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세계 최고속 컴퓨터의 소유자는 누구인가. 국방과학의 보루 미국 슈퍼컴산업에 반도체기술을 바탕으로 도전하는 일본의 추격은 과연 미국을 앞지를 것인가.

슈퍼컴퓨터의 성능이 단숨에 10기가플롭스(GFLOPS)의 벽을 넘어 20기가 플롭스시대로 돌입했다. 내년중에는 일부 기종의 출하가 시작된다.

일본전기(NEC)와 ‘크레이리서치’에 이어 후지쓰 히다치 등의 기업들도 20기가급의 슈퍼컴을 개발중에 있다.

세계에서 가장 빠른 컴퓨터를 개발하려는 미국과 일본, 두 거인의 쫓고 쫓기는 속도경쟁은 마치 1백m경주에서 벤존슨과 칼루이스가 벌이는 진땀나는 대결처럼 박진감이 있다.

일본의 추월
 

지난 4월 일본전기는 세계에서 가장 빠른 계산처리능력을 갖춘 신형슈퍼컴 ‘SX-3’시리즈를 개발했다고 발표함으로써 20기가플롭스대의 성능경쟁에 본격적으로 불을 당겼다.

SX-3시리즈는 일본산 슈퍼컴으로는 최초로 여러대의 프로세서(processor)를 채용한 시스팀. 단일 CPU(중앙처리장치)로 최대 5.5기가플롭스를 낼 수 있으므로 4대의 CPU를 연결하면 22기가플롭스까지 성능을 고속화할 수 있다.

플롭스란 1초동안에 부동소숫점을 계산할 수 있는 단위인데 가령 22기가플롭스라면 초당 2백20억회의 연산을 실행할 수 있다는 의미이다.

SX-3시리즈의 등장으로 인해 슈퍼컴퓨터 분야에서만은 일본에 대해 절대 우세를 장담하고 있던 미국의 코가 납작해져 버렸다. 미국이 세계 최고속 컴퓨터가 될 것이라고 자랑하던 ‘크레이-3’모델(16기가플롭스)이 완성되기도 전에 더 빠른 슈퍼컴을 일본에서 발표해버린 것. 더군다나 현재 4대의 CPU를 채용할 수 있는 SX-3 시리즈가 프로세서의 수를 점차 늘려갈 경우 처리속도는 무한대로 빨라진다.

일본전기는 신형슈퍼컴을 향후 4년간 총 1백20대 판매한다는 야심찬 계획을 세우고 내년 6월부터 일본 국내에, 9월부터는 세계 시장에 판매를 개시할 예정이다.

불의의 일격을 당한 미국측의 반격도 만만치않다. 세계 최대의 슈퍼컴메이커 크레이리서치는 최근 24기가플롭스급의 ‘C90’(가칭)기종을 내년 하반기중에 발표한 것이라고 밝혀 ‘타도 일본’의 기치를 높이 들었다. C90이란 명칭은 크레이가 90년대에 도전할 다음 세대의 슈퍼컴이라는 의미가 내포돼 있다.

크레이사의 C90프로젝트는 다분히 일본세를 겨냥한 대응전략 이라는 측면을 숨길 수 없다. 크레이사는 지난 수년간 창업자인 ‘세이모어 크레이’씨를 중심으로 ‘크레이-3’기종(최대성능 16기가 플롭스)을 개발하는데 주력해왔다. 그러나 크레이-3가 완성단계에 접어 들어 내년쯤 제품발표를 앞두고 있는 시점에서 일본이 보다 강력한 슈퍼컴을 발표하자 부득이 전략을 수정하게된 것.

크레이사는 지난 5월 크레이-3개발팀을 크레이컴퓨터라는 별도 법인으로 독립시키고 크레이의 또 다른 슈퍼컴계열인 XMP, YMP의 기술체계를 계승하는 C90 프로젝트에만 전념키로 결정했다.

가장 빠른 컴퓨터─슈퍼컴

슈퍼컴퓨터란 일반적으로 당대의 컴퓨터중 가장 빠른 계산능력을 가진 기종을 일컫는다. 그러나 1972년 미국 콘트롤데이터(CDC)에서 일하던 엔지니어 ‘세이모어 크레이’가 CDC를 뛰쳐나와 크레이리서치를 설립하고, 1975년 크레이-1기종을 선보임으로써 슈퍼컴은 점차 새로운 영역으로 자리잡기 시작한다. 크레이-1은 1백50메가플롭스의 연산능력을 지녀 오늘날의 슈퍼컴에 비하면 보잘 것이 없지만 당시에는 대형 컴퓨터에 비해 수십배나 빠른 속도를 발휘해 경탄을 자아냈다.

그후 크레이사는 미국 국방부의 강력한 지원을 받아 슈퍼컴의 대명사로 불리우면서 전세계 슈퍼컴시장의 60%이상을 차지하는 성장일로를 걸어왔다. 아이러니컬하게도 크레이에 한수 뒤진 CDC도 슈퍼컴분야에 뒤늦게 뛰어들어 크레이와 상당한 정도까지 경합을 벌였으나 최근 일본세가 두드러지면서 슈퍼컴사업을 포기하고 그간의 성과들을 크레이측에 넘긴 상태.

슈퍼컴의 성능은 최근 5년동안 10배 가까이 향상되고 있다. 이 같은 추세라면 오는 95년경에는 약 2백기가플롭스대의 슈퍼컴이 등장할 것이라고 예고한다.

컴퓨터의 계산속도가 빨라진다는 것은 무엇을 의미하는 것일까.

실제 컴퓨터의 연산능력은 현대의 첨단연구와 기술개발에 결정적인 변수로 작용한다. 핵융합, 초고층빌딩의 구조계산, 항공기 설계, 기상예측, 자원탐사등의 연구개발에는 방대한 계산식과 데이터의 고속처리가 성패를 좌우하는 필수적인 요소가 된다. 계산속도가 빠를수록 프로젝트의 정밀도가 향상되어 국가나 기업에 막대한 경제적 효과를 가져다 주는 것이다.

그렇다면 슈퍼컴은 어떻게 범용컴퓨터보다 빠른 속도를 낼 수가 있을까.

일반컴퓨터는 각각의 명령들을 한번에 하나씩 처리하는 순차처리기이다. 이때 속도를 점차 빠르게 하더라도 빛의 속도라는 물리적 한계로 인해 일정 속도 이상으로 향상시킬 수 없다.

슈퍼컴은 이러한 문제점을 극복하기 위해 여러개의 명령을 중첩시켜 동시에 처리하는 ‘파이프라인프로세서’(pipeline processor)로 구성돼있다.

이를통해 ‘병렬처리’가 가능해짐으로써 복잡한 계산식이나 방대한 자료를 일거에 처리할 수 있게 되는 것이다.

또한 슈퍼컴은 대개 여러개의 프로세서로 구성돼 있으며 각 프로세서는 하나의 업무를 서로 분담하여 처리할 뿐아니라 서로 다름 여러 업무를 각각 처리하기도 한다. 즉 복수의 CPU로 성능을 기하급수적으로 향상시킨다는 것.

그동안 세계슈퍼컴시장에서는 일본전기 후지쓰 히다치 등 일본 3사가 우수한 반도체기술을 무기로 단일CPU로는 미국보다 앞선 기종들을 개발해왔다. 반면 크레이리서치 CDC등 미국세는 복수의 CPU를 동시에 가동시키는 병렬처리방식으로 이에 맞서왔다.

이외에도 고속연산을 실현하기 위해 논리·기억회로의 고속화와 이때 발생하는 열을 냉각시키는 기술, 또 실리콘을 대신할 새로운 소자(갈륨비소등)의 개발 등이 슈퍼컴개발의 관련기술로 알려져 있다.

슈퍼컴은 일반 컴퓨터와는 달리 독특한 형태를 띠고 있다. 유명한 크레이-1은 원통형, 히다치의 S-810과 일본전기의 SX-2는 정삼각형의 형태를 취하고 있는데 이는 한마디로 배선경로의 단축화를 추구한 결과이다.
 

쫓기는 자와 쫓는자

국방·정보분야 등 특수분야에만 주로 이용되어온 슈퍼컴은 최근들어 그 필요성이 기업마다 바이러스처럼 확산됨으로써 거의 산업전반에 걸쳐 수요가 급증하고 있다. 현재 전세계에 3백40대 가량의 슈퍼컴퓨터가 보급되어 석유탐사에서 인체구조분석에 이르기까지 다양한 분야에서 맹활약하고 있다. 국내에서도 지난해 시스템공학센터에 크레이기종이 한대 설치되어 운용되고 있다.

슈퍼컴을 이용한 네트워크도 널리 보급되어 PC로도 슈퍼컴을 이용하는 것이 가능해지고 있다. 머지않아 전산업 전과학분야 뿐아니라 인간생활 전반이 슈퍼컴퓨터와 관련을 맺을 날이 오리라 예상된다.

이러한 수요증가에 힘입어 세계슈퍼컴시장은 지난 10년간 매년 25%가량의 성장을 보여왔다. 지난해까지 시장점유율을 보면 미국의 크레이리서치가 64%, CDC의 자회사인 ETA시스팀즈가 16%, 그리고 일본3사가 도합 20%를 차지하고 있다.

미국의 전통적인 강세에 일본세가 맹렬히 추격을 하는 형편에 있는 것이다. 미국은 최근 몇년 동안 반도체 특히 메모리소자부문에서 일본에 뒤짐으로써 슈퍼컴분야에서도 ‘쫓기는 자’라는 막연한 위기의식을 감추지 못했다. 막대한 대일 무역적자를 안고 있는 미국은 슈퍼컴분야를 몇개 안남은 대일 경쟁력 우위산업으로 평가하면서도 기회있을 때마다 미국산 슈퍼컴이 일본에서 고작 6%의 시장점유율밖에 차지하지 못하고 있다는 사실에 강한 불만을 드러내왔다. 특히 지난 87년 미국 매사추세츠공과대학(MIT)이 일본전기의 슈퍼컴을 구입하려고 했을때 미국 정부와 기업들은 의회와 여론까지 총동원해 일제 슈퍼컴의 미국상륙을 결사적으로 막을 정도로 과민반응을 보였다.

일본전기의 SX-3시리즈 발표는 이러한 맥락에서 미국정부와 슈퍼컴업계에 엄청난 충격파를 던져주었다.

이와관련 후지쓰의 야마모토(山本卓眞)시장은 “크레이리서치 등 미국기업들은 슈퍼컴전문업체들이므로 방대한 개발투자를 계속하기에는 어려움이 뒤따르지만 재벌기업에 속하는 일본세는 강한 체력을 갖추고 있다”고 말한다. 즉 전문메이커가 부득이 궁지에 몰릴 수밖에 없다는 주장이다.

일본은 일본전기외에도 후지쓰가 내년중에 최대성능 20기가플롭스 안팎의 제품을 발표할 공산이 짙다. 이 슈퍼컴은 후지쓰가 지난해 12월 발표한 단인 CPU로는 당시 세계 최고속이던 ‘VP2600’(4기가플롭스)을 토대로 이를 4대 접속시킨 것. 복수의 CPU를 접속하려면 병렬처리 소프트웨어 기술이 필요한데, 후지쓰는 일본통산성이 추진중인 대규모 프로젝트 ‘과학기술용 고속계산시스팀의 연구개발’의 성과를 이용함으로써 이를 실현했다.

히다치는 현재 가동중인 단일 CPU기종으로는 가장 빠른 S-820/80(3기가플롭스)을 판매하고 있다. 이 회사도 2년후에는 복수 CPU의 구성으로 25~30기가프롭스이상을 실현시킬 계획이다.
 

반격채비 갖추는 미국 슈퍼컴업계

현재 일본측이 가장 우려하는것은 미국정부의 대일견제분위기이다. 초고속슈퍼컴으로 미국시장에 역상륙을 노리는 일본메이커들로서는 필요이상으로 미국측을 자극시킬 필요가 없고 자칫 잘못하다가는 대미흑자의 대가로 미국산 슈퍼컴을 강매당할 가능성도 있기 때문이다.

일본전기의 세키모토(關山忠弘)사장은 “우리는 결코 미국과 경쟁할 의도가 없다. 기술의 진보가 인류공유의 재산으로 사용되길 원한다”라고 조심스럽게 말한다.

일부 전문가들은 일본산 슈퍼컴의 성능이 어디까지나 이론치에 지나지 않는다면서 소프트웨어를 개선하는 정도에 따라 크레이의 YMP기종이 오히려 일본 제품보다 실행능력면에서 앞선다고 지적한다. 일본세의 우위가 이른바 카탈로그상의 우세에 불과하다는 것.

슈퍼컴의 소프트웨어면에서는 실제 미국의 우세는 당분간 변함이 없을 듯하다. 현재 유통되는 소프트웨어는 크레이가 5백종류 이상인 데에 반해 후지쓰 일본전기 모두 3분의 1선에 머물고 있다. 일본업체들은 이러한 열세를 만회하기위해 독자적인 운영체계(OS)에다 엔지니어링분야의 산업 표준이 되고 있는 유닉스를 탑재, 유닉스용 응용소프트웨어를 자사 제품용으로 이식하는 작전을 진행중이다. 그러나 소프트웨어면에서 미국세를 따라잡기에는 상당한 시간이 걸릴 것으로 보인다.

한편 처리속도와 자본력에서 그간 일본세로부터 맹렬한 추격을 받아온 미국 슈퍼컴업계는 최근 이에따른 재편바람이 세차게 불고 있다.

크레이리서치가 CDC와 판매부문에서 제휴했으며 중형컴퓨터 분야의 맹장 디지틀이킵먼트(DEC)가 병렬처리형 슈퍼컴의 벤처기업과 소프트웨어를 공동개발키로 결정했다. 또 컴퓨터거인 IBM은 크레이리서치를 뛰쳐나온 기술자가 설립한 슈퍼컴퓨터시스팀즈(SSI)와 협력관계를 맺고 관련제품의 개발에 열을 올리고 있다.

세계 슈퍼컴시장은 크레이, IBM, DEC 등 미국의 3두체제가 최근 급부상한 일본 전기 후지쓰히다치 등 일본세를 맞받아치는 구도를 이루고 있는 것이다.

세이모어 크레이는 CDC가 슈퍼컴개발에 소극적인데 반발해 72년 크레이리서치를 세웠다. 뒤늦게 슈퍼컴의 중요성을 개달은 CDC는 자회사인 ETA 시스팀즈까지 설립, 슈퍼컴사업에 심혈을 기울였으나 지난 4월 17일 슈퍼컴 ‘ETA10’의 제조·판매를 중지한 다고 발표해 사실상 이 분야에서 철수했다. 막대한 기술개발투자가 뒷받침돼야 하는 슈퍼컴분야에서 크레이에 대항하기도 역부족인 상황에서 일본업체들로부터 협공을 받아 CDC는 더이상 버티기가 힘들었던 것.

크레이리서치와 CDC는 합의를 통해 ETA10과 크레이제품을 접속할 수 있는 기술을 개발하고 ETA기종에 관한 기술서비스를 크레이측이 맡기로 했다.

DEC의 새로운 파트너는 최대 6만5천5백36대의 프로세서를 연결시킨 대규모 병렬처리기로 급성장하고 있는 ‘싱킹머신’사. CDC가 탈락한 현재 미국 제2위의 슈퍼컴퓨터업체이다.

이 회사의 제품은 조작하기가 어려워 대학과 연구소 이외에는 보급실적이 전무한데 영업력이 뛰어난 DEC와 손을 잡은 이상 일거에 이러한 문제들은 해결될 것으로 전망된다.

IBM은 크레이리서치를 그만두고 독립한 ‘S·첸’씨의 SSI에 접근하고 있다. 첸씨가 슈퍼컴의 대히트작이었던 크레이 MP 시리즈의 주임기술자였던 만큼 IBM의 자금력과 SSI의 소프트웨어기술이 결함되면 무시할 수 없는 세력으로 등장하리라 예상된다.

미국방부의 위력

미국의 슈퍼컴퓨터업계는 크레이 DEC IBM 등이 주도하는 체제로 서서히 판도변화가 이뤄지고 있다.

그런데 이러한 배경에는 세계 최대의 슈퍼컴수요자인 미국 국방부의 입김이 강력하게 작용했을 것으로 전문가들은 분석한다. 지난해 미국 슈퍼컴 경기가 냉각된 이유를 국방부의 컴퓨터조달을 둘러싼 스캔들로 인해 구매에 제동이 걸렸기 때문으로 알려질 정도로 미 국방부의 위력은 크다. 국방부의 입장에서 보면 막대한 국방예산을 지원해 육성시킨 미국 슈퍼컴 기업들이 일본세보다 약체화되는 사실은 그냥 지나쳐 버릴 수 없다. 슈퍼컴메이커들로서도 정부의 비위를 건드리면 유형무형의 마이너스가 발생하므로 국방부의 의도를 사전에 포착, 3두체제로 스스로 재편해간 것이라는 분석이 지배적이다. 지난 4월 전세계의 이목을 집중시킨 워크스테이션업체 아폴로컴퓨터의 휴렛팩커드에 의한 인수도 미국 컴퓨터산업의 경쟁력강화를 바라는 미국 정부의 의지를 반영한 것이라고 볼 수 있다.

미국은 군사적 필요성에 의해 슈퍼컴퓨터를 개발한 만큼 축적된 고도의 이용기술을 어떤 나라에게도 뺏기지않고 뒤질 수도 없다는 입장이다. 그러나 일본세의 대두가 두드러짐에 따라 국가안보라는 측면에서 위기감을 크게 느끼고 있는 것도 사실이다.

일부에서 미국의 소프트웨어기술과 일본의 하드웨어기술이 결합하면 협조의 길이 모색될 수도 있을 것이라고 점쳐지고 있지만, 미국이 슈퍼컴퓨터및 그 메이커의 존재 자체를 국가안보와 밀접한 관련이 있는 것으로 인식하고 있는 이상, 성사 가능성은 희박하다. 일본 슈퍼컴 관계자들은 가령 미·일 메이커들이 설사 제휴에 합의한다 하더라도 미국 정부가 이를 인정하지 않으리라고 지적한다.

미·일 양국이외에는 서독이 최근 슈퍼컴 개발경쟁에 뛰어들어 관심을 모으고 있다. 서독의 정부투자회사인 ‘수프레눔’사는 올해안에 최대성능 5기가플롭스인 병렬처리형 슈퍼컴을 선보일 계획. 현재 유럽의 슈퍼컴시장은 미국업체들이 80%가량으로 압도적인 우세를 차지하고 있지만 오는 92년 유럽공동체(EC)의 시장통합과 더불어 서독의 등장으로 그 판도가 많이 변화될 것으로 예상된다.