3차원 해양모델 ROMSS에 대한 병렬기법과 컴퓨터기종별 연산력 비교연구

Abstract

본 연구에서는 3차원 해양모델의 하나인 ROMS (Regional Ocean Modeling System)에 대한 컴퓨터 기종별과 병렬기법에 따른 연산 능력을 비교 연구한 결과를 제시한다. 최근 컴퓨터의 CPU 성능 향상과 시스템 버스의 처리 속도 개선, 입출력 처리 능력 향상과 더불어 CPU의 병렬화에 의한 계산력 증강으로 인하여, 해양 3차원 모델링은 매우 정밀한 시공간 분해능과 자료 동화 기법을 적용할 수 있는 단계에 이르렀다. 본 연구에서는 해양 3차원 모델 ROMS를 황해에 적용하여 집중적 연산이 요구되는 조석 예측의 경우와 입출력에 대한 cpu의 작용이 요구되는 조석과 바람외력에 의한 황해의 순환을 예측하는 경우를 수치실험하였다. 수치실험을 수행한 컴퓨터는 SGI Onyx350 (16 cpu, R16000), HP Compaq ES40 (4 cpu) 그리고 DELL PC-Cluster (dual Xeon 3.06G 4대)를 사용하였으며, Unix와 Linux 운영 체제에 최적화된 병렬 환경 (MPI와 OpenMP)의 포트란 언어를 사용하였다. 황해 순환과 조석의 예측 과정을 수치실험하기 위하여 각각의 컴퓨터 별로 활용 CPU 개수를 1개 (직렬/병렬 계산)로부터 최대 cpu 개수까지 나누어 연산을 수행하여 비교하였다. 활용한 병렬기법으로는 MPI와 OpenMP 기법을 1개 이상의 CPU에 대한 병렬 연산을 수행하였으며 여러 가지 형태의 tiling을 적용하여 비교 연구하였다. 본 연구를 통하여 해양 3차원 모델의 병렬화 연산 기법의 적용으로 8개 이상의 CPU 병렬화는 10배 이상의 연산 속도를 나타내는 것으로 나타났으며, 컴퓨터 기종별로 병렬 기법의 효율성이 다르게 나타남을 알 수 있었다. 아래 그림은 조석과 바람 외력을 동시에 고려한 황해 순환 예측에 대한 MPI 병렬기법을 사용한 경우의 각 컴퓨터 기종별 활용 CPU 개수별 소요된 연산 시간을 비교 도시한 것이다.