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공개SW 활용 성공사례

2014
오픈폼(Openform), 코드아스터(code-Aster) 등
공개SW 활용해 중소기업 제품설계 종합 지원

한국과학기술정보연구원(KISTI) 국가슈퍼컴퓨팅연구소는 지난 2011년부터 중소기업이 슈퍼컴퓨터를 활용해 제품개발을 할 수 있도록 ‘중소기업 M&S 환경지원사업’을 추진해 왔다. 그 동안 M&S 환경지원사업에서 CAE를 상용SW로 활용해 왔었지만 최근 비용절감 이슈는 물론 안정성과 속도 성능에 대한 평가 및 개선을 위해 오픈폼과 코드아스터 등의 공개SW를 도입함은 물론, 중소기업들이 보다 손쉽게 공개SW를 활용하고 도입할 수 있도록 관련 매뉴얼 개발 및 배포에 나서고 있다.

- 기     관 국가슈퍼컴퓨팅연구소
- 수행년도 2014년
- 도입배경 코어 당 엄청난 라이선스 비용과 병렬컴퓨팅, 성능, 안정성 개선에 대한 필요성 대두
- 솔 루 션 오픈폼(Openform), 코드아스터(code-Aster) 등
- 도입효과 : 유체분야 및 구조분야에서 제품설계 단계에서 원활한 시뮬레이션 가능, 비용절감 효과

KISTI 국가슈퍼컴퓨팅연구소

국가슈퍼컴퓨팅연구소는 한국과학기술정보연구원(KISTI) 산하의 부서로 국내 슈퍼컴퓨팅 생태계를 이끌어 가고 있다. 국가슈퍼컴퓨팅연구소는 연구자들에 대한 컴퓨팅 자원 및 기술지원, 국내 슈퍼컴퓨팅 관련 기술개발, 국가현안문제와 사회문제 해결, 슈퍼컴퓨팅 인력양성, 국내 슈퍼컴퓨팅산업 지원 등의 업무를 수행하고 있다.



특히 슈퍼컴퓨팅연구소내 슈퍼컴퓨팅중소기업지원실은 중소기업 제품개발을 위한 슈퍼컴퓨팅 활용 맞춤형 기술지원(공학해석)과 중소기업 슈퍼컴퓨팅 활용환경 개발 및 활성화, 이를 통한 슈퍼컴퓨팅 활용영역 확대 업무를 수행하고 있다.



이 중 슈퍼컴퓨터를 활용한 중소기업 제품개발 지원이 ‘중소기업 M&S 환경지원사업’이다. M&S(Modeling and Simulation) 환경은 슈퍼컴퓨팅 기술과 가시화, 시뮬레이션 기술을 통해 제품개발의 핵심 단계인 제품설계 단계를 가상화(Virtualization)함으로써 제품개발 비용과 시간을 획기적으로 단축할 수 있는 차세대 제품개발 환경을 뜻한다.


특히 이 사업에서는 슈퍼컴퓨터는 물론 중소기업이 보유하기 어려운 첨단 가시화 장비를 활용해 가상현실(VR)/증강현실(AR) 기반의 설계검증과 개발 제품의 시연을 통해 고품질을 지원하는 서비스를 제공하고 있다. 이를 통해 중소기업의 기술개발은 물론 제품의 판로개척과 홍보활동에도 큰 역할을 하고 있다.



쉽게 예를 들어 새로 개발한 자동차부품 성능을 직접 테스트하는 대신 슈퍼컴퓨팅 시뮬레이션으로 대치하거나, 교량 안전을 위한 교좌장치를 일일이 금형을 떠가며 설계하는 대신 슈퍼컴퓨팅 모델링으로 대체할 수 있다. 한국과학기술정보연구원에 따르면 슈퍼컴퓨팅 M&S를 활용하면 평균 55.7%의 개발기간을 단축하고 59.2%의 개발비용을 절감할 수 있다고 한다. 김재성 국가슈퍼컴퓨팅연구소 슈퍼컴퓨팅중소기업지원실 실장은 “중소기업 M&S 환경지원사업을 통해 중소기업은 제품 개발 시간과 비용을 크게 줄일 수 있으며 쉽게 자체 경쟁력도 확보할 수 있다”며 “대기업에 휘둘리지 않고 독자 생존하는 강소기업으로의 점프업도 가능하다”고 소개했다.



M&S 사업의 중심 'CAE'

M&S 사업에서 가장 중심이 되는 것이 CAE(Computer Aided Engineering)다. CAE는 다양한 산업을 위해 제품 설계를 향상시키거나 엔지니어링 문제의 해결을 지원하기 위한 성능시뮬레이션에 SW를 사용하는 것을 의미한다. 여기에는 제품, 공정 및 제조 도구를 시뮬레이션, 검증 및 최적화하는 것이 포함돼 있다.


일반적인 CAE 공정은 프리프로세싱(pre-processing), 해석(solving) 및 포스트프로세싱(post-processing) 단계로 이뤄진다. 프리프로세싱 단계에서 엔지니어들은 적용된 하중 또는 제약 조건 형식으로 환경은 물론, 설계의 지오메트리와 물리적 속성을 모델링한다. 그 다음, 적합한 기초 물리의 수학적 공식을 활용하여 이 모델을 처리한다. 포스트프로세싱 단계에서는 엔지니어가 검토할 수 있도록 그 결과를 표시한다.


김재성 실장은 “CAE의 이점은 제품 개발 비용 및 시간의 절약과 향상된 제품 품질 및 내구성 등”이라며 “하지만 상용 CAE 소프트웨어의 문제는 카피당 비용이 너무도 비싸다는 점”이라고 말했다.



▲ CAE 공정 단계



실제 앤시스(Ansys), 메카닉스(Mechanics), CFX, 플루엔트(Fluent), ABQUS, LS-Dyna 등 유체분야나 구조분야에 특화된 다양한 솔루션들이 존재하지만, 라이선스 한 카피 당 1억원을 상회하는 경우도 있다. M&S 사업을 통해 비용절감을 하고자 하지만 CAE SW의 라이선스 비용으로 인해 그 비용절감 효과는 사실상 크지 않아 보인다.


특히 연구소의 조사결과에 따르면 중소기업이 M&S 사업에 참여하지 않는 이유 중 가장 큰 이유가 가격과 인력의 문제인 것으로 나타났다.


김실장은 “슈퍼컴퓨터의 경우, 수 많은 병렬 프로세싱으로 되어 있는데, CAE 상용SW의 라이선스는 코어당 가격이기 때문에 그 비용은 상상을 초월할 수 밖에 없다”며 “라이선스 비용의 문제로 슈퍼컴퓨터를 100% 활용할 수 없는 상황”이라고 설명했다. 그는 이어 “지난해 상용 CAE 소프트웨어의 유지보수 비용만 10억원 가량이 소요됐다”고 밝혔다.



오픈폼, 코드아스터로 상용CAE 대체

이런 이유로 연구소는 공개SW에 주목했다. 그리고 그 대안으로 찾은 것이 오픈폼(OpenForm)과 코드아스터(Code-Aster)다. 사실 연구소는 5년전 동경대와 함께 과제를 수행하면서 구조해석에 활용할 수 있는 공개SW를 확보한 바 있다. 어드벤처(Adventure)다. 하지만 성능의 문제로 인해 어드벤처는 제외했다.



먼저 오픈폼과 코드아스터에 주목한 가장 큰 이유는 특정한 물리적 현상에 특화된 대개의 공개된 소스코드와는 달리 상용프로그램에 준하는 수준의 범용성을 갖췄고, 정확도 측면에서도 상용 프로그램보다 우수한 결과를 보여줄 가능성이 있기 때문이었다. 김 실장은 “두 공개SW는 상용CAE와 100%는 아니지만 버금가는 정도의 성능을 보여주고 있다”며 “알고리즘을 어떻게 짜느냐의 문제가 있기는 하지만 상용대비 90%의 성능을 보여주고 있다”고 설명했다.



▲ 상용툴과 오픈폼의 자동차 외부유동 비교



성능차, 사용편의성, 장벽은 아쉬워

하지만 문제도 존재하고 있다. 여타 다른 공개 소스코드와 달리 오픈폼과 코드아스터가 제공하는 SW기반은 훌륭하고 현업에서 사용하는 상용SW보다도 응용성이 더 우수할 수 있지만, 수치적 안정성과 정확도를 보장할 수 없다는 점이다. 때문에 상용SW에 준하는 해석 시간과 정확도가 나오게끔 사용자가 프로그램을 개선할 수 있느냐는 것이 오픈폼과 코드아스터를 현업에 적용하는데 있어 관건으로 지적된다. 또 코드에 대한 이해가 쉽지만은 않다는 것이다. 전체 구조를 이해하고 나면 이후에는 편리하게 사용할 수 있지만 처음에는 그 구조 자체를 파악하는 것조차도 어렵다.



이에 연구소는 매뉴얼 작업에 한참이다. 보다 손쉽게 중소기업들이 공개SW를 사용하고 접할 수 있도록 매뉴얼을 만들고 이를 배포할 계획이다. 더불어 연구소는 프리프로세싱 단계나 포스트프로세싱 단계에서 중소기업들이 자사의 서버나 워크스테이션을 활용할 수 있도록 공개SW 구조와 아키텍처를 개선하는데 역량을 집중하고 있다.


김실장은 “오픈폼과 코드아스터가 프리프로세싱단계와 포스트프로세싱 단계에서는 전문가가 아니라면 사용되기가 어려운 것이 사실”이라며 “이를 해결하기 위해 연구소는 다양한 노력을 기울이고 있으며, 2015년부터 10%씩 공개SW 활용하는 기업들이 늘어날 수 있도록 장려할 방침”이라고 설명했다.




▲ 슈퍼컴퓨팅환경에서 HTML5 웹 기반의 부품DB를 활용한 서비스 구조도


[인터뷰]


“슈퍼컴퓨터는 중소기업 R&D에 필수”

김재성 국가슈퍼컴퓨팅연구소 슈퍼컴퓨팅중소기업지원실 실장


김재성 국가슈퍼컴퓨팅연구소 슈퍼컴퓨팅중소기업지원실 실장

중소기업 M&S의 실제 성공사례와 목표는?

괘 많은 중소기업들이 M&S 중소기업 지원을 통해 개발시간과 비용절감 효과를 거두고 있다. 대표적으로는 만도와 엔유씨전자 등을 들 수 있다. 특히 엔유씨전자의 경우, 매출이 2010년 19억에서 2011년 298억원으로 급상승 했다. KISTI는 매년 50개 기업을 지원해 슈퍼컴퓨터 활용법과 기술을 전수하고 있다.


국내에 CAE를 선도하는 기업들이 있다. 대표적인 기업이 마이다스아이티다. 이와같은 사례가 국내에서 많이 나올 수 있도록 하는 것이 목표 중 하나다. 이를 지원하기 위해 미래부와도 협의가 된 상태다.



공개SW가 아직 확대되지 않은 상황이다. 걸림돌은 무엇이라고 보는가

아직 성능이 100% 발휘되지 않는다는 점이다. 이는 수렴성과도 연관이 있는데, 최적화시 결과를 찾는 과정에서 성능의 차이가 발생할 수 있다는 점이다. 또, 사용편의성과 접근성이 쉽지는 않다. 특히 중소기업들이 업무를 하다보니, 원청업체에서 오픈소스를 안좋게 보는 경우도 있다. 예를 들어 오픈폼을 활용해 시뮬레이션 결과를 내 놨는데, 원청 업체는 이 결과를 믿을 수 없다고 주장하기도 한다. 또는 원청업체에서 CAE 툴을 지정하기도 한다. 어느 정도 장벽이 있는 것이 사실이다.




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