RCNP, 핵물리학 연구에 가속화

배경

1971년에 설립된 오사카 대학교의 핵물리학 연구 센터(RCNP)는 핵물리학 및 그 응용 프로그램의 연구를 위한 최첨단 기관입니다. RCNP는 일본 대학에서 가장 큰 사이클로트론 가속기 시설을 보유하고 있으며, 2018년 국제 협력 사용/연구 센터로 인증되었습니다.

RCNP의 책임자인 타카시 나카노(Takashi Nakano) 교수는 이렇게 말합니다. "RCNP를 특성을 명확히 하자면 정밀 핵물리학을 연구하여, 원자의 핵에 다양한 입자를 충돌하고, 진동과 에너지의 변화를 정확히 측정하는 곳입니다. 또한 이 실험 데이터에 기반한 이론적 연구를 수행합니다."

RCNP는 또한 다른 기관과 협력하여 재료 과학 연구에서의 뮤 입자 사용 및 의료 연구에서의 가속기 적용과 같은 일상생활에 직접적으로 적용하는 분야에서 전면적인 연구를 수행합니다.

나카노 교수는 설명합니다. "예를 들어, 의료 분야에서는 알파선 핵의학 치료를 진행하고 있습니다. 이는 다른 유형의 치료로는 다루기 힘든 사례인 몸 전체에 암세포가 퍼진 환자를 치료하는 데 유용합니다."

RCNP는 또한 이 대학의 눈에 띄는 대학원 과정을 위한 중심 시설로, 생물의학 과학의 사회적 구현을 발전시킬 수 있는 뛰어난 연구원을 양성하는 것을 목표로 합니다.

"국제 협력 사용/연구 센터로서, 우리는 전 세계 연구원과 교류하는 허브입니다. RCNP에서 연구한 연구원은 현재 전 세계 연구 기관과 대학에서 일하고 있으며, 우리는 많은 국제 협력에 참여하고 있습니다." 라고 나카노 교수는 말합니다.

당면 과제

2019년 RCNP는 실험 데이터를 저장하고, 결과 분석을 수행하고, 이론적 계산을 처리하는 핵물리학 컴퓨터 시스템을 교체할 계획을 세우기 시작했습니다.

이 시스템은 현재 RCNP 기반 연구원과 다른 국내외 기관의 원격 사용자를 포함해 600명 이상의 사용자가 사용합니다. 센터가 보유한 데이터는 많은 협력 연구 프로젝트에서 활용되므로, 원격 사용자가 전체 중 상당 부분을 차지합니다.

나카노 교수는 말합니다. "IT는 레이저 전자 조명 시설과 가속기 시설만큼이나 우리 연구 센터에 중요합니다. 올바른 IT 시스템이 있어야, 완벽한 연구 환경을 구축할 수 있습니다."

그리고 이렇게 덧붙입니다. "우리의 시스템은 연구 시설의 핵심입니다. 실험은 불과 몇 주밖에 진행되지 않지만, 전 세계 연구원들은 몇 달 혹은 심지어 몇 년 동안 실험 데이터 분석을 계속할 수 있습니다. 우리의 데이터에 대해 새로운 질문을 함으로써 새로운 통찰을 얻을 수 있는 겁니다."

이러한 이유로 RCNP는 핵물리학 시스템을 교체하려면 여러 핵심 요구 사항을 충족해야 할 필요가 있다는 사실을 깨달았습니다. 전 세계 사용자가 쉽게 접근하고, 세계 공통어로 분석이 가능하며, 무엇보다도 매우 빠른 데이터 분석 처리를 제공해야 했습니다.

왜 Lenovo인가? 고성능, 탄력적인 시스템

RCNP는 새로운 핵물리학 컴퓨터 시스템을 위한 서버 플랫폼으로 Lenovo ThinkSystem을 채택하기로 했습니다. RCNP의 링 사이클론트론 건물의 연구원인 토모아키 호타(Tomoaki Hotta) 부교수는 시스템 개선 프로젝트의 주요 인물로, 이 업그레이드의 핵심 요소를 설명합니다.

"우리의 최우선 사항은 높은 처리 전력이었습니다. 핵물리학과 핵 이론의 대규모 연구를 위한 거대한 실험 데이터세트를 처리하려면 필수이기 때문입니다. 둘째로, 안정성이 매우 중요한데, 많은 수의 사용자라도 문제없도록 새로운 시스템을 쉽게 운영할 수 있기를 원합니다. 그리고 세 번째로, 우리의 실험 데이터는 극비이며 손실되면 복구할 수 없으므로, 데이터 보안과 보호를 고려해야 했습니다."

나카노 교수는 분명히 말합니다. "대규모 데이터를 저장하기 위한 전력과 능력의 계산이 핵심이었으며, 우리는 또한 수년 동안 축적된 연구 데이터를 계속해서 분석할 수 있는 환경을 구축해야 했습니다. 이는 가능한 예산 내에서 IT 지원 기능을 얼마나 높일 수 있는지 알아내야 한다는 뜻입니다. 예를 들어, 문제가 있으면 현장 전산실 팀과 협력하여 해결할 수 있을까요?"

그리고 이렇게 덧붙입니다. "신뢰성 외에도 데이터의 양과 분석 처리를 가속해야 할 필요성에 대응해야 하므로, 향후 개발을 위한 Lenovo 솔루션의 높은 잠재력을 눈여겨보았습니다."

어려운 상황 속 성공적인 전달

Lenovo ThinkSystem 솔루션이 선택되고 약 5개월 후 RCNP 팀은 새로운 핵물리학 컴퓨터 시스템을 성공적으로 선보였습니다.

RCNP의 핵물리학 계산을 처리하기 위하여 새로운 플랫폼은 데이터 분석 처리를 위해 약 800개의 CPU 코어를 제공하는 2세대 인텔® 제온® 스케일러블 프로세서를 탑재한 Lenovo ThinkSystem SD530 서버를 24대 사용합니다. 또한 8대의 Lenovo ThinkSystemSR630 서버는 관리 노드로 활용되어, 데이터 송수신 및 업무 제어를 담당합니다. Lenovo ThinkSystem SD530은 작은 공간에서 최대 성능을 발휘하도록 특별히 설계된 초고밀도 2U 4 노드(2U4N) 시스템으로, 고급 하드웨어 보안 기능을 갖추고 있습니다. 한편, Lenovo ThinkSystem SR630은 비즈니스에 중요한 워크로드에 대한 다양성과 높은 신뢰성을 제공하는 1U 랙 서버입니다.

일반적인 상황에서는 이러한 유형의 시스템 개선 프로젝트에 하드웨어 설치, OS, 소프트웨어 설치, 구성 및 가동과 같은 작업을 수행하기 위해 많은 수의 현장 작업 인력이 필요합니다. 그러나 RCNP의 프로젝트는 사람들의 움직임이 제한되었던 코로나바이러스 위기 때 진행되었기 때문에 프로젝트 타임라인을 압축하고 훨씬 더 작은 팀으로 운영해야 했습니다.

결과

RCNP는 현재 세계에서 가장 뛰어난 성능 가속기를 사용하여 가속기 및 빔 물리학 연구를 진행하고 있습니다. 또한 이 센터는 의료 과학 기관과 협력하면서 혁신적인 암 치료 및 진단을 위한 차세대 가속기와 조사 시스템을 개발 및 연구하는 어려운 과제를 맡고 있습니다.

나카노 교수는 말합니다. "우리가 진행하는 가속기 연구 형태에서는 엄청난 양의 데이터를 축적하고 시스템에 저장하는 것이 필수입니다. 그런 다음 전 세계 사용자에게 데이터 처리 시간을 부여합니다. 우리는 항상 사용 가능하고, 안정적이며, 접근하기 쉬운 환경을 지속적으로 제공하고자 합니다."

그리고 그는 덧붙입니다. "우리가 시스템 처음 소개했을 때, 저는 Lenovo 하드웨어의 성능에 가장 크게 매료되었습니다. 앞으로 전략적 파트너로서 Lenovo와 함께 문제 해결과 시스템 향상에 더 집중하고 싶으며, 이는 소프트웨어 측면에서 더 깊이 협력한다는 의미입니다."

실용 및 이론적 연구 외에도 나카노 교수는 IT 기술 개발을 연구 센터의 중요한 사명으로 생각합니다. 국제 연구 및 교육에서 높은 시장 점유율을 보이는 Lenovo의 시스템을 사용하여, RCNP가 현장에서 적극적인 역할을 할 수 있는 기술적으로 숙련된 연구원을 키울 수 있기를 희망합니다.

호타 부교수는 말합니다. "RCNP에서는 연구 내용과 방법에 따라 컴퓨터를 사용하는 방법은 다양합니다. 따라서 Lenovo 시스템은 단순히 특정 응용 프로그램에 특화된 HPC 플랫폼이 아닙니다. 다양한 사용 사례에 적용할 수 있죠. 예를 들어, 우리에게는 머신 러닝을 연구와 결합하고 대규모 병렬 계산을 수행하길 원하는 팀이 있습니다. 우리의 목표는 이러한 요구에 유연하게 대응할 수 있는 시스템을 개발하는 것입니다."

그는 이어서 말합니다. "앞으로 우리는 클라우드를 사용하여 온프레미스 서버와 스토리지 환경을 강화하는 것을 고려하고 있습니다. 이는 다양한 연구 분야에서 사용자의 요구를 충족하는 컴퓨터 리소스를 제공하도록 지원해 줄 겁니다. 클라우드 공급 업체는 저렴한 고성능 하드웨어를 제공할 뿐 아니라, 시스템을 운영하고 지원하는 직원의 부담도 줄일 수 있습니다. 우리는 Lenovo가 하드웨어와 운영 지원을 결합하여 높은 가치를 제공하는 첨단 시스템인 올바른 기술과 노하우를 제공해 줄 수 있기를 바랍니다."

미래를 위한 계획

더 큰 그림을 보는 나카노 교수는 다음과 같이 말합니다. "점점 더 복잡해지는 세계에서 더 나은 미래 사화를 구축하기 위해서, 우리는 우리가 알고 싶어 하는 미래를 '재구성'하여 지금 우리에게 필요한 것을 이해할 수 있습니다. 우리는 연구원을 개발하고 인적 자원을 구축해야 한다는 사실을 깨달았습니다."

IT가 RCNP의 비전을 달성하는 데 점점 더 중요한 역할을 할 것으로 예상되지만, 이와 동시에 나카노 교수는 이 점을 지적합니다. "현재 속도로 계속 우리의 시스템을 사용하면, 전력 사용이 증가하고, 저장 공간은 제한될 겁니다."

호타 부교수도 이에 동의합니다. "컴퓨터 시스템 설치 및 운영 시, 전력 소비와 환경에 미치는 영향을 고려하는 것은 당연한 일입니다. 이 관점은 연구 자금의 효율적인 사용과 직접적으로 관련되어 있으며, 앞으로도 명심하는 것이 중요합니다."

2019년부터 Lenovo는 데이터 중심 하드웨어 및 서비스에 대한 포괄적인 전력 기반 선불 구독 서비스인 Lenovo TruScale Infrastructure Services를 제공해 오고 있습니다. 또한 Lenovo Neptune 액체 냉각 기술로 전력 소비 효율을 높이고 비용을 절감하는 작업을 하고 있습니다. 호타 부교수는 말합니다. "이러한 수단을 채택함으로써, Lenovo는 UN의 지속 가능한 개발 목표[SDG]와 조화를 이루고 있습니다. 나카노 교수와 마찬가지로, SDG와 일치하는 시스템 환경을 꾸준히 개발하기 위해 사고방식을 전환하고 백캐스팅을 사용하는 게 필요하다고 봅니다."

나카노 교수는 이렇게 결론을 내립니다. "앞으로 우리는 더 컴팩트하고, 에너지 소모가 적으며, 그 어느 때보다 더 뛰어난 컴퓨팅 능력을 제공하는 시스템 환경이 필요할 겁니다. 그러한 시스템을 구축하고 제대로 유지하면, 우리는 핵물리학 분야의 선두 주자가 될 것입니다."

오사카 대학교의 핵물리학 연구 센터

• 일본 내 상위 3대 연구 대학 중 하나
• QS 세계 대학 순위에서 세계 75위 기록¹
• 일본 대학 중 가장 큰 사이클로트론 가속기 시설 보유

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