라즈베리파이 클러스터 슈퍼컴퓨터

라즈베리파이는 세계에서 가장 인기 있는 단일보드컴퓨터이며 그 인기는 저렴한 가격과 작은 폼 팩터에서 기인한다고 볼 수 있습니다.

이러한 요인들로 인해 라즈베리파이는 소형 프로젝트와 특히 휴대용 장치에 이용하는 것이 이상적인데요.

하지만 라즈베리파이를 이용해서 라즈베리파이 클러스터  슈퍼컴퓨터(RASPBERRY Pi CLUSTER SUPERCOMPUTER)를 만들었다는 소식을 심심치 않게 접하게 되는데 그중에서 물량과 획기적이다 싶은 것만 골라서 소개해드릴까 합니다.

오라클의 라즈베리파이 클러스터 슈퍼컴퓨터

작은 규모의 리눅스 지원 보드는 네트워크 허브를 통해 그룹으로 쉽게 연결할 수 있으며 클러스터 컴퓨터에 걸맞은 소프트웨어의 지원이 뒷받침이 되면 개인도 구성하기 쉬운 분야입니다.

이를 증명이라도 하듯 2019년에 열린 오라클 OPEN WORLD 콘퍼런스에서 오라클이 라즈베리파이 클러스터 슈퍼컴퓨터를 선보였습니다.

이 라즈베리파이 클러스터 슈퍼컴퓨터 크기는 성인 남자의 키를 조금 넘는 정도로 제작된 랙마운트에 1,060개의 라즈베리파이 3 모델 B+를 수용하는데 성공하였습니다.

이미지 출처 오라클

물론 성능에 있어서는 그 분야의 다른 모델과는 차이가 있었습니다.

라즈베리파이 클러스터 슈퍼컴퓨터를 제작하기 위해 1,060개나 되는 라즈베리파이를 랙마운트에 넣는 것은 쉬운 일이 아니었는데 오라클은 이를 실현하기 위해  3D 프린터로 출력한 다수의 부품을 사용하였습니다.

라즈베리파이 클러스터 슈퍼컴퓨터의 2U 랙당 21개의 라즈베리파이가 장착되었고 각각의 라즈베리파이에 전원을 공급하기 위해 PoE HAT을 사용하려 했으나 너무 많은 열을 발산하였기 때문에 USB 전원 공급장치를 이용해서 전원을 공급하였습니다.

스위치 라우터는 네트워크 부팅을 제공하기 때문에 라즈베리파이 설치 공간과 저장 장치 중간에 배치하였습니다.

오라클은 새로운 Oracle Autonomous Linux 배포판을 홍보하기 위해 라즈베리파이 클러스터 슈퍼컴퓨터를 제작하게 되었다고 말하였습니다.

라즈베리파이 클러스터 슈퍼컴퓨터에 소요된 각각의 라즈베리파이는 Oracle Autonomous Linux와 자바를 실행할 수 있었고 Oracle Supermicro 1U Xeon 서버를 통해 네트워크 부팅이 가능하였다고 합니다.

거기다가 각각의 라즈베리파이 노드의 동작을 확인할 수 있도록 별도의 x86 컴퓨터에 연결된 9개의 LCD 모니터가 사용되었습니다.

라즈베리파이 클러스터 슈퍼컴퓨터의 총 제작 비용은 4만 달러 정도가 소요되었다고 하니 과히 만만한 액수는 아니었던 것 같습니다.

콘퍼런스에서 참석했던 대다수가 오라클의 라즈베리파이 클러스터 슈퍼컴퓨터에 열광하였지만 기존 이미지에 부합하는 슈퍼컴퓨터의 성능을 기대하기 어려워서인지 일부에서는 ‘대형 실내 난방기로서 더 유용할 수도 있겠다’  라는 비아냥도 들었다고 합니다.

이에 대해 오라클 책임자는 “커서 멋지잖아” 라고 쿨하게 응수했다는 후일담이 전해지기도 하였습니다.

하지만 단일보드컴퓨터로 구성했던 것치고는 전용 운영 체제까지 갖춘 진정한 슈퍼컴퓨터라는 것에 의의가 있을 듯 합니다 .

시판까지 된 슈퍼컴퓨터

2017년 Super Computing 17 콘퍼런스에서 라즈베리파이 3 모델 B를 이용한 라즈베리파이 클러스터 슈퍼컴퓨터가 출품되었습니다.

이 라즈베리파이 클러스터 슈퍼컴퓨터는 미국 로스 앨러모스 국립 연구소의 고성능 컴퓨팅 부문에서 비교적 저렴한 가격의 고성능 컴퓨터를 염두에 두고 호주에 소재를 두고 있는 BitScope에서 제작되었습니다.

‘BitScope BLADE’ 로 명명된 라즈베리파이 클러스터 슈퍼컴퓨터는 각각의 라즈베리파이(4코어) 코어 하나가 하나의 노드가 되고 랙마운트 서버 한 대당 150개의 라즈베리파이가 장착되었습니다.

이렇게 해서 서버 5대를 연결하면 3,000개의 코어(라즈베리파이 총개수는 750개)를 가진, 즉 3,000노드의 라즈베리파이 클러스터 슈퍼컴퓨터가 만들어지게 된다고 제작사는 말하였습니다.

이미지 출처 BitScope

각각의 코어는 2~3W의 전력을 소비하며 전체 시스템은 아이들 시 1,000W, 일반 사용 시 3,000W, 풀 로드 시 4,000W의 전력을 소비한다고 제작사는 밝혔습니다.

시스템 전체 가격은 우리 돈 4천만 원 수준이라고 하며 앞서 언급했던 오라클의 라즈베리파이 클러스터 슈퍼컴퓨터 못지않은 비용이 소요되었습니다.

라즈베리파이를 기반으로 한 클러스터 컴퓨터는 성능이 떨어진다는 게 지배적인 의견이었지만 저 정도 비용을 감수하고서라도 제작을 하였다는 것은 전성비에 초점을 맞추지 않고서는 엄두를 내기 어려울 것 같습니다.

레고 블록처럼 쉽게 조립해서 사용할 수 있는 슈퍼컴퓨터라는 점이 매력이라고 하며 시판까지 된 모델입니다.

200만원으로 만든 개인용 슈퍼컴퓨터

2013년 미국 보이시 주립대의 전기컴퓨터 엔지니어링 학부 박사과정을 밟고 있었던 조슈아 키퍼트는 라즈베리파이를 이용하여 2천 달러 정도의 비용으로 라즈베리파이 클러스터 슈퍼컴퓨터를 만들어내었습니다.

조슈아 키퍼트가 만든 슈퍼컴퓨터

조슈아 키퍼트는 라즈베리파이의 CPU 클럭을 700MHz에서 1GHz로 오버클럭 한 상태로 사용하였습니다.

조슈아 키퍼트는 무선센서 네트워크 상에서 데이터 공유에 대한 박사학위 연구를 위해 학교에 있던 오닉스 클러스터 슈퍼컴퓨터를 이용하였는데 학교의 슈퍼컴퓨터를 본떠 자신만의 32노드 규모의 슈퍼컴퓨터를 제작하고 싶어 시작했다고 합니다.

오닉스 클러스터가 어떤 상황에 다다르면 업타임률이 급격히 떨어지는 현상이 발생하여 메시지 패싱 인터페이스(이하 MPI)나 자바를 이용한 클러스터 환경에 맞지 않는 것을 확인하고 이를 해결할 방법을 고민하던 차에 라즈베리파이 클러스터 슈퍼컴퓨터가 임베디드 시스템에 사용되는 낮은 수준의 인터페이스를 사용하기 때문에 대규모 임베디드 하드웨어를 실험하는데 적격일 거란 판단이 들어 제작을 감행한 배경이 되었다고 조슈아 키퍼트가 말하였습니다.

조슈아 키퍼트는 라즈베리파이 클러스터 슈퍼컴퓨터의 운영 체제로 아치 리눅스를 선택하였는데  운영 체제 이미지 용량이 150MB 미만이었고 10초면 부팅이 가능하였으며 네트워크 지원을 위한 CLI 인터페이스도 갖추고 있었기 때문이었다고 합니다.

6살 짜리가 만든 슈퍼컴퓨터

2012년 6살짜리 어린이가 레고로 라즈베리파이 클러스터 슈퍼컴퓨터를 만들었다고 해서 화제였었는데요.

영국 사우샘프턴 대학교의 컴퓨터 엔지니어링 팀의 사이먼 콕스 교수의 주도 하에 라즈베리파이 64개를 이용하여 라즈베리파이 클러스터 슈퍼컴퓨터를 제작하였습니다.

사이먼 콕스가 만든 슈퍼컴퓨터

랙마운트는 아이들 장난감인 레고로 제작되었고 이 라즈베리파이 클러스터 슈퍼컴퓨터 디자인은 사이먼 콕스 교수의 6살 된 아들이 맡았다고 합니다.

제작에 소요된 비용은 2천5백 유로였다고 합니다.

프로젝트를 이끌었던 사이먼 콕스 교수는 라즈베리파이를 다량 확보한 후 병렬구조로 연결하면 슈퍼컴퓨터화 할 수 있다고 내다봤다고 말하였습니다.

이 라즈베리파이 클러스터 슈퍼컴퓨터는 MPI 시스템으로 사용되어 이더넷을 사용하는 서버 노드 사이의 통신을 위한 용도로 제작된 것이었습니다.

사이먼 콕스 교수가 만든 슈퍼컴퓨터의 첫 번째 업무는 ‘파이 값’ 을 계산하는 것이었다고 합니다.

예전에 미일 슈퍼컴퓨터 대전에서 파이 값을 얼마나 많이 계산했느냐로 승패을 결정하기도 했습니다만 지금도 그러는지는 모르겠네요.

앞서 언급했던 것보다 꽤 앞선 연도에 제작되었던 것으로 보아 자료를 찾아보지는 않았지만 혹 라즈베리파이를 이용한 슈퍼컴퓨터의 모태처럼 느껴지기도 합니다.

이외에도 다양한 라즈베리파이를 이용한 클러스터 컴퓨터가 많았지만 우리가 늘 생각했었던 슈퍼컴퓨터의 이미지에 준하는 것만 추려서 게재를 하였습니다.

이렇게 게재하고 나니 라즈베리파이를 이용한 다양한 시도의 클러스터 컴퓨터가 있다는 것에 새삼 놀라웠습니다.