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슈퍼컴퓨터 클라우드(TM) 소음 음향 슈퍼컴퓨터 해석・ 시뮬레이션 서비스　　 　슈퍼컴퓨터 클라우드(TM) 체험 세미나 ●일　시 ： 2011년10월21일(금)13：30～16:30 ●참가비 ： 무료 ●회　장 ： FORUM8 한국사무소 UC-win/Road 소음 시뮬레이션 옵션 해석 지원 서비스 릴리스●2011년8월9일 클라우드 서비스

들어가며

소음 음향 슈퍼컴퓨터 해석 ・ 시뮬레이션 서비스(이하 본 서비스)란 UC-win/Road 소음 시뮬레이션 옵션 데이터를 재단 법인 계산 과학 진흥 재단(FOCUS) 슈퍼컴퓨터를 사용해서 해석해서 그 결과를 제공하는 서비스입니다. 본 서비스를 이용하면 슈퍼컴퓨터가 갖고 있는 특징인 높은 연산 성능을 이용해서 단시간으로 대규모 데이터를 해석할 수 있게 됩니다. 지금부터 그 개요에 대해 소개를 합니다.

소음 시뮬레이션 개요

여기서는 「소음」이라고 표현했지만 실제로는 「사람 귀로 느낄 수 있는 공기의 진동」의 전반적인 것을 처리 대상으로 할 수가 있습니다. 　소리 거동을 디지털적으로 표현하는 방법으로서 다음과 같이 크게 2가지로 나눌 수 있습니다. 경계 요소법처럼 차동 현상 방정식을 이산화하는 생각 소리 직진성을 이용해서 유한수의 음선을 가정하는 생각 　포럼에이트의 시뮬레이션에서는 후자의 「음선」을 이용합니다. 　소음 시뮬레이션 데이터 구성 요소는 「음원」,「장애물」,「수음점」3가지입니다. (1)음원 　무지향성의 점음원을 전제로 합니다. 여러 가지 주파수 구성으로 각가 음향 파워 레벨을 줄 수가 있습니다. 　이동하는 음원에 대해서 음원을 직접 이동할 수는 없지만 음원마다 유효 시간대 설정이 가능하며 이동 경유상에 여러 가지 음원을 배치해서 각각 속도에 따른 유효 시간을 설정함으로써 이동과 같은 효과를 줄수가 있습니다. 음원 방향은 전구 방향으로 해 음선수는 소정한 규칙에 따라 변경이 가능합니다. (2)장애물 　구체적으로는 예를 들어 노면, 타차량, 연도에 있는 구조물과 건물이 됩니다. 각각 표면에 음선이 도달했을 때 반사 또는 투과 발생을 생각합니다. 반사율에 따라서는 반사와 투과 양쪽이 발생하지만 이런 경우엔 원래 음선을 2개로 분기해서 생각합니다. 　또한 이 시뮬레이션에서는 회절과 간섭은 생각하지 않는 것을 합니다. (3)수음점 　수음점은 임의의 위치에 설치가 가능합니다. 또한 무지향성으로서 생각합니다. 수음점에 대한 음선 기여에 대해서 수음점에서 어떤 음선에 내린 수선을 상정해서 그 수선 길이가 음원에서 수음점까지의 거리에 응한 소정한 길이보다 짧을 경우에 그 음선을 요효로 삼습니다

해석 사례

다음과 같이 해석 사례를 나타냈습니다.(그림1) 현장 상황으로서는 양역 그림내에서 위에 기울인 음원이 하나 있으며 음원 사이드를 지나서 오른 쪽 위에서 왼 쪽 아래에 걸치는 길이 20ｍ 벽을 상정했습니다. 영역 크기는 80m×80m입니다. 기타 조건은 다음과 같습니다. 음원 레벨：112dB 음원 주파수：1000Hz 해석상 경과시간：0.26초 해석 시간 새김：0.01초 　이 데이터 의 본 서비스 계산 시간은 1노드를 사용해서 2분이었습니다. 　(참고 비용：옵션 기본 요금18,000엔/월、2분간 사용료400엔) ■그림1　해석 사례

슈퍼컴퓨터 장점

소음 시뮬레이션은 음선과 수음점 수를 많게 함으로써 계산 정도가 크게 향상합니다. 다만 계산 정도를 올리려고 하면 다음과 같은 문제가 발생합니다. 계산 정도에 따라 게산 시간이 많아짐. 몇시간에서 몇십 시간 경우에 따라서는 몇일 걸릴 때도 있다. 필요한 메모리가 증가하기 때문에 메모리 부족으로 인해 계산하지 못하는 경우가 발생 이런 문제는 슈퍼컴퓨터를 사용하면 해결이 가능합니다. 슈퍼컴퓨터를 사용하는 이점은 다음과 같습니다. 높은 연산 능력을 갖고 있기 때문에 해석 시간을 대폭 단축이 가능 대용량 메모리를 탑재하고 있어서 컴퓨터로는 대응 불가능할 것 같은 대규모 데이터를 해석 가능 로컬 머신 CPU를 점유하지 않기 때문에 다른 일의 생산성이 향상 전문 하드, 동작 환경이 불필요하기 때문에 낮은 스팩 머신이라도 높은 연산 성능을 이용 가능

병렬화와 속도 성능

슈퍼컴퓨터는 노드라고 불리는 계산기 집합으로 구성되어 있습니다. FOCUS 슈퍼컴퓨터는 200을 넘는 노드를 갖고 있으며 본 서비스에서는 이 중에서 4노드를 사용한 계산을 합니다. 1 노드당 코어수는12개이기 때문에 그림2처럼 합계 48코어를 사용한 병렬 계산을 하게 됩니다. 또한 1노드당 메모리 용량은 48GB이며 이게 4노드 있기 때문에 컴퓨터에서는 비교가 안 될 정도 굉장히 큰 메모리 영역을 사용할 수 있습니다. 　그리고 이 서비스에서는 MPI(Message Passing Interface)라고 불리는 인터페이스를 사용해서 많은 CPU 코러를 사용한 병렬 계산을 합니다. MPI에서는 그림3처럼 각각 CPU코어 마다 독립한 프로그램(프로세스)를 기동합니다. 그리고 프로세스마다 독립한 메모리 공간을 할당합니다. 이러한 병렬 처리는 분산 메모리형 병렬 시스템이라고 불러 각각 프로세스가 자신이 담당하는 해서 처리를 스스로 판단해 해석하고 마지막으로 모든 프로세스 결과를 집계해 최종적인 결과를 냅니다. 이러한 병렬 계산을 해서 높은 연산 성능을 발휘합니다. 　그림4는 UC-win/Road 샘플 데이터 해석 시간을 나타냅니다. 일반적인 성능 로컬 머신과 비교해보면 몇십배 성능을 발휘하는 것을 알 수 있습니다. 최신형 컴퓨터라면 이 차이는 작아지지만 대강 20-30배 정도 빠른 속도로 해석하는 것이 가능합니다. 　다만 클라우드 서버 시스템과 슈퍼컴퓨터 간에서 데이터 파일을 주고 받아야 하고 많은 CPU 코어를 기동하거나 동기를 되풀이할 때 오버해드가 발생하기 때문에 소규모 데이터 같은 경우엔 오히려 효과를 못 받을 경우도 있습니다.   ■그림2　노드 구성과 주 기억 용량 ■그림3　MPI로 인한 병렬 계산  ■그림4　샘플데이터 해석 시간

사용 방법

본 서비스는 다음과 같은 절차로 이용이 가능합니다. 우선 UC-win/Road 소음 시뮬레이션 옵션에서 슈퍼컴퓨터해석용 데이터 파일을 생성해서 이것을 그림5의 Web어플리케이션 업로드 화면에서 등록합니다. 이것으로 인해 자동적으로 슈퍼컴퓨터로 인한 해석이 실행이 됩니다. 　해석이 완료되면 등록한 메일주소로 메일이 전송되니까 Web 어플리케이션에서 해석 결과를 취득해서 UC-win/Road에 읽어들면 결과가 확인할 수 있습니다. ■그림5　해석 데이터 업로드 화면

서비스 가격 체계

■옵션 기본 요금 서비스명 가격 소음 시뮬레이션 슈퍼컴퓨터 클라우드(TM)옵션 사용료 18,900엔/월 ※UC-1 for SaaS 서버 이용 라이센스[1유저당/1GB까지]：4,200엔/월은 별도로 필요함 ※최소 기사용 기간은 2개월이며 그 다음부터는 1개월 단위로 신청 가능, 연장할 경우엔 1개월 전에 신청 ■슈퍼컴퓨터 해석 사용료 　Engineer's Studio(R) 슈퍼컴퓨터 클라우드(TM)옵션/소음 음향 슈퍼컴퓨터 해석, 시뮬레이션 서비스 FOCUS 슈퍼컴퓨터에서 해석에 걸린 시간을 계측하고 해석한 시간을 월말에 집계해서 누계 시간에 따라 다음과 같은 요금이 청구됩니다.(１분단위) 누계 시간 사용료 ～1시간까지 200엔/분 ～5시간까지 180엔/분 5시간을 넘을 경우 150엔/분 ※최소 기사용 기간은 2개월이며 그 다음부터는 1개월 단위로 신청 가능, 연장할 경우엔 1개월 전에 신청 　그리고 일반적인 UC-win/Road 소음 시뮬레이션 옵션은 세금포함해서 315,000엔입니다.

향후의 전개

본 서비스에서는 해석 처리 알고니즘을 다시 검토해서 보다 해석 시간이 줄어들도록 노력하고 있습니다. 또한 소음 시뮬레이션 옵션에서는 해석 단계마다 결과 표시 기능을 추가, 특정한 기준과 지침에 준거한 해석 대응 등을 검토하고 있습니다.

(Up&Coming '11　가을호 게재)

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