초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
■ 최종 목표
모델 입출력 효율화를 위한 HW/SW 연계 고속 I/O 기술 개발:
⦁ 기상예측 프로그램의 I/O characteristic 연구
⦁ Data locality를 고려한 I/O aggregation 기술 연구개발
⦁ 메모리 중복성을 제거한 direct I/O 기능을 적용한 고속 I/O 기술 연구개발
■ 전체 내용
- 기상예측 프로그램의 전체 수행패턴을 연산작업/네트워킹/디스크입출력 세 부분으로 나누어 각 부분이 전체 수행 시간에 어느 정도 영향을 미치는지

□ 연구개발 목표 및 내용
■ 최종 목표
모델 입출력 효율화를 위한 HW/SW 연계 고속 I/O 기술 개발:
⦁ 기상예측 프로그램의 I/O characteristic 연구
⦁ Data locality를 고려한 I/O aggregation 기술 연구개발
⦁ 메모리 중복성을 제거한 direct I/O 기능을 적용한 고속 I/O 기술 연구개발
■ 전체 내용
- 기상예측 프로그램의 전체 수행패턴을 연산작업/네트워킹/디스크입출력 세 부분으로 나누어 각 부분이 전체 수행 시간에 어느 정도 영향을 미치는지 분석
- I/O characteristic은 계산플랫폼 HW/SW 구성에 따라 달라질 수 있으므로 대표적인 HW/SW 구성을 고려하여 다양한 조건하에서 벤치마킹을 수행
- 벤치마킹 수행 결과 I/O characteristic에 주요 영향을 미치는 조건 변수를 추출하고 이를 통해 머신러닝/인공지능 기법을 통해 I/O 성능을 최적화할 수 있는 조건 변수의 값을 분석
- 폰 노이만 병목 현상을 해결하기 위한 방법 중 하나는 data locality를 고려하여 데이터를 이용하여 연산하는 요소와 데이터간의 거리를 최대한 감소
- Data locality를 향상시키기 위해서는 응용프로그램과 스토리지 시스템의 중간에 메모리 중심의 캐쉬, 즉 중간 저장소를 두어 자주 사용되는 데이터의 경우 훨씬 빠른 속도의 I/O를 보장하도록 함
- 병렬 I/O 서버를 통한 I/O 효율화 연구
- I/O aggregation을 이용한 성능 향상 기술 개발
- 복잡한 I/O 경로 (Deep I/O path) 문제 해결을 통한 고속 I/O 기술 개발
- 네트워크 전송 속도 향상을 위한 RDMA(Remote Direct Memory Access) 활용 기술 개발
- 연산을 위한 데이터 입출력 속도 향상을 위한 GPU-direct I/O 활용 기술 개발
- 고해상도 모델의 스토리지 문제 해결을 위한 자료 압축 기술 연구
■ 1단계
목표 : 최종 목표와 동일
내용 : 전체 내용과 동일

□ 연구개발성과
⦁ 머신 러닝을 통한 소프트웨어/하드웨어 파라미터 최적화
⦁ I/O 성능 향상 및 저장장치 효율성 제고를 위한 손실 압축 기법 적용

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
(1) 기술적 측면
o 본 과제의 연구 결과를 통해 기상예측모델의 수행 패턴을 분석한 후, 이를 연구공동체에 공유할 경우, 성능 개선을 위한 많은 후속연구를 유발할 수 있음.
o 기상예측모델의 수행 패턴 분석 결과는 연산 부분, 네트워크 커뮤니케이션 부분, 데이터 입출력 부분으로 나뉘며, 이를 통해 향후 어떤 부분을 개선하는 것이 전체 성능 개선에 도움이 될지 판단할 수 있는 주요 근거가 됨.
o 머신 러닝을 통한 소프트웨어/하드웨어 파라미터 최적화의 경우, 컴퓨터 시스템 관리자 및 전문가가 아닌 기상연구자가 기상 예측 프로그램을 HPC 컴퓨팅 자원에서 실행할 경우, 이를 최적화하기 어려운 점을 해결하여 컴퓨터 시스템 자원을 효율적으로 사용할 수 있도록 함.
o 고성능 응용 프로그램은 기상예측 프로그램 외에 다양한 프로그램들이 있으며, 본 과제를 통해 개발된 기술 및 개발 프로세스는 다른 고성능 응용 프로그램에 적용할 수 있음.
o 손실 압축 기법을 기상 예측 프로그램 수행 중 바로 활용하여, 기상 예측 프로그램의 전체 속도 뿐만 아니라 최종적으로 저장장치에 저장되는 데이터 용량을 획기적으로 줄일 수 있는 두 가지 이득을 얻을 수 있음.
(2) 경제적, 산업적 측면
o 원가절감: 기상예측 프로그램의 경우, 대부분 대규모의 컴퓨팅 자원을 요구하는 연산으로 이루어지기 때문에 슈퍼컴퓨터를 활용하게 되고, 이러한 슈퍼컴퓨터는 설치 및 운영에 많은 비용이 소요되는데 본 연구 결과를 통해 성능 향상이 이루어지면 많은 비용 점감 효과를 거둘 수 있음.
o 경쟁력 향상: 단축된 기상예측 시간을 통해 예측 결과에 대한 충분한 검증 및 다양한 상황에 대한 예측이 가능
o 타산업 파급효과: 슈퍼컴퓨터에서 개발된 기술들이 몇 년 뒤 일반 컴퓨터로 기술
이전되는 것이 일반적인 기술흐름으로, 기상예측프로그램을 위해 개발/응용된 기술들을 타산업에 적용하여 타산업에서의 경쟁력 향상 효과도 있음.

(출처 : 요 약 문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 최종보고서 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• 목차 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 13
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 35
• 1) 연구수행 결과 ... 35
• 2) 목표 달성 수준 ... 53
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 54
• 1) 목표 미달 원인(사유) 자체분석 내용 ... 54
• 2) 자체 보완활동 ... 54
• 3) 연구개발 과정의 성실성 ... 54
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 54
• 6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 55
• 끝페이지 ... 60