KISTI방문 - BCI와 슈퍼컴퓨팅

9월 7일, 동아리 및 과제 연구 시간에 KISTI로 견학을 다녀왔다!

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가. 사전 질문

작성한 질문

뇌-기계 인터페이스 기술(BCI)과 양자 컴퓨팅 기술 모두 현재 기술 분야에 있어 혁신적이고 흥미로운 기술이라고 생각합니다. 저는 BCI 기술에 관심이 많아 관련된 내용을 찾아보고 공부하고 있는데, 양자 뇌 네트워크, 양자 메타버스라는 기술을 통해 빠른 속도로 BCI 제어가 가능하다는 내용을 접하게 되었습니다.

Q1. 현재 BCI 기술은 뇌파 판독기인 EGG의 속도가 느려서 비교적 간단하고 단순한 명령만 수행할 수 있다고 알고 있습니다. 만약 슈퍼컴퓨터, 양자 컴퓨터와 BCI를 접목해 사용하면 뉴런 네트워크 간의 대규모 통신을 빠른 속도로 입력받고, 처리하고 분석하는 것이 가능할까요?

Q2. 슈퍼 컴퓨팅 기술을 사용한 EEG로 대규모 데이터를 받아올 수 있다고 한다면, 그 데이터 신호를 분석하고 분류하여 정보를 만들어내는 작업도 슈퍼 컴퓨팅 기술과 관련된 내용일까요? 맞는다면 슈퍼 컴퓨팅의 어떠한 성질이 BCI에 도움이 될 수 있는지, 아니라면 이 분야는 어떤 기술과 관련 있는지 궁금합니다!

Q3. 뇌가 양자 컴퓨터로 기능한다는 주장에 대해 어떻게 바라보시나요? 양자 컴퓨팅을 사용하여 "진정한" 인공지능을 만들어낼 수 있을 것이라는 생각이 꿈에 취한 것인지, 이론상 가능성이 있는지 궁금합니다.

Q4. BCI와 슈퍼 또는 양자 컴퓨팅의 융합 기술에 대한 전망을 어떻게 바라보시는지, 이 융합 기술 연구에 대한 논문이나 정보는 어디에서 찾아볼 수 있을지 알고 싶습니다.
Q5. 별개로, KISTI에서 제작한 슈퍼컴퓨터 5호기의 특징 및 기존 1~4호기 슈퍼컴퓨터에서 발전한 부분은 무엇인가요? 그리고 이제 제작될 6호기는 어떤 특징이 있는지 알고 싶습니다!

감사합니다! :)



+ 과거 3진법 반도체에 대해 들어본 적이 있습니다. 3진법 반도체에 대해 어떻게 생각하시는지, 장단점이 무엇인지, 이에 대한 견해를 듣고 배우고 싶습니다! 질문이 너무 많은데, 혹시 시간이 너무 지체되거나 한다면 이 질문은 무시해 주시면 감사하겠습니다 :)

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질문 이유

원래 슈퍼 컴퓨터에 대해 잘 모르고 있었기에 어떤 개념인지 사전 조사를 진행했다.
슈퍼 컴퓨팅의 목적, 활용되고 있는 분야 등을 찾아보았고, 최근 슈퍼 컴퓨팅 기술이 4차 산업혁명의 주요 핵심 기술들과 함께 사회적 문제를 해결하는 결정적인 역할을 하고 있다는 것을 알게 되었다.
그리고 원래 뇌-기계 인터페이스(BCI) 기술에 관심이 많아 공부를 진행하고 있었는데, 현재 기술로는 뇌파 판독기인 EEG의 속도가 느려서 많은 양의 데이터를 받을 수 없다는 생각이 들었고, 이 점이 아쉬웠다.
그렇기에 ‘슈퍼 컴퓨팅과 BCI 기술을 접목하면 느린 속도라는 단점을 해결할 수 있지 않을까‘하는 생각을 하게 되어 찾아보았다.
그러다 양자컴퓨터와 BCI에 대해 다룬 글을 읽어보게 되었고, 이 글을 읽으며 든 생각에 대해 전문가의 답변을 받아보고 싶었다.
양자 컴퓨팅과 슈퍼 컴퓨팅의 차이도 잘 모르고 있던 상태였기에 전문가에게 답변을 들어 궁금증을 해결하고 싶었다.
또한, KISTI에서 제작한 슈퍼 컴퓨터가 현재까지 총 5대인데, 지금 사용하고 있는 슈퍼 컴퓨터 5호기의 특징이 무엇인지, 기존의 1~4호기에서 발전한 점은 무엇인지 알아야 제대로 이해하고 관심 가질 수 있다고 생각했기에 Q5와 같은 질문을 추가했다.

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나. 특강

슈퍼컴퓨터의 원리에 대해 듣기보다는 역사와 현황, 성능 등에 대해 들었다!
https://what-i-want-to-do.tistory.com/14?category=1306338

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다. 견학

KISTI 원장님께서 직접 견학 안내를 해주셨다!
직접 가까이에서 5호기를 보고, 설명을 듣고, 단체 사진을 찍고 나왔다.
동영상을 켜고 쫙 둘러보며 기록을 남기려고 했는데, 촬영이 불가한 곳이라고 하셔서 급하게 핸드폰 내리고 눈에만 담아왔다.

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라. 질문에 대한 답변 작성

사실 내가 준비한 질문에 대해서는 시간 관계상 답변을 해주시지 못해서, 따로 조사를 통해 답변을 채웠다.

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A1.
EEG는 두피 표면의 전기장을 기록해 뇌의 활동을 측정하는 방법이다. EEG 기반 BCI는 반응이 느리고, 계산 분석 및 추출에 많은 시간을 소비한다는 문제점이 있다. 실제로 EEG 연구는 대규모 data set을 만들어내기에 굉장히 많은 시간을 요하고, 이는 실제 연구 상황에서 실현 가능하지 않은 경우가 많다.
이러한 단점은 슈퍼 컴퓨팅 기술로 보완할 수 있다. 실제로 뇌파 분석 프로그램인 EEGLAB에서도 이와 관련된 기능을 지원하고 있다. ICA 분해를 위한 고효율 GPU의 사용을 시작했지만, 이 방법은 EEG 연구자가 일반적으로 사용할 수 있는 것이 아니다. 또한 학술 슈퍼 컴퓨터 센터에 공개적으로 사용 가능한 HPC 리소스가 존재하지만, 이는 신경과학자들이 사용하기에는 기술적 장벽이 존재한다는 단점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 The Neuroscience Gateway (NSG)가 만들어졌는데, 이는 고차원 최적화 및 매개 변수 공간 탐색을 포함한 복잡한 컴퓨팅 단계를 포함하는 데이터 분석이나 대규모 신경 네트워크의 시뮬레이션을 위해 HPC 리소스에 액세스해야 하는 컴퓨터 신경 과학자들을 위해 처음 만들어진 것으로, 뇌 이미징 분야에서 좋은 평가를 받고 있다.
이뿐 아니라 다중 core 기반의 빠른 EEG 신호 연산 및 분석 방법이나 GPU 기반의 슈퍼 컴퓨터를 사용한 EEG 분석 연구 등 슈퍼 컴퓨팅과 EEG에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
실제로 the San Diego Supercomputer Center (SDSC)에서 슈퍼컴퓨터의 성능을 활용하여 대규모 EEG data set을 효과적으로 분석할 수 있음을 입증했다.
즉, 슈퍼 컴퓨팅과 BCI를 접목해 사용하면 뉴런 네트워크 간의 대규모 통신을 빠른 속도로 입력받고, 처리하고 분석하는 것이 가능할 것이다.

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A2.
EEG 신호를 받아와서 분석하고 처리하는 것이 슈퍼 컴퓨팅 기술인 것이 아니라 이 분석의 속도를 빨리 하기 위한 방법을 연구하는 것이 슈퍼 컴퓨팅 기술인 것이다. 즉, 분석하는 기술 자체는 슈퍼 컴퓨팅 기술이 아니고 그 기술의 효율과 실현 가능성 향상을 위해 슈퍼 컴퓨팅 기술과 접목하는 것이다. 빠른 연산이 가능하고, 대규모 데이터를 받아서 처리할 수 있는 슈퍼 컴퓨터의 특징이 빠른 EEG 처리 및 분석에 도움이 된다. 원래 빨랐던 것이 더 빨라지는 것이 아니라, 원래 실제로 사용하기 어려울 정도로 너무 느리던 것이 실현 가능하게 빨라지는 것이므로 슈퍼 컴퓨팅을 접목한 기술은 그에 대한 효과가 크다.

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A3. 답변을 듣지 못했다.

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A4. 답변을 듣지 못했다.

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A5.
슈퍼 컴퓨터란 통상적으로 세계 성능 순위 상위 500위 내의 컴퓨터를 의미한다. 이처럼 절대적인 기준이 아닌 상대적인 기준에 의해 평가되므로 슈퍼 컴퓨터의 수명은 보통 5년 정도이다. 그렇기에 우리나라에서도 여러 대의 슈퍼 컴퓨터를 만들어 현재 총 5호기까지 제작되었다. 과거에는 CPU 성능이 좋아지면 기술이 좋아질 것이라고 생각해 반도체 공정을 집중적으로 연구했지만, CPU 성능의 경우 현재 물리적 법칙의 한계로 더 이상 발전이 어렵다. 그렇기에 오늘날에는 core 하나에 대해 성능을 향상하는 것이 아니라 여러 개의 core을 합쳐서 하나의 컴퓨터처럼 동작하도록 만들고 있다. 그 예시로 5호기의 경우 8300대의 컴퓨터를 합쳐서 제작된 것이다.
5호기의 특징은 다음과 같다.

• 네트워크 스위치를 사용해 컴퓨터를 트리처럼 묶어놓은 것이다
• 포대형 클러스터 시스템 타입으로 저장용량이 20PB이다.
• 8300대의 컴퓨터 모두 하드웨어를 갖고 있는 것이 아니고, RAM만 존재한다.
  OS 또한 빠른 속도를 위해 중앙 NAS에서 이미지 파일로 가져와 한번에 로딩하는 방식을 사용하고 있다.
• 간접적 순행 냉각 방식을 사용한다.
• 내구성을 향상시키고 secondary 백업용인 Tape Storage는 10PB이다.

현재까지는 CPU를 사용하고 있었지만, 6호기부터는 GPU를 도입하여 AI을 연구하는 사람도 슈퍼 컴퓨터를 보다 잘 사용할 수 있도록 한다. 하지만 프로그래밍 언어가 변화하기에 새로 프로그래밍 해야 한다는 문제점이 존재한다.

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마. 소감

원래 슈퍼 컴퓨터가 정확히 무엇인지 명확하게 알지 못했고, 막연히 다가가기 어려운 큰 개념이라고만 생각했는데 이번 견학에서 슈퍼 컴퓨터의 정의와 구현 방식, 활용, 일반 컴퓨터와 다른 점들을 배우며 슈퍼 컴퓨터에 대해 접해볼 수 있었고, 개념 또한 잡을 수 있어서 유익했고 이 분야에 관심이 생기게 되었다.

강의를 통해 슈퍼컴퓨터가 발전해간 과정과 그 엄청난 성능에 대해 듣고, 실제 5호기인 누리온을 보니 정말 신기하고 쉽게 못 해볼 경험을 해봤다는 생각이 들었다.

슈퍼 컴퓨팅은 저와 관련이 적은 분야라고만 생각했는데, 막상 이야기를 듣고 BCI와 융합한 기술들을 찾아보고 공부하다보니 큰 흥미가 생겼고, 4차 산업 혁명 시대에 주요 기술과 융합하면 큰 일을 이루어낼 수 있을 거라고 기대가 됐다.

핵, 미사일 연구나 다리와 같은 구조 설계, 우주 탄생 연구, 코로나 시뮬레이션, 유체 시뮬레이션, 기상 예측, 공기 흐름에 따른 화재 예측, 화학, 제조, 바이오... 진짜 거의 모든 분야에 슈퍼 컴퓨터가 사용되고 있다는 사실이 놀라웠고, 이렇게 자연스럽게 일상에 녹아든 슈퍼 컴퓨터의 원리에 대해 더 공부해서 그 신기함을 느끼고 싶다고 생각됐다.

정말 유익한 견학이었고, 사전 조사나 견학 후 추가 조사 과정도 도움이 많이 된 것 같다!