그리드 컴퓨팅

그리드 컴퓨팅(grid computing)은 컴퓨터의 연산능력, 데이터, 첨단 실험 장비 등 여러 장비를 인터넷을 통해 공유하려는 새로운 분산컴퓨팅 모델이다.

개요

그리드 컴퓨팅은 컴퓨터의 처리능력을 한 곳으로 모아 가장 중요한 업무에 집중사용할 수 있게 해주는 기술을 말한다. 고속 네트워크로 연결된 다수의 컴퓨터 시스템이 사용자에게 통합된 가상의 컴퓨팅서비스를 제공하는 개념으로 분산컴퓨팅(Distributed Computing)이라고도 불린다. 그리드란 세계적으로 연구가 진행 중인 차세대 인터넷망으로, 현재의 인터넷 방식인 월드와이드웹(www)과 달리 컴퓨터의 처리능력을 한 곳으로 집중시킬 수 있는 인터넷맛이다. '격자선'이라는 뜻의 '그리드'는 집과 공장에 전력을 공급하는 전기배선(Power Grid)과 흡사하다고 해서 붙여진 이름이다. 즉, 지리적으로 분산된 고성능 컴퓨터, 대용량 데이터베이스베이스, 각종 정보통신 첨단장비 등을 네트워크로 연동하고 상호 공유할 수 있도록 하는 것이다. 분산 컴퓨팅(Distributed Computing)이라고 불리는 이 기술을 이용할 경우 각 지역의 슈퍼컴퓨터와 일반 컴퓨터를 연결시켜 기존 컴퓨터 기술로는 불가능했던 고속연산과 대량 데이터처리를 할 수 있게 된다. 기상관측 등의 대규모 연산작업이 필요한 일을 모듈별로 쪼개 가정의 개인 컴퓨터에 시킬 수 있기 때문에 모든 컴퓨터가 네트워크로 연결돼 사용자들과의 연결(P2P) 방식으로 일처리를 하게 된다. 그리드 컴퓨팅을 하기 ㅎ위해서는 개별적인 소프트웨어와 하드웨어들을 하나의 통합된 자원으로 연결시키는 작업이 필요하다. 이를 위해 대용량 저장장치, 데이터베이스, 전파망원경 등의 고성능 연구장비가 필요하다. 또한 사용자들에게 하나의 시스템처럼 보이도록 할 수 있는 미들웨어가 구현되어야 한다. 이 기술을 응용한 대표적 사례는 외계의 생명체를 연구하는 미국의 항공우주국(NASA)과 유럽입자물리학연구소에서 세계 최대 핵 입자가속기인 강입자 충돌기에서 발생하는 방대한 정보를 처리하기 위해 이 네트워크를 구축 하였다.

그리드 기술 연구 동향

그리드의 미들웨어로서 글로버스 툴키트(Globus Toolkit)류가 업계의 표준이 되어 있지만 툴키드만으로 그리드를 운용할 수 없다. 그 이유는 글로버스 툴키트는 플랫폼에 직결된 자원관리, 자원정보서비스, 데이터관리와 같은 기본적 기능만을 그리드가 제공하기 때문이다. 현재 미국에서는 그리드를 위한 미들웨어를 패키지화하는 프로젝트가 진행되고 있다. 여러 그룹에서 개발한 다양한 도구들을 컴포넌트로 조합하는 경우, 효율적이고 간편한 그리드 환경의 구축과 운용이 가능하게 되는 경우가 많다.

메타 컴퓨팅

그리드 환경에 접속된 컴휴터는 다수의 사람들이 이용하고, 1대의 컴퓨터로 해결할 수 없는 대규모적인 형태의 문제를 해결하는 메타 컴퓨터로서 그리드의 이용방법이 주목받고 있다. 엠피아이(Message Passing Interface)를 이용하여 다수의 컴퓨터 사이에 병렬처리를 하게 하는 것은 메타 컴퓨팅 활용의 한 방법이다. 이러한 미들웨어의 대부분은 컴퓨터내에서 업체들이 제공하는 엠피아이를 이용하고, 컴퓨터 사이에는 TCP/IP에 의한 통신방법으로 구현한 것이다. 따라서, 엠피아이로 개발된 병렬 프로그램은 컴퓨터에 큰 변화를 주지 않고도 그리드 환경으로 사용할 수 있게 해 준다. 이종 컴퓨터 사이의 병렬 컴퓨팅의 실현을 통하여 문제를 해결하는 환경으로 캑터스(Cactus)가 있다. 원래는 상대성원리의 수치해석 실현을 위하여 개발하였지만, 많은 사용자 그룹과 기업들의 지원으로 일반 컴퓨터에서 슈퍼컴퓨터까지 다양한 플랫폼에서 이용가능하고 적용분야도 확대되고 있다. 글로버스 툴키트는 현재 OGSA에 대응하여 진행되고 있기 때문에 엠피아이를 실현하는 미들웨어도 GT3 또는 OGSA에 대응하게 될 것으로 예상된다. 메타 컴퓨팅분야에서는 실행성능의 고도화를 추구하기 때문에 성능면에서GT3과 피드백이 기대된다.

고출력 컴퓨팅

그리드의 가장 간단한 활용방법은 다수의 처리를 그리드상의 컴퓨팅 자원을 분산하여 고속으로 실행하는 것이다. 구체적 실현방법으로는 다수의 업무를 스케줄링하여 복수의 원격 컴퓨팅 자원을 투입하는 방법이다. 글로버스 툴키트에도 지역적 자원에 대한 업무도 수행할 수 있지만 복잡한 에이피아이(API)로 작업 정보를 지정해야만 한다. 또한 복수의 자원을 동시에 확보하는 기능이 있지만 자원 사이의 작업에 대한 부하분산 스케줄링 기능은 없다. 지역적인 자원에 대한 작업 관리와 자원 사이의 동적 부하분산을 행하는 스케줄러를 글로버스와 조합하는 것이 고출력 컴퓨팅의 간단한 실현방법이다. 지역적 작업관리로서는 플랫폼컴퓨팅사의 제품이나 본래 나사(NASA)를 위해 개발하여 상용화한 PBS(Portable Batch System)등이 있다. 한편 글로버스의 상위에 위치하며 자원 사이의 동적 부하분산을 포함한 스케쥴러로서, 사용자 요구와 자원의 매칭을 시도하는 미국 워시콘신대학의 콘돌지(Condor-G)와 과금정보와 작업의 종료기한 등을 조건으로 하여 자원검색과 스케쥴링을 행하는 호주의 모나쉬대학이 개발한 님로드(Nimrod/G) 등이 있다. 이들도 글로버스의 자원관리기능에 접속이 가능하다. 앞으로 다양한 부가가치를 가진 스케쥴러가 개발되겠지만 다른 소프트웨어와의 접속이나 타 사이트와의 연동을 위해 표준화를 해야한다.

그리드 포탈

그리드의 프로그래밍이나 실행방법은 그리드의 환경이나 응용에 따라 다양하다. 단지 시뮬레이션 결과를 원하는 사용자는 그리드 환경이나 응용에 따른 번잡함을 의식하기를 원하지 않는다. 그리드 포탈은 한번의 로그인으로 복수의 사이트에 접근 가능한 싱글사인온(single signon) 등을 활용하여, 그리드 상의 다양한 자원, 서비스 등을 편리하게 이용할 수 있는 보다 사용자 친화적인 그리드 기술이다. 컴퓨팅 자원에 대한 접근 수단을 제공하는 포탈의 예로는 NPACI의 핫페이지(HotPage)가 있다. 핫페이지는 그룹내의 컴퓨팅 자원의 이용 상태를 파악하여 휴지상태의 컴퓨터를 새로운 작업에 투입한다. 한편, 컴퓨팅 자원뿐만이 아니라 기능에 대한 접속을 제공하는 포탈도 사용자에게 유용하다. 포탈은 단순한 서비스의 접점이 아니라 스케쥴링, 서비스에 대한 포탈 관련 기술도 개발 중에 있다. 그리드가 OGSA기반이 됨에 따라, 그리드 포탈 기술도 장기적으로는 웹서비스 포탈 기술을 활용하게 될 것으로 예상된다. 따라서 그리드의 커뮤니티에서는 웹서비스 포탈기술 표준화에 보조를 맞추어 그리드 포탈을 구축해 가야한다.

데이터 그리드

고에너지 물리학이나 천체물리, 바이오 인포메틱스 등의 분야에서는 측정된 데이터의 공유에 대한 요구가 높다. 또한 측정장치의 수는 적은데 측정할 데이터가 대용량인 경우, 장치의 수가 많지만 측정 대상의 데이터가 아주 많아 대용량 데이터 해석에 많은 연구자들의 협력이 필요한 경우 등이 있다. 현재는 인터넷을 통해 데이터를 공유하고, 필요한 경우 데이터를 다운로드 받기도 한다. 하지만 기존 방법으로는 방대한 데이터를 공유하기가 힘들다. 엄청난 크기의 자료를 다운로드 받으려면 엄청나게 많은 시간이 필요하고 대용량 데이터들을 저장할 수 있는 곳이 필요하다. 전세계의 대표적인 연구소가 입자 가속기를 이용하여 실험한 데이터를 공유하고자 한다면 이 엄청난 데이터를 네트워크를 통해 공유하기 위해 시도되고 있는 것이 데이터 그리드이다.

스마트 그리드

전력망의 지능화를 추구하기 위해 IT 기술은 필수적인 기술로 인식되고 있으며, IT 기술을 전력막에 적용함으로써 전력망이 보다 똑똑하고, 안전하고, 경제적인 시스템으로 발전하고 있다. 강건한 전력망 구성을 위한 전력망 자가 치유(Self-Healing) 기술, 전력의 수요/공급의 균형을 완성하기 위한 수요반응 기술, 침해 방지가 가능한 보안기술, 분산전원의 활성화를 위한 전력품질 보장 기술 및 양방향 전력의 운용 및 신시장의 창출을 가능하게 하는 전력거래 기술은 스마트 그리드를 실현시키는 필수적인 도구로 평가된다. 스마트 그리드 기술의 특징들은 IT 기술인 센서 네트워크 기술, 야방향의 유무선 통신 네트워크 기술, 알고리즘을 기반으로 한 에너지 관리 기술, 관리를 위한 소프트웨어 프레이무어크 기술, 보안 기술 등의 최신 IT기술을 기반으로 한다는 것이며, 이러한 기술을 근간으로 하여 전력망의 지능화를 위해 IT 기술이 다양하게 사용될 것이다. 스마트 그리드에서는 일방적인 에너지 흐름이 아니라 에너지가 다양한 곳에서 생산되고 양방향의 흐름이 발생하는 전력망의 형상이다. 기존의 전력망에서 일방적인 전력 수요자에 머물렀던 건물이 자체적으로 전력을 생산하거나 전체적인 수요가 상대적으로 크지 않아 전력요금이 저렴한 시간대에 전력을 저장했다가 막대한 전력 수요가 발생할 때 역으로 건물에서 전력망으로 전력을 공급할 수 있는 에너지 프로슈머로 동작하는 양방향의 전력망 구조를 가능하게 한다. 이러한 기능은 양방향의 전력 측정 기술 및 모든 전력망 참여자들의 전력 정보 확보 및 양방향 운용으로 가능한 기술이다. 이러한 특징으로 발생하는 스마트 그리드의 흐름은 마치 양방향 흐름의 인터넷망과 유사한 구조이다.

스마트 그리드 기술

• 강건 전력망 자가 치유 기술 : 사용의 편의성 및 무공해 에너지 청결성 등으로 인해 현대 사회의 에너지 주 공급원이 전력에너지로 전환된 이후로 많은 생활 및 산업기기, 생활 및 산업시설 및 시스템이 전기 에너지에 의해 동작하는 구조로 변경되었다. 이런 변화는 강력한 안전성을 전력시스템에 요구하고 있다. IT 기술이 도입되기 이전 시스템의 유지 및 보수를 전송 선로의 상태를 육안으로 확인하는 등의 원시적인 방법으로 운용했지만 IT 기술이 사용됨에 따라 전력망 전 계통을 센서 네트워크를 통해 실시간 감지, 및 센싱, 이를 유무선 통신 인프라를 통해 전송하고 수집된 정보로 예지, 분석 및 정보 모델링, 통합정보관리 및 운영을 통해 손상된 전력망을 실시간 복구하는 기능을 통해 전력시스템이 보다 강건한 시스템으로 동작하도록 하고 있다. 강건한 전력망은 센서 네트워크 연계 전력망 상태 모니터링, 감시 및 센싱, 유,무선 통합 통신 인프라를 통한 양방향 정보 전달, 수집 정보를 바탕으로 예지, 분석 및 정보 모델링, 분석결과 및 모델링 정보 기반의 통합 정보관리 및 운영 등의 IT기술이 활용되어 전력시스템의 자가 치유 기능을 해야하고, 스마트 그리드는 자가 진단이 가능하고 시스템의 보호와 단독 운전이 가능하고 반자동 또는 자동복구하는 자가 치유기능을 가져야 한다.
• 에너지 고효율화 수요 반응 기술 : 전력에너지 공급자 및 소비자 측면에서의 모든 에너지 고효율화를 고려하면 전력시스템은 시스템 특성상 항상 수요와 공급이 일치하는 것을 요구한다. 필요에 따라서는 수요와 공급을 일치시키기 위해 공급자가 수요자의 전력소모 상태를 파악하여 외부에서 제어하는 레벨까지의 시스템 운용이 필요한 경우도 발생한다. 소비자 측면에서 스마트 홈/빌딩의 에너지 소비가 효율적으로 이루어지도록 에너지 소비 모니터링 및 지능적으로 에너지를 관리하는 에너지 절감 관리 기술이 필요하다. 에너지 고효율화 및 수요반응을 위해 로컬 및 광역 범위에서의 미러링 및 센서 정보 취함, 마이크로그리드 레벨에서의 광역 범위 수요관리를 위한 제어 정보 전달, 잉여전력 판매를 위한 로컬 전력정보 송수신 등의 기술들이 사용되며 이를 통해 에너지 소비를 최소화하고 공급측면에서의 유휴 장비 및 시스템의 확보를 최소화할 수 있는 세부적인 기술이 포함되어야 한다.
• 침해방지 전력망 보안 기술 : 전력 시스템은 산업시설, 생활시설 등 총괄적인 국민생활과 연결되어 실질적으로 국가 안보와 직결된 국가 인프라 시스템이다. 따라서 전력시스템은 따른 어떤 시스템보다 외부의 물리적으로나 사이버 공격에 대처할 수 있는 시스템 보안 기술이 요구된다. 침해방지 스마트 보안기술의 최종 목적은 정보를 바탕으로 자동화된 설비, 기기들을 제어하고 관리하는 것이며, 각각의 콤포넌트들을 제어하기 위해서는 통신이 필요하다.
• 분산전원 활성화 전력품질.보장 기술 : 얼마 남지 않은 화석연료의 고갈에 대비해 유럽, 일본 등의 신재생 에너지 분야 선진국들은 풍력, 태양광 발전 등 기존의 화석 에너지 사용을 대체하기 위한 기술 개발에 전념하고 있다. 이러한 신재생 에너지원을 이용한 전력의 공급은 그 비용이 저렴하지만 시스템 및 생산의 불확정성으로 인해 신재생 기술과 다른 기술과 혼합을 통해 내재적인 문제점을 극복하는 방안의 도입이 필요하다. 신재생에너지의 활성화에 따른 전력 시스템의 불안정한 특징을 극복하기 위해 분산전원을 포함한 전력계통 전반에서 지속적이고 안정적인 전력 품질을 보장해 줄 수 있는 기술이 요구된다. 이런 전력품질 보장기술을 통해 태양광, 풍력 발전, 연료전지, 전기자동차같은 분산된 자원들을 통합적으로 결합해 수용기에서 충분히 사용할 수 있는 안정적인 전력이 제공될 수 있도록 해야한다. 분산 전원의 활성화는 양방향, 실시간 전력망 제어를 가능하게 하는 통신, 제어망 기술과 전력망에 연계된 분산전원들의 원격 모니터링, 사용시간에 따른 가격 관리 등을 더 빠르고 정확하게 지원할 수 있는 센싱과 측정 기술 등으로 전력 품질을 보장 할 수 있어야 한다.
• 양방향 전력 운용 및 신시장 창출 전력 거래 기술 : 분산전원의 활성화는 발전소를 통해 생산한 전력을 태양광이나 풍력 등 신재생 에너지를 이용하여 홈, 빌딩 또는 분산된 소규모 지역 발전원에서 직접 전력 생산을 가능하게 한다. 생산된 전력 중 잉여 전력은 전력을 필요로 하는 다른 전력 수요자에게 판매할 수 있는 환경 제공을 통해 전력시장이라는 신시장 창출을 가능하게 한다. 전력거래 시장의 도입을 위해서 실시간 가격 정보 및 전력 정보를 취합하여 처리하고 전력 수요 및 공급에 대한 예측, 전력 시작 운용 등 다양한 시스템의 기술이 도입되어 운용되어야 한다.

참고자료

• 〈그리드 컴퓨팅〉, 《네이버 지식백과》

같이 보기

• 그리드
• 컴퓨팅
• 컴퓨터
• 분산컴퓨팅

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