전체를 포괄합니다.
작업 환경에서 그린 컴퓨터는 일반적으로 와트당 성능으로 측정되는 최소 에너지로 최대 작업을 수행해야 합니다.
그린 컴퓨팅의 중요성
그린 컴퓨팅은 우리 시대의 실존적 위협인 기후 변화에 맞서 싸우는 중요한 수단입니다.
지구 온도는 지난 세기 동안 약 1.2°C 상승했는데요. 그 결과 만년설이 녹아 해수면이 약 20cm 상승했으며 극한 기상 현상의 빈도와 강도가 증가하고 있습니다.
전기 사용의 증가는 지구 온난화의 원인 중 하나입니다. 연간 약 200테라와트시를 사용하는 데이터센터는 전체 전력 사용량의 작은 부분(약 1%)을 차지하지만 주의가 필요한 성장 요인입니다.
강력하고 에너지 효율적인 컴퓨터가 이에 대한 해결책의 일환입니다. 이러한 컴퓨터는 우리가 기후 변화를 이해하고 대응하는 방식을 포함해 과학과 삶의 질을 발전시키고 있습니다.
그린 컴퓨팅의 요소
엔지니어들은 그린 컴퓨팅이 총체적 분야라는 것을 알고 있습니다.
MLPerf AI 벤치마크 전력 워킹 그룹의 공동 의장이자 NVIDIA에서 성능 분석을 담당하는 저명한 엔지니어인 사친 이드군지(Sachin Idgunji)는 “에너지 효율성은 소프트웨어에서 칩에 이르기까지 풀스택 문제입니다”라고 말했습니다.
예를 들면, 한 분석에서 그는 NVIDIA DGX A100 시스템이 이전 세대에 비해 스케일 아웃 AI 훈련 벤치마크에서 에너지 효율성이 거의 5배 향상됐음을 확인했습니다.
그는 “내 주요 역할은 GPU와 시스템 노드에서 전체 데이터센터 규모에 이르기까지 모든 영역에서 AI 애플리케이션의 에너지 효율성을 분석하고 개선하는 것입니다”라고 말했습니다.
이드군지가 하는 일은 스마트폰에서 슈퍼컴퓨터에 이르기까지 다양한 제품을 만드는 엔지니어들을 위한 업무 설명입니다.
그린 컴퓨팅의 역사
그린 컴퓨팅은 1992년 미국 환경보호국(EPA)이 에너지 효율성 표준을 충족하는 소비자 전자 제품을 식별하는 프로그램인 에너지 스타(Energy Star)를 출범하면서 대중의 주목을 받았습니다.
2017년 보고서에 따르면, 22개국에서 100개에 달하는 정부와 산업 프로그램이 그린 ICT 또는 지속 가능한 정보 통신 기술이라고 부르는 것을 추진하고 있습니다.
그중 하나인 친환경가전협회(GEC, Green Electronics Council)는 시스템의 에너지 효율성 등급을 평가하는 전자제품 환경평가도구(EPEAT)를 제공합니다. GEC에 따르면, 현재까지 권장되는 15억 개의 친환경 제품의 사용을 통해 거의 4억 메가와트시 전기를 절약했다고 합니다.
그린 컴퓨팅 작업은 모든 수준에서 업계 전반에 걸쳐 계속되고 있습니다.
예를 들어, 일부 대형 데이터센터는 수냉 시스템을 사용하고 시원한 주변 공기를 이용할 수 있는 지역에 지어지는 데이터센터도 있죠. 슈나이더 일렉트릭(Schneider Electric)은 최근 데이터센터의 지속 가능성 수준을 결정하기 위한 23가지 지표를 권장하는 백서를 발표했습니다.
에너지 효율의 선구자
버지니아 공대의 컴퓨터 사이언스 교수인 우 펭(Wu Feng)은 그린 컴퓨팅의 한계를 뛰어넘는 경력을 쌓았습니다. 처음에는 로스 알라모스 국립 연구소에서 일할 때 필요에 의해 시작했다고 합니다.
그가 외부 창고에서 관리하는 오픈 사이언스 연구를 위한 컴퓨터 클러스터는 겨울에 비해 여름에 두 배 더 많은 고장이 발생했습니다. 그래서 그는 열을 많이 발생시키지 않는 저전력 시스템을 구축했습니다.
그는 2001년 슈퍼컴퓨팅 컨퍼런스에서 그린 데스티니(Green Destiny)라는 시스템을 시연했습니다. BBC, CNN, 뉴욕타임스 등에서 보도된 이 시스템은 HPC 커뮤니티에서 효율성뿐만 아니라 잠재적인 안정성에 대한 수년간의 토론을 촉발했습니다.
슈퍼컴퓨터와 데이터센터가 성장함에 따라 높아진 관심으로 인해 전력 소비의 경계가 확장됐습니다. 2007년 11월에 약 30명의 HPC 전문가와 협력하여 커뮤니티 피드백을 수집한 후 펭은 에너지 효율적인 슈퍼컴퓨팅에 대한 업계의 벤치마크인 첫 번째 Green500 리스트를 발표했죠.
그린 컴퓨팅 벤치마크
Green500은 성능을 새로운 차원으로 끌어올리면서 전력 소비를 줄여야 하는 커뮤니티의 집결점이 됐습니다.
펭은 “에너지 효율성이 기하급수적으로 증가했으며 리스트 상위에 있는 가장 친환경적인 슈퍼컴퓨터의 경우 와트당 플롭이 매년 약 2배씩 증가했습니다”라고 말했습니다.
일부 측정 결과에 따르면, 세계에서 가장 친환경적인 시스템의 에너지 효율성이 지난 14년 동안 2배 이상 증가한 것으로 나타났습니다.
펭은 현재 세계에서 가장 빠른 시스템에서 흔히 볼 수 있는 GPU와 같은 가속기의 사용이 주로 이러한 이점을 제공한다고 말합니다.
그는 “많은 오버헤드 없이 대규모 병렬 방식으로 코드를 실행할 수 있는 기능을 추가한 가속기를 통해 엄청나게 빠르게 실행할 수 있었습니다”라고 말했습니다.
그는 일본의 츠바메 슈퍼컴퓨터 2세대를 초기 사례로 들었는데요. 츠마베 슈퍼컴퓨터는 NVIDIA Kepler와 Pascal 아키텍처 GPU를 사용하여 2014년과 2017년에 Green500 리스트 1위를 차지했으며, 이외에도 GPU로 가속화된 여러 시스템이 리스트에 포함됐습니다.
오는 11월 슈퍼컴퓨팅 행사에서 그린 슈퍼컴퓨팅 작업으로 상을 받게 될 펭은 “가속기는 전체 리스트에 큰 영향을 미쳤습니다”라고 말했습니다.
그는 “특히 NVIDIA는 에너지 효율성 수치가 보고되도록 함으로써 Green500에 대한 참여와 지원에 적극적이었습니다. 따라서 에너지 효율성이 오늘날 슈퍼컴퓨터 설계 방식의 일급 시민(first-class citizen)이 되도록 도왔습니다”라고 덧붙였습니다.