Rescale 기반 NASA CFD 시뮬레이션 애플리케이션으로 가속화하는 항공우주 설계 혁신

Rescale을 통한 NASA 소프트웨어의 간편한 보안, 배포 및 확장

NASA(미국 항공우주국)는 사회적 이익과 경제 성장을 위하여 일반 대중에게 다양한 혁신 기술을 공유합니다. 항공우주 분야 혁신의 가속화를 목표로 NASA FUN3D, OVERFLOW, Cart3D 등과 같은 전산유체역학(CFD) 소프트웨어를 비롯한 수백 종의 애플리케이션이 미국 내 배포 조건으로 무료 제공되고 있습니다. 이와 같은 애플리케이션들은 공용 클라우드 인프라에서 뛰어난 확장성을 갖추고 있습니다. 그러나 클라우드에서 미국 내 배포로 제한된 애플리케이션을 실행하려면 NASA의 승인이 필요합니다. 기관에서 NASA의 승인을 받고 나면 Rescale이 제공하는 FedRAMP 인증, ITAR 준수 클라우드 HPC 플랫폼에서 해당 애플리케이션을 실행할 수 있습니다. Rescale의 자동화된 플랫폼을 이용하면 어떠한 규모의 최신 하드웨어 아키텍처에도 단 몇 번의 클릭으로, 온디맨드 방식으로 클라우드에 NASA 애플리케이션을 안전하게 배포할 수 있습니다. 이번 블로그에서는 Rescale을 통한 NASA 애플리케이션 사용의 장점을 자세히 살펴보고 시작하는 방법을 소개합니다.   

항공우주 혁신의 가속화를 위한 NASA의 제공 기술

NASA 기술이전 프로그램은 NASA의 첨단 기술 및 혁신의 이전을 촉진하여 사회를 이롭게 하고, 경제성장을 촉진하며, 기술의 진보를 이끄는 것을 목표로 하고 있습니다. 이 프로그램은 여러 산학 분야 및 다른 정부기관과의 협력을 통해 공공 및 민간 부문이 혁신 기술에 접근할 수 있도록 함으로써, NASA의 R&D 노력이 미치는 영향을 극대화합니다. 따라서 NASA의 기술이전 프로그램은 다양한 파트너십과 라이선스 협약 및 각종 제도를 통하여 항공우주와 운송부터 의료 및 에너지에 이르기까지 다양한 분야에 걸쳐 NASA가 개발한 기술을 상용화하고 활용할 수 있도록 지원합니다.

기술이전 프로그램의 일환으로 NASA는 자체 보유한 소프트웨어 카탈로그 중 수백 종의 애플리케이션을 무료로 제공하고 있습니다. 이 카탈로그에는 차세대 항공우주 기술 개발에 참여하는 기관들이 널리 사용하는 CFD를 비롯, 각종 전산 엔지니어링 애플리케이션이 포함되어 있습니다. Rescale 플랫폼에서 가장 많이 쓰이는 NASA CFD 애플리케이션에는 NASA FUN3D, OVERFLOW, Cart3D 등의 세 종류가 있습니다.

NASA FUN3D

NASA FUN3D(Fully Unstructured Navier-Stokes Three-Dimensional)는 완전 비구조화 메시 방식을 통해 복잡한 형상을 효율적으로 처리할 수 있는 CFD 소프트웨어입니다. 이 접근 방식을 사용하면 복잡한 형상이 많은 항공우주 분야에서 실제 엔지니어링 문제를 모델링할 때 유연성과 정확성이 높아집니다. 또한 FUN3D는 고급 수치 방법과 난류 모델을 통합하여 아음속(subsonic)에서 극초음속(hypersonic)까지 광범위한 유동 영역을 정확하게 시뮬레이션할 수 있습니다.

NASA OVERFLOW

NASA OVERFLOW(Overset Grid Flow)는 혁신적인 오버셋 그리드 기술을 제공합니다. 이 기술을 사용하면 다중 중첩 그리드를 활용해 복잡한 형상 주변의 유동을 시뮬레이션할 수 있으며, 높은 수준의 그리드 생성 및 세부 조정 유연성을 얻을 수 있습니다. OVERFLOW는 항공우주 애플리케이션에서 자주 등장하는 가동 부품, 유동 상호작용 및 복잡한 형상을 오버셋 그리드 기술 덕분에 매우 효과적으로 처리합니다. 또한 OVERFLOW는 충격파, 경계층 분리, 와류 배출 등 광범위한 유동 현상도 정확하게 포착합니다. 그리고 고급 난류 모델과 수치적 방법을 통해 저속에서 고속 유동에 이르기까지 다양한 유동 영역에서 정확한 예측을 보장합니다.

NASA Cart3D

NASA Cart3D는 공기역학 해석을 위해 특별 맞춤형 데카르트 메시(Cartesian mesh) 방식을 사용합니다. 기존 메시 방식과 달리 Cart3D는 계산 영역을 이산화하기 위한 구조화된 프레임워크를 제공하는 데카르트 그리드를 사용해 메시 생성 프로세스를 간소화합니다. 이러한 방식은 그리드 생성의 용이성, 복잡한 형상에 대한 적응성, 효율적인 계산 등 여러 가지 이점을 제공합니다. 에어포일과 날개 주변의 비점성 유동을 정확히 예측하는 Cart3D의 기능은 아음속에서 초음속까지 공기역학 설계 최적화 및 성능 해석에서 항공우주 엔지니어에게 매우 유용한 도구입니다.

Rescale 기반의 NASA 소프트웨어를 통한 혁신 잠재력의 극대화

강력한 소프트웨어는 최신 컴퓨팅 하드웨어 아키텍처에 즉시 배포하고 최적화할 수 있는 강력한 플랫폼이 있어야 혁신을 주도할 잠재력을 극대화할 수 있습니다. Rescale은 바로 이 지점을 지원합니다. Rescale 기반의 소프트웨어 실행을 승인받은 NASA 인증 소프트웨어 사용자는 향상된 보안, 제어 및 ITAR 규정 준수를 기본적으로 제공하는 Rescale의 FedRAMP 인증 공공기관용 클라우드 R&D 플랫폼에 로그인 후 4단계의 간단한 프로세스를 통해 CFD 해석을 실행할 수 있습니다.

Rescale은 아래와 같이 매우 쉽고 직관적인 사용자 인터페이스를 제공합니다:

1단계 : 입력 파일(모델) 업로드

2단계 : 원하는 NASA 소프트웨어 및 버전* 선택

3단계 : 사용할 클라우드 하드웨어와 코어 수 선택

4단계 : Submit(제출) 클릭

*Rescale이 사용자 계정에 소프트웨어를 활성화하려면 먼저 NASA의 승인이 필요합니다.

바로 이렇게 쉽고 간편합니다. 제출 버튼을 클릭하면 Rescale 플랫폼이 자동으로 입력 파일 유효성을 검사하고 클러스터를 구축하며, 사전 컴파일된 소프트웨어를 배포하고 해석을 실행합니다. 이후 시뮬레이션이 끝나면 출력 파일을 저장하고 클러스터를 종료합니다. 작업 및 결과는 물론 다운로드할 수 있으며, 보다 입체적인 지식 관리를 위하여 메타데이터로 편리하게 태그를 지정하거나, 팀 및 부서 간 협업을 위해 사용자 조직의 작업 공간에서 다른 Rescale 사용자와 공유할 수 있습니다.

NASA CFD 애플리케이션은 대규모 스케일로 실행이 가능하며, 클라우드에서 수만 개의 동시 CPU 코어 또는 멀티 노드 GPU(현재는 FUN3D만 가능)를 효율적으로 활용해 해석 시간을 최소화할 수 있습니다. 또한 NASA의 무료 소프트웨어를 사용해 절약한 리소스를 Rescale 기반의 대규모 또는 병렬화된 컴퓨팅 인프라에 재투자하면 그만큼 더 해석을 빠르게 실행할 수 있게 됩니다. Rescale 플랫폼에서는 클라우드 리소스를 사용한 만큼만 온디맨드 방식으로 비용을 지불할 수 있습니다. 

Rescale은 Amazon Web Services(AWS), Microsoft Azure, Google Cloud Platform(GCP), Oracle Cloud Infrastructure(OCI)와 같은 하이퍼스케일러 및 CoreWave, Vultr 등의 전문 클라우드 공급사가 선보이는 100여 종의 Intel, AMD, NVIDIA CPU 및 GPU 가속 코어타입을 제공합니다. 현재 NASA는 AWS GovCloud 및 Azure Government 지역 내에 한해 Rescale 기반 CFD 애플리케이션의 사용을 승인하는 프로세스를 운용하고 있습니다.

Rescale이 제공하는 수많은 선택지 가운데 NASA CFA 애플리케이션의 실행을 승인받은 최적의 하드웨어를 선택하려면 어떤 방법이 있을까요? 바로 Rescale의 Performance Profiles 기능을 이용하면 특정 애플리케이션과 모델을 기반으로 NASA CFD 시뮬레이션을 위한 최적의 하드웨어 아키텍처 선택을 간소화하고 자동화할 수 있습니다.

Rescale에서 NASA 소프트웨어 시작하기

FUN3D, OVERFLOW 및 Cart3D 등의 여러 NASA 소프트웨어 애플리케이션은 '미국 한정 배포'로 제공되며, 미국 시민권자 및 합법적 영주권자, 적격 단체 및 기타 정부 기관을 포함, 승인받은 미국 기업 및 개인 사용자만을 대상으로 합니다. NASA는 자격을 충족하는 '미국 한정 배포' 소프트웨어 사용자를 위해 간소화된 Rescale 승인 절차를 운용하고 있습니다. 

NASA의 Software Release Authority(소프트웨어 배포 관리부)에 Rescale 기반 실행이 승인된 소프트웨어 사용 계약(신규 및 업데이트)을 신청하는 방법은 아래 단계와 같습니다.

1. 다음 위치에서 원하는 애플리케이션을 검색합니다: NASA 소프트웨어 카탈로그.
2. 해당 애플리케이션에 대해 이미 기존의 사용 계약이 있는 경우, Rescale 관련 승인이 포함된 업데이트 버전을 소프트웨어 배포 관리부에 요청합니다.
3. 소프트웨어 사용 계약이 없는 경우, 원하는 애플리케이션의 웹 페이지에서 '소프트웨어 요청' 버튼을 선택한 다음 온라인 양식을 작성하여 요청을 완료합니다.
4. NASA 소프트웨어 배포 관리부에서 회신이 오면 Rescale 기반 실행 승인이 포함된 소프트웨어 사용 계약을 요청합니다.

올바른 소프트웨어 사용 계약에 서명하고 Rescale 기반 실행에 대한 NASA의 승인을 받으면, 사용자가 Rescale에 소프트웨어를 제공하고 계정에서 사용하도록 활성화할 수 있습니다.