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팝콘피씨 N-Flow 제온 워크스테이션

김희철 기자l승인2017.03.03l수정2017.03.03 14:57

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팝콘피씨 N-Flow 제온 워크스테이션

워크스테이션은 전문 분야의 작업용도로 쓰이는 고성능 PC를 말한다. 초기 워크스테이션은 RISC 계열의 CPU와 유닉스 계열의 운영체제를 사용했었는데, 최근에는 PC 성능이 급격하게 향상되면서 x86 계열 인텔 제온, AMD 옵테론 등의 CPU와 윈도우·리눅스 등의 운영체제를 사용하게 됐다. 예전보다는 진입 장벽이 낮아진 워크스테이션이지만, 아직도 일반 PC와는 다른 구성을 갖춘 경우가 많고, 사후처리도 평범한 PC와 달리 신경 써야 한다. 팝콘피씨는 해당 조건을 만족하는 고성능 워크스테이션을 선보였다.

김희철 기자

 

워크스테이션의 현재 추세

최근 워크스테이션은 앞서 말했듯 x86 시스템으로 구성하는 것이 대세다. CPU는 인텔 제온프로세서가 주로 사용된다. 코어 수도 많고 보안 기능도 강하며 안정적이다. 효율적인 멀티태스킹, 고급 모델 생성 및 복잡한 응용 프로그램 등의 고성능 컴퓨팅 분야에 알맞다.

그래픽카드의 역할도 중요하다. 특히 GPGPU는 GPU를 이용한 범용연산으로 GPU를 CPU가 하던 계산에 활용하는 방법이다. 즉, 그래픽이 아닌 데이터에 스트림 프로세서를 활용할 수 있는 방식이라고 보면 된다. 이를 통해 연산을 더 빠르게 끝낼 수 있다.

그 외에도 엔비디아의 다중 GPU 기술(NVIDIA Maximus)등이 있다. 이는 다중 전문가용 그래픽 프로세싱 유닛(GPU)을 사용해 애플리케이션의 성능을 향상시킨다. 이를 통해 연산, 렌더링, 그래픽 집약적 프로젝트 등의 작업 시간을 단축할 수 있다. 리소스와 시간이 제한된 환경에서 제품을 여러 번 수정할 수 있어 최종 결과가 더 좋아진다. 간단하게 요약하자면, 최근 워크스테이션은 대체로 고성능 CPU(인텔 제온)와 고성능 GPU, 작업용도에 적합한 메모리로 조합된다고 볼 수 있다.

▲ 다중 GPU 기술을 사용하면 CPU보다 더 좋은 결과를 얻을 수 있다.

 

전산 유체 역학

전산 유체 역학(이하 CFD, Computational fluid dynamics)은 지식경제용어사전에서 이렇게 정의한다. ‘유체의 동적인 움직임을 컴퓨터를 이용해 수치 해석적 방법으로 계산해 내는 것이다.’ 즉, 컴퓨터를 사용해 공학 문제에서 유체와 기체의 상호작용을 시뮬레이션해 알아보는 것이다. 적용 모델이 실제에 가까워지면 복잡한 현상의 시뮬레이션도 좀 더 정교해지며, 역시 실제에 조금 더 가까워진 근삿값을 얻을 수 있다. 예를 들자면, 일기예보도 CFD로 미래의 날씨를 예측하는 것이다. 이를 계산하기 위해서는 고성능을 갖춘 워크스테이션이 필요하다.

 

차세대 CFD 솔루션 N-Flow

N-Flow는 이에이트가 자체 개발한 차세대 CFD 솔루션으로 모델링, 해석, 시뮬레이션 단일 워크플로우다. 지형 및 구조물 형성(모델링), 유체흐름의 해석(솔빙), 렌더링, 해석된 데이터의 출력(리포팅) 기능을 수행한다.

주목할 만한 장점으로는 입자 방식의 하나인 SPH(Smoothed-Particle Hydrodynamics)기법을 적용했다는 것. 기존 CFD 소프트웨어는 격자 방식으로 해석해 작업 시간이 길었다. 구체적으로는 모델링 - 격자작업 - 경계조건 - 시뮬레이션 - 결과물의 순서다. N-Flow는 입자방식을 채택해 여기서 격자작업(격자 생성단계)를 제외했고, 작업시간을 크게 단축시킬 수 있다.

그런데, 입자 방식은 단점도 있다. 데이터 해석시간이 길다는 것. N-Flow는 이를 병렬 컴퓨팅 기법으로 개선했다. 엔비디아 쿠다를 사용할 수 있고, 이는 앞서 말한 GPGPU 기술로 볼 수 있다. 덕분에 싱글 CPU대비 80배 이상의 연산 속도 향상을 얻을 수 있다. 또한, 멀티 GPU를 지원한다. 이를 사용할 경우 싱글 GPU 대비 80% 이상의 속도 향상을 얻을 수 있다.

SLI 구성이 아니더라도 PCI 그래픽카드만 장착해도 연산 가능한 입자 개수가 늘어난다. GPU 1개당 3000만 개 이상의 입자들이 사용 가능하며, GPU 4개 설치 시 약 1억개 이상의 입자들을 사용한 시뮬레이션이 가능하다.

시뮬레이션 결과는 OPENGL 및 NVIDIA Cg Shader를 이용해 실사와 같은 유체표현이 가능하다. 각각의 입자에 대한 유속, 궤적 등 다양한 형태로 표현 및 타 해석 프로그램에서 제공하는 격자 해석결과가 제공된다. 또한, 가상의 3D 공간에서 모델링해 많은 결과를 확인할 수 있어 실제 수리모형 실험을 대체하거나 검토 케이스를 선별해 실험 횟수를 최소화시킬 수 있다.

▲ 모델링 - 연산해석 - 시뮬레이션 렌더링의 순서를 거친다.

 

▲ 쿠다 기반 GPGPU 기술이 적용됐다.

 

▲ 하나의 GPU에서 처리하던 작업을 각 GPU에서 나눠 할 수 있어 속도가 빨라진다. 기존 CFD 프로그램은 CPU 기반이었지만, N-Flow는 GPU 병렬처리 환경에 최적화돼 속도가 빠르다.
▲ 도로, 토목, 재난, 안전 등의 경우에 활용된다. 새만금 동서 2축 도로건설 공사구간 3D 유체 시뮬레이션, 문발제 보강공사 실시설계 3D 시뮬레이션, 언양~영천간 고속도로 확장공사, 수원시 관내 국도대체우회도로 건설공사, 인화~ 감화 도로건설공사, 마송~누산 도로확장공사 등에 활용됐다.

CFD 솔루션에 최적화된 팝콘피씨 N-Flow

팝콘피씨 N-Flow는 이름에서 볼 수 있듯 팝콘피씨가 N-Flow에 최적화시켜 선보인 PC다. N-Flow 권장사양은 인텔 제온 프로세서 2개, 엔비디아 지포스 타이탄/테슬라 GPU, DDR3 32GB 메모리 등인데, 이를 만족한다. CPU 인텔 제온 E5-2683 v3 두 개, 메모리 DDR4 64GB(16GB x4), 마지막으로는 병렬 GPU를 지원하는 N-Flow에 맞춰 GTX 1080 세 장이 장착됐다. 파스칼 GPU를 선택해 연산 속도가 이전 아키텍처 제품보다 훨씬 더 빨라졌다. 이런 3D 시뮬레이션 프로그램에는 파스칼 GPU가 더 적합하다.

해당 사양으로 N-Flow를 실행 뒤 유량계측 시뮬레이션을 구동해 봤다. 격자 방식이었으면 오랜 인고의 시간을 겪어야 했겠지만, N-Flow다보니 생각보다 빠른 속도로 산 아래 조용한 농촌 마을이 시뮬레이션됐다. 세 장의 GPU가 점유율 100%에 달할 정도로 일하는 것을 볼 수 있었다. GPU 온도는 측정 시간 기준 시 순서대로 72°C, 77°C, 55°C로 점유율 100%임을 생각하면 비교적 낮은 편이다. 또한, CPU는 14코어 28스레드 두 개가 장착돼 28코어 56스레드다. 이용률이 12% 정도에 그칠 정도로 여유로운 모습을 보였다. 이는 메모리도 마찬가지다.

▲ 인텔 제온 E5-2683 v3 두 개와 GTX 1080 세 장이 장착됐음을 확인할 수 있다.

 

▲ 유량계측 시뮬레이션이 구동되고 있다.
▲ 장시간 작업용으로 쓰이지만 온도는 상대적으로 낮다.
▲ 점유율은 100%를 오간다.
▲ CPU, 메모리로 고민할 일은 없다.

 

마치며

팝콘피씨는 ‘팝콘피씨 N-Flow 유체 3D 시뮬레이션’를 통해 워크스테이션도 제대로 만들 수 있다는 것을 증명했다. 충분한 기술력이 뒷받침돼야 제작할 수 있는 워크스테이션인데, 이번에 팝콘피씨가 제대로 만들었다는 것은 분명 주목할 만할 일이다. 더불어 사후지원도 걱정할 필요 없다. 고성능 워크스테이션이 필요하다면 팝콘피씨 제품도 좋은 선택이 될 수 있다.


김희철 기자  tuna@ilovepc.co.kr
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