헥사곤, 제품 개발 시뮬레이션을 혁신하기 위해 슈퍼컴퓨터 Fugaku 도입

후지쯔와의 파트너십으로 이제 Cradle CFD 사용자는 이전에 불가능했던 시뮬레이션을 그 어느 때보다 빠르게 완료할 수 있습니다

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CAE시뮬레이션 소프트웨어 및 서비스 분야의 글로벌 선도기업 한국엠에스씨소프트웨어는 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터 후가쿠(Fugaku)로 시간이 많이 걸리고 비용이 많이 드는 복잡한 CFD(전산유체역학) 시뮬레이션의 완성 가능성을 높여 혁신을 가속화할 수 있게 되었다고 밝혔다. 이는 시뮬레이션의 힘을 이용하면 차세대 항공기 및 전기차의 성능을 보다 세부적으로 탐색하고, 더 많은 반복 작업도 수행할 수 있음을 보여주고 있다. 첨단 반도체를 활용하므로 제조업체는 에너지 사용량을 절반 미만으로 줄이고 기존 시뮬레이션 방법에 비해 훨씬 적은 비용으로 실존하는 모든 복잡성을 분석할 수 있다. 

CFD 시뮬레이션에는 상당한 컴퓨팅 성능과 리소스가 필요하다. 이로 인해 엔지니어는 실제 제품 설계를 단순화하는 데 많은 시간을 투자해야 한다. 이때 시뮬레이션을 사용하면 필요한 작업을 수행할 수 있다. 경우에 따라 엔지니어 업무의 90%가 이 수동 프로세스에 소요되기도 한다. 따라서 엔지니어들은 더 많은 요소를 관리하는 '확장된' 시뮬레이션에 대한 압박을 점점 더 많이 받고 있다. 그 결과 이러한 시뮬레이션을 달성하는 데 엄청난 비용과 시간이 필요하므로 엔지니어는 제품의 근사치만 시뮬레이션할 수 있다. 이제 헥사곤의 Cradle CFD 고객은 ARM 기반 후가쿠 컴퓨터 아키텍처의 힘을 활용하여 복잡한 시뮬레이션을 빠르고 쉽게 수행할 수 있다. 이는 후가쿠 기술을 활용하는 후지쯔(Fujitsu Limited)의 상용 슈퍼컴퓨터 PRIMEHPC 시리즈에 Cradle CFD 소프트웨어를 사용할 수 있도록 한 새로운 파트너십을 체결하며 이루어졌다.

이제 엔지니어는 복잡한 설계를 단순화하지 않고도 시뮬레이션할 수 있으므로 시간이 절약될 뿐 아니라 훨씬 자세한 세부 정보를 살펴볼 수 있다. 이 과정을 통해 고객은 다양한 설계 옵션을 탐색하고 이를 신속하게 수행할 수 있다. 시뮬레이션을 더 자주 사용하여 설계를 구체화하고 테스트하며 오늘날의 물리적 테스트 또는 시뮬레이션으로는 불가능한 새로운 컨셉도 탐색할 수 있다. 제조업체는 이제 이러한 향상된 속도와 디테일이 주는 이득을 누릴 수 있다. 후가쿠 아키텍처는 현재 사용하는 컴퓨터의 에너지 중 약 3분의 1만을 사용하므로 비용을 절감하고 환경 보호 및 지속성을 개선할 수 있어 엔지니어의 일상 업무에도 이러한 유형의 시뮬레이션을 항시 사용할 수 있다.  

특히, 대규모 CFD 시뮬레이션을 통해 통찰력을 얻어야 하는 자동차, 항공 우주, 건설 등 여러 분야의 엔지니어들에게 혁신적인 기술이다. 현재 자동차 및 항공우주 산업은 새로운 형태의 이동성과 새로운 전기 수송을 시장에 출시하기 위해 경쟁하고 있기에 큰 도움이 될 것이다. 예를 들어 자동차 OEM은 전기차로의 전환을 가속화해야 한다는 압박을 받고 있다. 제조업체는 메싱 같은 수동 프로세스에 소요되는 시간은 줄이는 대신 더 많은 시뮬레이션을 실시하여 에너지 효율 및 범위에 영향을 주는 새 모델의 공기 역학을 더 잘 이해하고, 설계와 엔지니어링 간에 더 많은 작업을 반복하여 궁극적으로 최적의 설계를 달성할 수 있다. 열 관리는 특히 전기 자동차에서 중요하다. 차량의 열을 관리하면 성능, 안전 및 수명이 최적화되기 때문에 전기차 시장의 주요 과제이기도 하다. 고해상도 시뮬레이션을 통해 이러한 문제를 이해할 수 있다면 엔지니어는 최적의 설계를 달성하고 매력적인 디자인의 모델을 보다 빠르게 출시할 수 있다.

헥사곤 전문가들은 후지쯔와의 긴밀한 협력을 통해 Cradle CFD 코드가 후가쿠에서 실행되도록 조정하였으며, 테스트 시뮬레이션도 완료하였다. 일반적인 패밀리 자동차를 전체 시뮬레이션했는데, 상당한 컴퓨팅 성능으로만 가능한 일이다. 이 모델은 960개의 코어를 사용하는 7천만 개의 요소로 구성되어 있으며, 1,000주기 이상의 RAN 방정식을 사용하여 정상 상태가 될 때까지 시뮬레이션되었다.

우주 항공 분야에서는 항공기 날개 주변에 형성되는 난류가 항공기 제어 방식과 안전에 매우 중요한 영향을 미친다. 난류는 수많은 와류가 만난 결과로, 어떤 와류는 그 크기가 너무 작아서 현재의 방식으로는 시뮬레이션하기가 어렵다. 후가쿠의 추가 컴퓨팅 리소스와 함께 Cradle 기술을 사용하면 엔지니어가 고해상도 시뮬레이션을 통해 난류가 기체의 구조적 안전에 미치는 영향과 난류에 견딜 수 있는 힘을 보다 잘 이해할 수 있다. 이 기능은 엔지니어가 항공기 주변에 형성되는 충격파 동작에 대한 이해가 필요한 초음속과 극초음속 등 차세대 항공기 개발에 중요하다. 

당사의 팀은 항공기 주변의 천음속 압축성 유체의 테스트 시뮬레이션을 성공적으로 완료했다. 천음속 분석은 안전하고 효율적인 항공기 설계에 필수적이며, 엔지니어가 날개 제어 표면 주위로 공기가 흐를 때 무슨 일이 일어나는지 이해할 수 있도록 도움을 준다. 시뮬레이션은 아래와 같이 수행되었다.

  • 약 2억 3천만 개의 요소로 구성
  • 4,000개의 노드(192,000개의 컴퓨팅 코어)를 사용하여 테스트
  • 메시지 전달 인터페이스(MPI, Message Passing Interface)를 통해 48,000개의 프로세스를 사용하고 OpenMP 애플리케이션 인터페이스로 4개의 스레드 사용

본 연구는 일본 이화학연구소의 슈퍼컴퓨터 후가쿠(Fugaku)의 연산 리소스를 제공받아 HPCI 시스템 활용 연구 프로젝트(발행 번호: hp200209, hp200302)를 통해 수행되었다.

헥사곤의 매뉴팩처링 인텔리전스 사업부의 설계 및 엔지니어링 대표 Roger Assaker는 "시뮬레이션은 항공우주 및 e-모빌리티의 혁신을 위한 핵심 요소입니다. 저전력 후가쿠 슈퍼컴퓨팅 아키텍처와 같은 발전은 환경 오염은 줄이면서 통찰력을 활용할 수 있는 방법 중 하나로서, 헥사곤의 Cradle CFD 팀과 파트너사가 함께 훌륭한 성과를 이루어 매우 기쁩니다."라고 소감을 밝혔다. 

후지쯔의 전무 이사 Masahide Fujisaki는 "후지쯔는 Software Cradle Co., Ltd.와 함께 작업할 수 있어 기뻤습니다. 우리는 후가쿠의 기술을 활용하는 슈퍼컴퓨터 후가쿠와 후지쯔 PRIMEHPC 시리즈의 대형 모델에 대한 scFLOW 솔버의 성능을 조정하고 검증하였습니다. 앞으로는 공급업체와의 협력을 통해 상업용 애플리케이션을 최적화하고 후가쿠의 상업적 활용에 일조할 계획이며 또한 제조업체 및 기타 회사에 후지쯔 슈퍼컴퓨터 PRIMEHPC 시리즈를 제공하면서 이러한 작업의 결과가 업계에서 널리 사용되기를 기대합니다."라고 언급했다.

Cradle CFD의 R&D 이사인 Tomohiro Irie는 다음과 같이 언급했다. "후가쿠의 효율적인 컴퓨팅 성능을 시뮬레이션 도구와 함께 사용하는 방식을 통해 계산 시간과 비용 때문에 이전에는 불가능했던 현상을 시뮬레이션할 수 있도록 지원할 것입니다. 현재 우리는 192,000개의 코어로 시뮬레이션했습니다. 하지만 이것은 시작에 불과합니다. Cradle CFD는 다양한 응용 분야에서 사용되고 있기 때문에 이러한 기술 발전을 통해 후가쿠의 성능을 일반적인 용도로 보다 쉽게 사용하도록 하여 엔지니어링 팀에 엄청난 자유도와 향상된 통찰력을 제공하고, 현재 겪고 있는 문제를 해결하는 데 도움을 줄 수 있기를 바랍니다.”

또한 그는 “Cradle CFD와 후가쿠는 헥사곤의 네트워크를 통해 뛰어난 성과를 전 세계적으로 활용할 수 있다고 믿습니다.” 라고 덧붙였다.

About Hexagon | About MSC Software

헥사곤(Hexagon)은 센서, 소프트웨어 및 자율 솔루션 업계의 세계적인 선두 기업이다. 당사는 산업, 제조, 인프라, 안전 및 모빌리티 애플리케이션에서 효율성과 생산성, 품질을 높이기 위해 데이터를 업무에 활용하고 있다.

확장 가능하고 지속 가능한 미래를 보장하기 위해 도시와 생산 에코 시스템은 당사의 기술을 통해 점차 연결되고 자율적으로 변화하고 있다.

헥사곤의 매뉴팩처링 인텔리전스 부서의 일부인 MSC 소프트웨어는 10개의 독창적인 소프트웨어 회사 중 하나이며 제품 제조업체가 시뮬레이션 소프트웨어 및 서비스를 통해 엔지니어링 기업을 발전시키는 데 도움을 주는 세계적인 선두업체이다. 자세한 내용은  mscsoftware.com에서 확인할 수 있다. 헥사곤의 매뉴팩처링 인텔리전스 부서는 디자인, 엔지니어링, 생산, 계측을 통해 얻은 데이터를 활용하여 제조를 보다 스마트하게 만드는 솔루션을 제공하고 있다.

헥사곤에 대한 더 자세한 정보는 hexagon.com 및 트위터 @HexagonAB에서 확인할 수 있다.