지진대비를 위해 캘리포니아 샌디에고 슈퍼컴퓨팅 센터(SDSC)의 위펭 추이(Yifeng Cui) 연구팀장과 그와 함께 일하는 연구원들은 지진으로 인한 지표면 움직임을 시뮬레이션 하는 GPU 기반 지진파 전파 코드 개발에 성공했다고 밝혔다.

SDSC 연구팀의 작업은 남부캘리포니아지진센터(SCEC)에서 진행 중인 사이버쉐이크(Cybershake) 3.0 프로젝트의 일부다. 3D 파형 모델링을 이용해 주 전역에 걸린 지진위험도(seismic hazard map)를 작성, 지진예보를 개선하고 엔지니어들이 보다 안전한 빌딩을 디자인하여 기존 고위험 건물을 리모델링 하는데 도움을 주는 것을 목표로 하고 있다. 오크 리지 국립연구소의 타이탄(Titan)과 조지아 공과대학교(Georgia Tech)의 킨랜드(Keeneland) 등 GPU 가속 슈퍼컴퓨터에서도 대규모의 시뮬레이션을 수행하여 지도를 작성하고 있다.

▲ <에페칸 포이라즈의 시각화: 캘리포니아대학교 샌디에고캠퍼스(UC San Diego)의 에페칸 포이라즈(Efecan Poyraz)와 샌디에고주립대학(SDSU)의 킴 올슨(Kim Olsen)이 구축한 시뮬레이션,
지도사진 : 구글 제공>

사진은 미국 캘리포니아주 샌 버나디노 카운티에 있는 도시 치노 힐스(Chino Hills)에서 2008년 발생한 진도 5.4도 지진 당시 동서 방향의 지표면 움직임을 보여준다. 진폭을 나타내는 적황색과 청록색 표기를 통해, 시뮬레이션에서 소규모의 이질적 움직임들(사진에서 보여지는 매우 불규칙적인 패턴의 원인)이 분지의 지면 움직임에 큰 영향을 주고 있음을 알 수 있다.

타이탄 슈퍼컴퓨터에서 페타급(Petascale) 성능을

처음엔 사이버쉐이크 3.0 프로젝트에서 필요한 시뮬레이션을 지원하기 위해 기존 CPU 기반 슈퍼컴퓨터에서 무려 7억5천만의 CPU 시간이 필요했다. 전력소모에서만 80만불 이상이 소요될 정도였다. 그래서 SDSC 연구팀은 GPU 쪽으로 선회했다.

연구팀에서 사용한 주된 지진 어플리케이션인 AWP-ODC는 GPU로 가동될 때 5배 이상 빨라져서 연구원들이 이전에는 볼 수 없었던 부분들을 발견할 수 있게 해주는데 그와 동시에 시뮬레이션을 위한 전력소비에서 60만불 이상을 절약할 수 있게 됐다.

얼마 전 연구팀은 타이탄 슈퍼컴퓨터에서 8,000개 이상의 GPU를 이용, 1 페타플롭 이상의 성능을 달성하면서 오크 리지 재규어(Jaguar) 슈퍼컴퓨터에서 달성한 220 테라플롭 지속성능 기록을 깼다.

빠른 연구 결과로 가능해지는 보다 안전한 건물과 인명 구조 작업

과거에는 전산파워를 덜 요하는 낮은 진동수의 시뮬레이션밖에 할 수 없었다. 낮은 진동수의 시뮬레이션은 고층건물이 지진에서 어떻게 반응할지 예측하는 데에는 유용하나, 고층보다 보다 더 흔한 저층건물은 일련의 급작스러운 흔들림 같이 느껴지는 높은 진동수의 지진에 더 큰 손상을 입는다.

높은 진동수의 시뮬레이션은 보다 많은 전산파워를 요하는데, 이제는 GPU 덕분에 훨씬 많은 작업들이 가능해졌다. 새로운 시나리오를 슈퍼컴퓨터에서 이행해 보다 다양한 종류의 건물, 특히 대부분의 건물 엔지니어들이 관심 갖는 저층 구조물이 어떻게 반응할지에 대해 예측할 수 있게 됐다.

연구팀의 목표는 미국 지질 조사국(USGS: U.S. Geological Survey)이 인정할 만큼 신뢰도 높은 지진예보 데이터를 생성하여 캘리포니아 내에 보다 안전한 건물이 디자인될 수 있도록 한 것. 연구팀이 예측한 지진 위험도는 특정 건물 지역에서 지진이 어떤 영향을 끼칠지 상세한 정보를 제공하고, 이를 이용해 엔지니어들은 보다 안전한 건물을 디자인하거나 고위험 지역의 기존 구조물을 재건축할 수 있게 됐다. 

다나와 테크니컬라이터 Jason

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