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엔비디아 쿠퀀텀, 페니레인 지원으로 양자 시뮬레이션 가속화

글/반도체네트워크 편집부 2023.09.17

<브룩헤이븐 국립연구소의 유신재 박사가 펄머터 슈퍼컴퓨터에서 양자 연구를 확장할 준비를 하고 있다>

AI 컴퓨팅 기술 분야의 선두주자인 엔비디아(www.nvidia.co.kr)가 미 국립에너지연구소 과학컴퓨팅센터(NERSC)의 펄머터(Perlmutter) 슈퍼컴퓨터에 엔비디아 쿠퀀텀(NVIDIA cuQuantum) 소프트웨어 개발 키트 기반의 최신 페니레인(PennyLane) 오픈 소스 소프트웨어가 사용됐다고 밝혔다. 페니레인은 토론토에 본사를 둔 자나두(Xanadu)의 양자 프로그래밍 프레임워크로, 고성능 엔비디아 GPU 클러스터에서 시뮬레이션을 실행할 수 있다.

미국 에너지부 산하 브룩헤이븐 국립연구소(Brookhaven National Laboratory)의 계산 과학자 겸 머신 러닝 그룹 책임자인 유신재(Shinjae Yoo) 박사는 롱아일렌드 대서양 연안에서 10마일가량 떨어진 곳에서 연구를 진행한다. 새로운 소프트웨어로 인해 처음으로 슈퍼컴퓨터에서의 양자 컴퓨팅 시뮬레이션 실행이 가능해졌으며, 유신재 박사 외에도 많은 연구자가 이를 활용하고 있다.

바다와 같은 대규모 데이터세트를 처리해야 할 경우, 성능이 중요하다. 유신재 박사는 펄머터를 구성하는 최대 256개의 엔비디아 A100 텐서 코어 GPU(A100 Tensor Core GPUs)에서 프로그램을 실행해 약 30개의 큐비트를 시뮬레이션한다. 

큐비트는 양자 컴퓨터에 사용되는 강력한 계산기이며, 큐비트 30개는 오늘날 대부분의 연구자들이 모델링할 수 있는 큐비트 수의 약 2배에 해당한다.

강력한 성능과 쉬운 사용법

소위 멀티노드 버전이라고 불리는 페니레인을 엔비디아 쿠퀀텀 SDK와 함께 사용하면 복잡한 양자 시스템의 대규모 시뮬레이션 가속화 작업을 단순화할 수 있다.

유 박사는 "이제 인턴들까지도 가장 큰 규모의 시뮬레이션을 실행할 수 있는 기회가 열렸기 때문에 매우 기대가 된다”고 말했다. 그는 팀과 함께 페니레인을 사용하는 6개의 프로젝트를 진행 중이다.

유 박사의 연구는 고에너지 물리학과 머신러닝 발전을 목표로 한다. 다른 연구자들도 양자 시뮬레이션을 사용해 화학과 재료과학을 새로운 차원으로 끌어올리고 있다.

양자 컴퓨팅은 기업 R&D 센터에서도 활발히 활용되고 있다.

예를 들어, 자나두는 롤스로이스(Rolls-Royce)와 같은 기업을 위해 지속가능한 항공을 위한 최첨단 제트 엔진을 설계하기 위한 양자 알고리즘 개발을 지원한다. 더불어 폭스바겐 그룹(Volkswagen Group)이 전기차를 위한 더 강력한 배터리를 개발할 수 있도록 돕는다.

nVIDIA 소개
엔비디아(NVIDIA)는 1993년 설립 이후 가속 컴퓨팅의 선구자로 자리매김했다. 1999년 GPU를 발명해 PC 게임 시장 성장에 핵심적인 역할을 했으며, 컴퓨터 그래픽을 재정의하고, 현대적 인공지능(AI) 시대의 포문을 열었다. 엔비디아는 업계를 재편하는 데이터센터 규모의 제품을 갖춘 풀스택 컴퓨팅 기업으로 거듭나고 있다. 보다 자세한 내용은 엔비디아 코리아 홈페이지(www.nvidia.co.kr) 및 엔비디아 코리아 공식 SNS에서 확인할 수 있다.