? 중국 상해교통대학 연구진, GPU 활용으로 유전체학 어플리케이션 16배 가속
? 유전병 원인 및 치료법 연구 촉진해 보다 효과적인 신약 개발에 기여 전망

비주얼 컴퓨팅 분야의 세계적인 선도 기업인 엔비디아(CEO 젠슨황)는 중국 과학자들이 엔비디아 GPU 기반 시스템에서 오픈ACC(OpenACC) 프로그래밍 표준을 활용해 유전체학 어플리케이션을 대폭 가속했다고 밝혔다.

중국 상해교통대학 연구진은 엔비디아® 테슬라®(NVIDIA® Tesla®) GPU 기반 시스템에서 CAPS 엔터프라이즈(CAPS enterprise) 오픈ACC 컴파일러를 사용한 결과 ‘DNA디스트(DNADist)’ 유전체학 어플리케이션[i]을 16배속으로 실행할 수 있었다. 이는 어플리케이션 코드에 간단한 다이렉티브(Directive) 4개만을 더해 이끌어낸 성과다.

DNA디스트는 진화의 역사에서 다양한 종 간의 유전적 연관성을 연구하기 위한 거리행렬(Distance-matrix) 어플리케이션으로서, 다운증후군, 혈우병, 낭포성 섬유증, 겸상적혈구병 등 유전병 치료법 연구의 초기 단계에 쓰인다. 연구자들은 DNA디스트를 활용해 뉴클레오티드(Nucleotide) 배열을 읽고 DNA 시퀀스 데이터에서 정보를 추출할 수 있으며, 이를 통해 흔히 발병하는 유전병의 원인과 치료법을 보다 정확히 규명할 수 있게 된다. GPU 컴퓨팅을 통한 DNA디스트 어플리케이션 가속은 연구진들이 훨씬 큰 범위의 데이터를 분석할 수 있게 할 뿐 아니라 치료법 연구의 초기 단계부터 적용 가능한 정보를 얻을 수 있게 해 준다.

정상 적혈구 세포(좌)와 겸상 적혈구 세포

오픈ACC는 다이렉티브를 사용하는 병렬 컴퓨팅의 프로그래밍 표준으로, 전세계 수백 만 명의 연구자들이 GPU 컴퓨팅의 막대한 파워를 간편하게 사용할 수 있도록 설계됐다. 이를 활용하면 병렬 프로그램에 대한 사전 지식 없이도 익숙한 프로그래밍 모델을 사용해서 수 시간 만에 손쉽게 연구를 가속할 수 있다.

오픈ACC 활용한 GPU 가속으로 보다 신속하고 효율적인 신약 개발에 기여
최소한의 노력으로 어플리케이션을 이전과 확연히 다른 수준까지 빠르게 가속할 수 있는 오픈ACC를 이용해, 로슈(Roche) 등 세계 유수의 제약회사들은 더욱 효과적인 신약을 보다 신속하고 효율적으로 연구, 선별 및 개발할 수 있게 되었다.

로슈 파마 글로벌 인포매틱스(Roche Pharma Global Informatics)의 스티브 팬(Steve Pan) 프로젝트 디렉터는 “로슈에서 사용하는 가장 중요한 어플리케이션 중 하나인 DNA디스트에 오픈ACC를 활용해 너무나 쉽고 빠르게 GPU 가속을 적용할 수 있어 놀랐다.”며 “신약 개발이 하루라도 빨라지면 그만큼 많은 생명을 살릴 수 있다는 점을 고려할 때 GPU의 잠재적 영향력은 값으로 따질 수 없을 정도”라고 평했다.

엔비디아의 수미트 굽타(Sumit Gupta) 테슬라 비즈니스 시니어 디렉터는 “방대한 양의 축적된 DNA 시퀀스 데이터에서 유의미한 정보를 추출하기 위해서는 점점 더 많은 전산파워가 필요하다.”고 힘주어 말했다. 그는 “오픈ACC를 활용하면 GPU 가속장치의 무궁무진한 성능을 쉽고 빠르게 적용해 엄청난 양의 게놈 데이터를 분석할 수 있다.”며 “이를 통해 생물체계 연구에 소요되는 시간이 크게 줄어들어, 보다 효과적인 차세대 신약을 개발할 가능성이 높아지게 된다.”고 말했다.

이미 다수의 연구자와 엔지니어가 오픈ACC 지원 컴파일러와 하이브리드 CPU/GPU 컴퓨팅 시스템을 사용해 CAD/CAM, 이미지 프로세싱, 재료과학, 분자동력학, 양자화학 등 각종 어플리케이션을 가속하고 있으며, 그 수는 점점 늘어나고 있다. 많은 사용자들이 이를 통해 불과 몇 시간 만에 5-10배 혹은 그보다 높은 성능으로 어플리케이션을 가속할 수 있었다고 밝혔다.