엔비디아(http://www.nvidia.co.kr/, CEO 젠슨황)는 美 캘리포니아 새너제이 컨벤션 센터에서 개최된 엔비디아 GPU 테크놀로지 컨퍼런스(GPU Technology Conference, GTC) 2012에서 엔비디아의 차세대 케플러(Kepler)™ GPU 컴퓨팅 아키텍처에 기반한 새로운 테슬라(Tesla) GPU 제품군을 발표했다.
엔비디아 차세대 테슬라 K10과 K20 GPU는 전 세계적으로 가장 복잡한 고성능 컴퓨팅(High Performance Computing, HPC) 문제를 처리하기 위해 구축된 컴퓨팅 가속장치로, 28nm 공정 기반의 케플러 아키텍처를 채택해 보다 다양한 범위의 과학 및 기술 어플리케이션에서 GPU 가속 컴퓨팅을 실현한다.
고성능과 초고효율을 달성하기 위해 설계된 케플러 아키텍처는, 2년 전 도입 당시 병렬 컴퓨팅의 기준을 새롭게 제시한 엔비디아 페르미(Fermi)™ 아키텍처보다 전력효율이 3배나 높다.
빌 댈리(Bill Dally) 엔비디아 수석 과학자는 “페르미 아키텍처는 컴퓨팅 분야에 큰 변화를 불러일으켰다.”며, “GPU 가속 컴퓨팅이 HPC 분야에서 중추적인 역할을 맡게 되고, 수십만 명의 개발자들이 GPU 컴퓨팅 플랫폼을 사용하게 된 것은 모두 페르미 덕택”이라고 말했다. 그는 “케플러 또한 페르미가 그러했듯 업계에 커다란 충격을 안겨 줄 것이며, 그 편리성과 폭넓은 응용성을 앞세워 GPU가 컴퓨팅 분야의 중심에 자리잡게 할 것”이라고 강조했다.
엔비디아 케플러 기반 테슬라 GPU에 적용된 주요 기술
엔비디아 케플러 기반 테슬라 K10 (좌)/ K20 (우)
엔비디아 케플러 아키텍처에 기반한 테슬라 K10/ K20 GPU는 고성능과 전력효율을 위해 완전히 다시 설계된 SMX 스트리밍 멀티프로세서를 통해 와트당 성능이 기존과 비교해 최대 3배 이상 높아졌으며, 10개 서버 랙에서 1페타플롭의 컴퓨팅 성능을 제공하는 슈퍼컴퓨터 구축이 가능해진다.
각 코어의 클럭 속도를 줄이면서 쿠다 (CUDA) 코어 수를 4배로 눌리고 사용하지 않는 GPU 부품은 파워게이트 (Power-Gate)로 제어하며, 제어 논리 대신 병렬처리 코어 전용 GPU를 최대화했다.
다이나믹 패러렐리즘(Dynamic Parallelism)을 지원해 GPU 스레드를 역동적으로 활용해 신규 스레드를 생성해 GPU가 데이터에 역동적으로 적응하게 해준다. 이로 인해 병렬프로그램이 단순해지고 적응적 메쉬 세분화 기법 (Adaptive Mesh Refinement), 고속 멀티폴 기법 (Fast Multipole Method), 멀티그리드 기법 (Multigrid Metthod) 등의 다양한 알고리즘의 GPU 가속이 가능해졌다.
하이퍼-Q (Hyper-Q) 지원으로 복수의 CPU 코어가 단일 케플러 GPU에서 쿠다 코어를 동시에 사용할 수 있게 해주며, 이를 통해 GPU 이용은 크게 늘고 CPU 유효시간은 대폭 줄어 프로그래밍성이 향상된다. 하이퍼-Q는 MPI를 사용하는 클러스터 어플리케이션에 이상적이다.
케플러의 주요 설계자인 요나 알벤(Jonah Alben) 엔비디아 GPU 엔지니어링 상임 부사장은 “케플러 설계 시 성능, 효율 및 접근성에 가장 초점을 맞췄다”며 “케플러는 GPU 가속 컴퓨팅 발전에 중요한 한 획을 그을 아키텍처로서, 향후 컴퓨터 기반 연구에서 혁신의 물결을 주도할 것”이라고 말했다.
엔비디아 테슬라 K10와 K20 GPU
엔비디아 테슬라 K10 GPU는 단일 화상 및 탄성파 처리 어플리케이션과 관련해 세계 최고의 처리율을 제공한다. 원유 및 가스탐사와 국방산업고객에 최적화된 테슬라 K10 가속 보드는 2개의 GK104 케플러 GPU를 이용하며, 320GB의 초당 메모리 대역폭과 4.58테라플롭의 피크 단일 정밀도(single precision) 부동소수점의 총 성능을 제공한다.
엔비디아 테슬라 K20 GPU는 가장 전산집약적인 HPC 환경을 위해 설계된 테슬라 GPU 제품군의 새로운 플래그십 제품이다. 높은 성능과 전력효율을 갖춘 GPU가 될 것으로 기대되는 테슬라 K20은 2012년 4분기에 공급될 예정이다.
테슬라 K20이 기반한 GK110 케플러 GPU는 구체적인 스펙은 공개되지 않았으나 페르미 기반 테슬라 제품 대비 3배나 높은 배정밀도 (Double Precision) 연산 성능을 제공하며, 하이퍼-Q와 다이나믹 패러렐리즘 기능을 지원한다.
GK110 GPU는 미국 오크리지 국립 연구소(Oak Ridge National Laboratory)의 새로운 타이탄(Titan) 슈퍼컴퓨터와 일리노이대학교 어바나-샴페인캠퍼스(University of Illinois at Urbana-Champaign) 내 전미슈퍼컴퓨터 응용 연구소(National Center for Supercomputing Applications)의 블루 워터즈(Blue Waters) 시스템에 통합될 예정이다.
IDC의 얼 C. 조셉(Earl C. Joseph) HPC 프로그램 부사장은 “페르미가 출시된 후 2년간, 하이브리드 컴퓨팅은 다수의 핵심 HPC 어플리케이션에서 성능 개선을 위해 쓰이게 되었다.”며 “앞으로 2년간 보다 높은 성능을 실현하기 위해 더욱 많은 어플리케이션에서 GPU가 채택될 것”이라고 전망했다.
쿠다 5 병렬 프로그래밍 플랫폼 프리뷰 공개
엔비디아는 오늘 케플러 기반 테슬라 신제품 이외에도 쿠다 5 병렬 프로그래밍 플랫폼의 프리뷰를 공개했다.
엔비디아 GPU 컴퓨팅 등록 개발자(GPU Computing Registered Developer) 프로그램에 등록된 2만 명 이상의 멤버에게 공개되는 플랫폼으로서, 개발자들이 다이나믹 패러렐리즘을 포함해 새로운 케플러 GPU의 활용법을 모색할 수 있게 도와준다.
쿠다 5 병렬 프로그래밍 모델은 2012년 3분기에 본격적으로 제공될 예정이며, 이번 프리뷰는 개발자를 위한 페이지인 ‘엔비디아 쿠다 존’ developer.nvidia.com/category/zone/cuda-zone 에서 액세스할 수 있다.
엔비디아 테슬라 GPU는 엔비디아의 병렬 컴퓨팅 아키텍처인 쿠다(CUDA)에 기반한 대량 병렬 가속 장치로, 고성능 컴퓨팅, 컴퓨터 과학 및 슈퍼컴퓨팅을 위해 설계되어 다양한 과학 및 상업 어플리케이션 구동 시 CPU 단독 방식 대비 훨씬 높은 어플리케이션 가속을 제공한다. 현재 테슬라 GPU는 세계 5위권 슈퍼컴퓨터 중 3개를 가동시키고 있다.
GPU 컴퓨팅에 대한 보다 자세한 내용은 www.nvidia.co.kr/object/GPU_Computing_kr에서 찾아볼 수 있으며, 엔비디아 쿠다 플랫폼 및 테슬라 GPU에 대한 상세한 정보는 각각 www.nvidia.co.kr/cuda 와 www.nvidia.co.kr/tesla 에서 확인할 수 있다.
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