팬데믹 현상을 예측한 AI, 백신과 치료제 개발은 ‘슈퍼컴퓨터’

사스･메르스에 이어 코로나19에 이르기까지 신종 전염병 발병이 인류의 위협 요인으로 부상하면서 글로벌 주요국은 첨단기술을 활용해 대응･극복하기 위한 노력 전개

특히 전례없는 속도로 확산된 코로나19 팬데믹 현상을 AI가 가장 먼저 예측해 주목받은데 이어 AI 기반 고성능 슈퍼컴퓨터를 활용한 바이러스 구조 및 백신･치료제 연구개발 활기

  ​

  ※ 캐나다 AI 의료 플랫폼 업체인 ‘블루닷(BlueDot)’은 코로나19가 ’20년 초 대유행에 접어들 것이라며 경고(’19.12.31)하며 WHO(1.9)･CDC(1.6)를 앞서 예측

최근 AI 기술력까지 더해진 슈퍼컴퓨터는 국가 경쟁력 강화뿐만 아니라 우주･유전체 등 거대 과학기술 난제 해결 및 기후･재난예측에 이르기까지 다양한 분야에서 활용 가능

이에 미국 정부기관･연구소･주요기업 등이 협력한 ‘코로나19 고성능 컴퓨팅 컨소시엄’이 출범(3.23)했으며 중국･일본도 슈퍼컴퓨터 자원을 활용하는 코로나19 대응에 착수

국내에서도 코로나19에 대응해 신속한 데이터 처리와 분석이 가능한 슈퍼컴퓨터 활용 방안을 모색하는 동시에 역량 제고를 위한 정책적 지원을 강화

(미국) 민관 ‘코로나19 고성능 컴퓨팅 컨소시엄’ 통해 AI 슈퍼컴퓨터 역량 집중

1초에 수십 경번을 연산할 수 있는 슈퍼컴퓨터를 가장 많이 보유하고 있는 강국으로 세계 최고 수준의 서밋(Summit)･시에라(Sierra) 등 대표 슈퍼컴퓨터를 모두 활용한다는 구상

 - IBM･MS･구글 등 주요 IT기업과 백악관 기술정책실･에너지부 등 정부기관, 에너지부 산하 주요 연구기관이 공동으로 ‘코로나19 고성능 컴퓨팅 컨소시엄’을 구축해 컴퓨팅 자원을 제공

 - 이들은 미국 내 우수한 슈퍼컴퓨터를 코로나19 관련 세계 연구자들에게 무료로 개방해 바이러스 구조 해석, 시뮬레이션 가동, 감염 확대 지역 예측 등 연구를 지원

   ​

  ※ 컨소시엄의 계산 능력은 400페타플롭 이상으로 슈퍼컴퓨터를 50대 합친 연산 처리 역량 보유

 - 4월 중순 35개 이상의 연구 프로젝트 제안이 접수됐으며 운영위원회 심사 후 어떤 프로젝트에 어떤 슈퍼컴퓨터를 할당할지 논의 가속

특히 에너지부 산하 다수의 연구기관에서 슈퍼컴퓨터 자원과 핵심 인력 등을 활용한 연구개발이 활기를 띠면서 백신과 치료제 개발에 기대감 고조

 - 오크리지국립연구소는 최대 연산 속도가 207페타플롭스(초당 20경 7,000조 번)에 이르는 세계에서 가장 빠른 AI 슈퍼컴퓨터 ‘서밋’ 투입

    ​

  ※ 현재 8만 개 이상 약물로 시뮬레이션 한 결과 코로나19 감염을 차단할 수 있는 약물을 10개 내외로 압축하며 바이러스의 숙주 세포 침투를 효과적으로 차단할 수 있는 약물 분석 작업 진행

 - 로렌스 리버모어 국립연구소는 세계에서 두 번째 빠른 ‘시에라’를, 아르곤 국립연구단지에서는 ’21년 가동 목표인 엑사플롭급 ‘오로라(Aurora)’를 백신･치료제 개발에 투입할 계획

4.8일 코로나19 고성능 컴퓨팅 컨소시엄에 합류한 엔비디아도 세계 연구진에게 연구 속도 개선에 도움이 되는 GPU 기반 시퀀싱 분석 SW를 90일간 무료 제공

 - AI, HPC, 약물 발견, 분자 역학, 유전학, 의료영상, 데이터 분석을 포함한 주요 영역 전반에서 전문지식을 보유한 자사 기술력을 오픈해 연구개발에 이바지한다는 구상

한편 IBM은 AI 슈퍼컴퓨터 왓슨을 적용한 퍼블릭 클라우드 기반의 ‘IBM 왓슨 어시스턴트 포 시티즌’ 서비스를 90일간 무료 제공

 - 이 서비스는 미국질병통제예방센터(CDC) 지침과 같이 신뢰할 수 있는 데이터와 고객이 제공하는 정보를 기반으로 코로나19 질문에 응답을 자동화

(일본) 문무과학성, 연구기관･대학에서 가동 중인 슈퍼컴퓨터 활용

문무과학성은 코로나19 차단을 위해 초고속 슈퍼컴퓨터 자원을 백신･치료제 연구개발에 투입하기로 결정

 - 기존 슈퍼컴퓨터 ‘케이’ 후속 제품으로 공정과 정비를 진행 중인 후지쯔 ‘후가쿠(富岳)’를 예정(’21년)보다 앞당겨 코로나19 치료제 개발에 본격 투입한다고 발표

 - 후가쿠는 AI와 빅데이터 기술력을 기반으로 전력･계산 성능 및 사용자 편의성을 갖추어 사회 현안을 해결하며 일본의 경제성장에 기여하는 등 세계 최고 성과 창출을 목표로 개발

 - 공정을 완료한 상태는 아니지만 한때 세계에서 가장 빠른 속도를 냈던 ‘케이’보다 8배 빠른 계산 속도를 갖추고 있어 일본에서 가장 빠른 연산 처리 능력을 갖춘 것으로 판단

 - 후가쿠는 ①코로나19 치료제 후보 물질 발견 ②코로나19 바이러스 표면의 단백질 구조 파악 ③코로나19 바이러스 단백질 분자 궤도 계산 ④감염 확산 현상과 대책 시뮬레이션 분석 등을 수행 예정

후가쿠 외에도 대학･국립연구소가 보유한 일본의 고성능 컴퓨팅 자원을 코로나19 연구개발에 적극 활용한다는 복안

 - 후가쿠를 제외한 국립대학･국가연구개발기관의 슈퍼컴퓨팅 자원을 추가 제공받아 코로나19 연구 과제 해결을 신속히 해결한다는 전략

       ​

  ※ 4.15일부터 슈퍼컴퓨터를 활용해 코로나19를 극복할 수 있는 과제 공모를 실시

 - 참여대학･기관은 훗카이도대학･도호쿠대학･쓰쿠바대학･도쿄대학 첨단공동 고성능컴퓨팅 시설(JCAHPC)･도쿄공업대학･나고야대학･오사카대학･교토대학･산업기술종합연구소 등

(중국) 주요 기업 슈퍼컴퓨터 개방해 기술 지원

톈진(天津) 국립슈퍼컴퓨터센터(National Supercomputer Center)에서 지난 1월부터 슈퍼컴퓨터를 신약 개발에 투입하고 있으나 구체적 내용은 미공개

텐센트･바이두를 비롯해 중국 슈퍼컴퓨터센터 등은 자사의 컴퓨팅 자원을 개방해 리보핵산(RNA) 예측 알고리즘을 세계 연구진과 함께 이용할 수 있도록 공개

바이두는 RNA 예측 알고리즘인 리니어 폴드(LinearFold)와 현존하는 가장 빠른 RNA 구조 예측 플랫폼도 공개

 - 많은 연구자에게 바이러스 RNA 2차 구조 예측 시간을 크게 단축시켜 바이러스에 대한 심층적 이해를 높이고 백신 개발에 집중할 수 있는 기회를 제공한다는 취지

 - 이미 바이두 AI 과학자들은 리니어 폴드 알고리즘을 활용해 코로나19 바이러스 유전자 2차 구조 예측 시간을 55분에서 27초로 크게 단축

알리바바는 ’15년부터 유전체 연구를 수행해 온 클라우드 사업부가 클라우드 AI 컴퓨팅 기능을 과학 연구기관에 무료 제공하거나 대학연구기관과 협력 추진하며 대응

 - 세계 최대의 유전체 조직 중 하나인 베이징 게놈 연구소(BGI: Beijing Genomics Institute)에서 고성능 컴퓨팅과 데이터 분석 기능 제공

 - 칭화대학교 글로벌 건강의약품 디스커버리 연구소(GHDDI: Global Health Drug Discovery Institute)와 파트너십을 맺고 AI를 이용해 바이러스를 추적하는 오픈소스 데이터 플랫폼 개발

(한국) 누리온 등을 활용한 바이러스 연구개발 착수…기술 고도화 위한 투자 확대

국내에서도 신종 바이러스 연구, 발생지 역학 조사 등에 시간･비용을 단축해 효과적으로 대응할 수 있는 AI 기반 연구개발 시작

 - 한국과학기술정보원은 세계적 수준의 슈퍼컴퓨터 ‘누리온’을 투입해 약 2만 종의 약물 중 코로나19 프로테아제의 억제제 후보 약물을 탐색하는 연구 진행

 - 또한 코로나19 백신･치료제 개발에 사용할 슈퍼컴퓨팅 자원을 필요로 하는 국내 연구자를 지원하기 위해 누리온을 활용하는 연구 프로젝트의 상시 신청･접수 프로그램 운영

한편 정부 차원에서도 슈퍼컴퓨터 핵심인 중앙처리장치(CPU)를 우리 자체 기술로 개발하기 위한 선도 사업의 본격 추진을 발표(과기정통부, 3.26)

 - 슈퍼컴퓨터용 고성능 저전력 CPU 및 코어 설계 기술을 확보･운영하기 위한 SW 및 계산노드를 개발하고 여러 대의 계산 노드를 연결하여 클러스터 시스템 시제품을 개발

 - 또한 CPU 활용성을 극대화하기 위해서 개발 초기부터 HW･SW 기술을 함께 설계하고 슈퍼컴퓨팅 응용 분야에 특화된 CPU를 설계할 수 있는 기술을 확보해 나갈 예정