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[서울=뉴스핌] 배상희 기자 = 글로벌 고성능 컴퓨팅 산업의 판도가 다시 흔들리고 있다.

인공지능 확산과 대규모 과학 시뮬레이션 수요가 동시에 커지면서, 슈퍼컴퓨터는 더 이상 국가 연구기관만의 전유물이 아니라 반도체, 클라우드, AI, 소재, 바이오 산업 전반의 경쟁력을 좌우하는 핵심 인프라로 자리 잡았다.

이런 가운데 중국이 자체 개발한 차세대 슈퍼컴퓨터를 공개하며 9년 만에 미국을 제치고 세계 성능 순위 정상을 탈환, 단순한 순위 경쟁을 넘어 기술 자립과 산업 생태계 전반의 경쟁력을 입증했다는 평가를 받고 있다.

특히 그래픽처리장치(GPU) 의존도를 낮춘 독자 아키텍처와 국산 하드웨어 통합 능력은 중국 슈퍼컴퓨팅이 새로운 단계에 진입했음을 보여주는 상징적 사례로 받아들여지고 있다.

◆ 中 슈퍼컴퓨터, 9년 만에 정상 탈환  

2026년 6월 24일 독일 함부르크에서 열린 'ISC(국제 슈퍼컴퓨팅 컨퍼런스) 2026'에서 슈퍼컴퓨터 500강(TOP500) 순위가 발표됐다.

중국 선전 국립 슈퍼컴퓨터 센터가 개발한 차세대 슈퍼컴퓨터 '라인샤인(靈晟∙링성∙LineShine)'은 2.198엑사플롭스(EFlops, 초당 100경<10¹⁸> 번의 부동소수점 연산)의 지속적 이중정밀 성능으로 1위를 차지했다. 다시 말해 라인샤인은 초당 200경 번 이상의 연산이 가능하다는 뜻이다.

미국 로런스리버모어국립연구소의 '엘캐피탄(El Capitan)'은 1.809 EFlops로 2위를 차지했는데, 이는 라인샤인보다 20% 이상 느린 속도다. 미국 오크리지국립연구소의 '프런티어(Frontier)'는 1.353 EFlops으로 3위에 그쳤다.

◆ '톈허→선웨이→라인샤인'으로 고도화

중국 슈퍼컴퓨터가 TOP500 순위에서 1위 자리에 오른 것은 2017년 선웨이·타이후즈광(神威·太湖之光) 이후 9년 만이다.

중국 슈퍼컴퓨터가 처음으로 글로벌 TOP500에서 1위를 차지한 것은 2010년으로, '톈허(天河) 1호'가 인텔(Intel) 중앙처리장치(CPU)를 사용해 1위를 차지했고 이를 통해 미국의 장기 독주를 막아섰다.

이후 '톈허 2호'는 2013년 6월부터 2015년 11월까지 약 33.9페타플롭스(PFLOPS) 성능으로 연속 6회에 걸쳐 세계 1위를 지켰다.

이 같은 연이은 선두 장악은 미국의 경각심을 불러일으켰고, 이에 2015년부터 미국은 이후 인텔 등 칩 공급업체가 중국으로 슈퍼컴퓨터용 CPU를 수출하는 것을 금지시켰다.

이는 오히려 중국이 국산 CPU 개발을 본격화하는 자극제가 됐다. 봉쇄에 직면한 중국은 자체 개발로 방향을 전환하여 수입 칩을 대체하기 위해 선웨이(申威) 자주 CPU를 개발하기 시작했다. 2016년 선웨이 CPU를 탑재한 슈퍼컴퓨터 '선웨이·타이후즈광(神威·太湖之光)'이 다시 1위에 올랐고 2016년부터 2018년까지 연속 4회에 걸쳐 세계 1위를 차지하며 중국의 슈퍼컴퓨팅 자주 역량을 다시금 입증했다.

하지만, 2018년 6월 미국 오크리지 국립연구소의 '서밋(Summit)'이 122.3 PFlops의 성능으로 '선웨이·타이후즈광(93.0 PFlops)'을 제치고 중국 슈퍼컴퓨터의 1위 시대를 종결시켰다.

이후 중국은 2021년부터 TOP500에 새로운 세대의 더 강력한 슈퍼컴퓨터 시스템을 제출하지 않았고, 그 결과 '선웨이·타이후즈광'과 '톈허 2호'의 순위는 지속적으로 밀려났다. 2025년 말 기준 선웨이·타이후즈광은 21위를, 톈허 2호는 31위를 기록했다.

◆ '라인샤인'이 입증한 '중국 기술의 3대 돌파구'

1. GPU 없이 CPU만 사용 '독자 아키텍처'

눈에 띄는 점은 라인샤인이 TOP500 중 최초로 미국의 규제에 결린 그래픽처리장치(GPU)를 쓰지 않고 중앙처리장치(CPU)만 사용했음에도 지속적 이중정밀 성능이 2EFlops를 초과했다는 것이다.

대부분의 초고성능 슈퍼컴퓨터는 수만 개의 CPU와 GPU를 연결해 성능을 끌어올린다. 엘캐피탄과 프런티어도 마찬가지로 CPU+GPU 아키텍처다.

하지만, 라인샤인은 별도의 GPU를 대량으로 붙이지 않고 GPU가 하던 가속기 기능을 수행하는 특수회로를 CPU에 내장했다.

GPU는 가격이 비싸고 전력 소모가 크며 공급부족 가능성이 있다. 이에 CPU안에 가속 기능을 탑재하면 시스템 단순화, 전력 효율 향상, GPU 의존도 감소 등의 효과를 기대할 수 있다.

과거 일본 슈퍼컴퓨터 '후카쿠' 또한 CPU 안에 벡터 연산 기능을 대폭 강화해 성능을 높였다. 하지만, 연산 능력이 2EFlops를 초과한 것은 라인샤인이 최초다.

라인샤인 슈퍼컴퓨터 시스템 총설계사이자 선전 국립 슈퍼컴퓨터 센터의 루위퉁(盧宇彤) 주임은 "라인샤인 시스템은 온라인 가속의 풀(Full) CPU 아키텍처(LX2 CPU 코어)를 최초로 창안하여 전통적인 CPU+GPU 아키텍처의 벽을 깨고, AI 행렬 가속 유닛을 내장해 계산 가속의 본질로 돌아갔다"고 소개했다.

특히, GPU는 미국에 의해 공급이 규제되고 있는 상황인데, 기저 연산 구조 차원에서 해외 고급 GPU 공급 제약을 넘어섰다는 평가가 나온다.

핵심은 칩 계층에 있다. LX2 CPU는 다중 정밀도와 행렬 가속 능력을 혁신적으로 도입해, 칩 상에서 슈퍼컴퓨터 연산력과 지능 연산력을 깊이 융합했다. 또한 최초의 국산 고대역폭 메모리(HBM)를 집적해, 메모리 대역폭을 기존 CPU의 보조 메모리 대비 10배 높였다.

슈퍼컴퓨터는 일반적으로 성능이 높아질수록 전력 소모도 커지는 한계점이 있는데, 이처럼 차별화된 풀(Full) CPU 아키텍처는 기존 시스템을 넘어 슈퍼컴퓨팅 분야에서 성능과 에너지 효율의 돌파를 이뤄냈다는 평가를 받고 있다.

에너지 효율 측면에서 라인샤인은 100% 전면 액체 냉각 컴퓨팅 랙을 최초로 도입했으며, 에너지 효율은 와트(W)당 51 기가플롭스(GFlops)다. 슈퍼컴퓨터 전력 효율을 평가하는 Green500 순위에서 라인샤인은 50위를 기록했다.

루 주임은 "라인샤인은 빠를 뿐 아니라 친환경적이기도 하다"면서 "세계 최고 수준의 지속 연산 성능을 바탕으로 녹색 컴퓨팅의 새로운 기준을 세웠다"고 강조했다.

2. 중국산 자체 개발 하드웨어로만 채웠다

여기서 더욱 업계의 이목을 끄는 것은 라인샤인이 칩에서부터 시스템까지 전부 중국이 자주적으로 개발한 것이라는 점이다.

전반적으로 보면 라인샤인은 중국산 연산력 하드웨어 전 산업체인이 연계된 결과물이다. 여기에는 연산 칩, 고대역폭메모리(HBM), 액체 냉각 등이 포함된다.

2017년 전후 여러 차례 1위를 차지한 중국 슈퍼컴퓨터 선웨이·타이후즈광(神威·太湖之光)의 경우 연산 칩 자립이 가장 큰 성과로 주목을 받았다면, 라인샤인은 칩을 넘어 시스템 전체의 자주화가 이뤄졌다는 평가를 받고 있다.

루위퉁 주임은 "라인샤인은 국산 고성능 CPU, 칩 내부에 들어간 고대역폭 메모리, 고속 상호연결 네트워크, 고처리량 저장장치, 3차원 부유 직교, 전면 액체 냉각 등 여러 핵심 기술 혁신을 바탕으로 구축되었다"고 소개했다.

그 중 칩 계층에는 앞서 언급한 국산 자주 개발 LX2 CPU가 있고, 네트워크 계층에는 자주 설계한 링치(靈啟) 고속 상호연결 네트워크가 있어 200만 개 포트, 10만 노드의 초대규모 네트워크 구성을 지원한다.

루 주임은 "저장 계층은 계층형 구조를 채택해 고성능 작업 영역과 용량형 데이터 영역을 모두 고려하며, 엑사스케일(1EXA=초당 100경=10¹⁸)까지 확장 가능하다"고 설명했다.

이어 "대규모 초지능 융합 프레임워크를 구축하고, 자체 개발한 풀스택 소프트웨어를 통해 하드웨어의 하위 계층 성능을 애플리케이션이 활용할 수 있도록 하고, 프로그래밍 가능하며, 최적화 가능한 방식으로 발휘되게 하여 각 분야의 응용 성능을 향상시켰다"고 덧붙였다.

<9년만의 정상 탈환 中 슈퍼컴② 기술자립으로 지형도 재편>으로 이어짐.

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pxx17@newspim.com