[경북도민일보 = 뉴스1] 지구의 70%는 물이다. 그러나 인간이 마실 수 있는 담수(淡水)는 3%에 불과하다. 이 3%의 담수도 대부분 빙하나 극지방의 얼음에 갇혀있다.
오늘날, 약 10억명의 사람들이 물 부족에 시달리고 있다. ‘물 부족’이라는 범지구적인 환경 문제는 인간에게 해수 담수화(海水淡水化) 기술을 개발하게 했다.
현재 해수담수화 기술은 크게 증발식과 역삼투압 방식으로 나뉘지만 이 두 기술은 에너지가 많이 든다는 단점을 가지고 있다.
이에 최소 에너지로 최대 담수를 확보하는 방안으로 과학자들은 차세대 슈퍼컴퓨터인 ‘엑사급(Exascale) 슈퍼컴퓨터’에 주목했다. 엑사급 슈퍼컴퓨터는 1초당 100경(京) 회를 계산할 수 있는 엑사플롭스(Exaflops) 컴퓨터를 의미한다. 1경(京)은 1조(兆)의 1만배인 자연수다.
이 엑사급 슈퍼컴퓨터로 어떻게 물 부족 현상을 해결한다는 것일까?
미국의 3대 핵무기 연구소인 로렌스 리버모어 국립연구소(Lawrence Livermore National Laboratory)는 탄소 나노튜브 기술을 연구 중이다. 탄소 나노 튜브는 사람의 머리카락보다 1만배 가늘다. 이 튜브에 물을 주입하면 물 분자는 통과하고 물 분자보다 큰 소금 분자는 차단된다. 이 수십억 개의 나노튜브를 하나로 결합하면 방대한 해수를 담수로 바꿀 수 있는 획기적인 장치가 된다.
현재 연구원은 전자현미경이나 정수 필터를 이용해 수동으로 나노 튜브를 연구하고 있다. 그러나 나노 튜브와 그 속을 흐르는 수십억 개의 분자들은 크기가 너무 작아서 섬세한 연구가 어렵다. 넓이, 염도, 필터 시간 등 물리적인 매개 변수도 다양해 오랜 시간과 많은 인력이 요구된다.
현재 많은 분야의 기술은 컴퓨팅의 능력 부족으로 정체되는 경우가 많다. 세계에서 가장 빠른 프로세서들도 페타바이트 단위의 데이터를 처리하기에는 속도가 충분하지 않은 것이다.
슈퍼컴퓨터의 빠른 분석과 빠른 처리 능력, 그리고 정확성은 해수 담수화 문제뿐만 아니라 양자역학, 풍력 발전, 초신성 연구, 심층적 기상 예측에도 영향을 미칠 것이다.
미국과 일본이 전통적인 슈퍼컴퓨터 강자였다면, 최근 급부상하고 있는 나라는 중국이다. 슈퍼컴퓨터 시스템은 생명 과학에서부터 국방에 이르기까지 다양한 분야에 사용된다. 사실 슈퍼컴퓨터를 만드는 것은 다시 말해 ‘디지털 무기 경쟁’이다. 중국은 이 분야를 놓치지 않고 투자해 앞서 나가고 있다.
중국 국립 슈퍼컴퓨터 센터(National Supercomputer Center)의 엔지니어인 장 팅(Zhang Ting)은 “프로토타입 컴퓨터가 2017년 말에 준비되었지만, 엑사급 슈퍼컴퓨터와 그 응용 프로그램의 완벽한 컴퓨팅 시스템은 2020년이나 완전하게 준비될 것”이라고 말했다. 여기서 이들이 말하는 엑사급 컴퓨터는 2010년에 세상에서 가장 빠르다고 인정된 중국 최초의 페타급 컴퓨터인 텐허(Tianhe)-1보다 200배 더 강력한 컴퓨팅 능력을 갖추고 있다.
2015년, 미국은 슈퍼컴퓨터 시스템이 핵 연구에 사용될 것이라는 점을 우려해 중국으로 인텔 칩을 수출하는 것을 막았다. 그러나, 중국은 자체 개발한 프로세서를 사용해 2016년, 전 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터 선웨이 타이후 라이트(Sunway TaihuLight, 神威太湖之光)를 개발하기도 했다.
미국 에너지부(Department of Energy)는 엑사급 컴퓨터를 위해 HP, IBM, AMD, Intel, NVIDIA 등 벤더사에 연구 개발 자금을 지원하고 있다. 이들은 2021년까지 페타플롭스보다 1,000배 빠른 속도의 엑사플롭스(Exaflops)급 슈퍼컴퓨터 개발을 목표로 약 3000억원을 지원한다는 계획이다.
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