[GTC 2022] 양자 컴퓨팅 워크플로우 가속화 소프트웨어 개발 키트(SDK) cuQuantum, 엔비디아 초고성능 시스템용 프로그래밍 모델 구축 위해 생태계 확장 및 협업 강화

엔비디아(www.nvidia.co.kr, CEO 젠슨 황)는 양자 컴퓨팅 워크플로우를 가속화하는 데 최적화된 라이브러리 및 툴의 소프트웨어 개발 키트(SDK)인 cuQuantum이 생태계 확장과 협업 강화를 통해 미래의 초고성능 시스템용 프로그래밍 모델을 구축한다고 밝혔다.  

오늘날 고성능 컴퓨터로 시뮬레이션하는 양자 컴퓨팅 작업의 규모와 성능은 오류에 취약하고 규모도 작은 양자 시스템의 한계를 쉽게 능가한다. 이는 전통적인 고성능 컴퓨팅(HPC) 시스템이 양자 연구의 적합한 방향성 확립에 기여하고 있음을 보여준다.

양자 컴퓨터가 개선되면서 연구자들은 양자 컴퓨터와 전통적 컴퓨터가 함께 작동하며 각자의 시스템에 가장 적합한 작업들을 처리하는 하이브리드 컴퓨팅 모델의 비전을 공유하고 있다. 이러한 시스템들이 폭넓게 활용되려면 효율적이고 사용이 간편한 통합 프로그래밍 환경이 필요하다.

엔비디아는 이 같은 컴퓨팅의 미래를 열어줄 길을 구축하고 있다. 엔비디아 cuQuantum 등의 상용 툴 출시를 시작으로 IBM과 미국 오크릿지국립연구소(Oak Ridge National Laboratory), 파스칼(Pasqal) 등의 기관 및 기업과 협업을 이어가고 있다.

공통 소프트웨어 레이어

양자 컴퓨팅의 미래를 위한 첫 단계로 엔비디아는 새로운 양자 컴파일러를 개발하고 있다. nvq++라고 불리는 이 컴파일러의 타겟은 ‘양자 중간 표현(Quantum Intermediate Representation, QIR)’이다. QIR은 양자 컴퓨터와 전통적 컴퓨터의 소통에 사용되는 낮은 사양의 기계 언어를 의미한다.

오크릿지국립연구소와 퀀티눔(Quantinuum), 퀀텀 서킷 Inc.(Quantum Circuits Inc.)의 연구진은 국제 오픈 소스 단체인 리눅스 재단(Linux Foundation)이 이끄는 QIR 얼라이언스(QIR Alliance)를 채택했다. 이에 따른 애그노스틱(agnostic) 프로그래밍 방식으로 양자 컴퓨터와 전통적 컴퓨터 모두에서 최고의 성능을 끌어낼 수 있게 됐다.

오크릿지국립연구소의 연구원들은 이 새로운 소프트웨어의 최초 사용자가 될 전망이다. 종래에는 HPC 커뮤니티 차원에서 이 하이브리드 시스템용 통합 프로그래밍 모델을 채택할 것으로 기대하고 있다.

즉시 사용 가능한 양자 툴

하이브리드 양자 시스템을 기다릴 필요 없이, 가속 컴퓨팅과 엔비디아의 툴을 사용해 세계적 수준의 양자 연구를 지금 바로 시작할 수 있다.이미 출시를 마친 엔비디아 cuQuantum의 경우, 텐서(Tensor) 네트워크 라이브러리와 상태 벡터를 활용해 복잡한 양자 회로 시뮬레이션을 실행한다. 또한 엔비디아 DGX A100 시스템에 최적화된 cuQuantum 작업의 실행에 필요한 구성 요소 일체를 갖춘 컨테이너인 엔비디아 cuQuantum DGX 어플라이언스(Appliance)가 베타 버전으로 제공되고 있다.

연구자들은 이러한 제품들에 힘입어 현장의 난관들을 극복하고 있다. 예를 들어 QC 웨어(QC Ware)는 로렌스버클리국립연구소(Lawrence Berkeley National Laboratory)의 슈퍼컴퓨터인 펄머터(Perlmutter)에서 cuQuantum을 사용해 양자 화학과 양자 머신 러닝 알고리즘을 실행한다. 이 연구를 통해 신약 개발과 기후 과학이 더욱 발전할 수 있다.

양자 생태계의 확장

엔비디아의 양자 테크놀로지를 도입하는 기업들의 생태계 또한 확장되고 있다. 일례로 재너두(Xanadu)는 양자 머신 러닝과 양자 화학을 위한 오픈 소스 프레임워크인 페니레인(PennyLane)에 cuQuantum을 통합했다. 오크릿지국립연구소는 텐서 네트워크 양자 회로 시뮬레이션용 프레임워크인 TNQVM에 cuQuantum을 도입했다.

다른 기업들 또한 자사의 상용 양자 시뮬레이터와 프레임워크에 cuQuantum을 지원하고 있다. 클래시크(Classiq)의 클래시크 양자 알고리즘 디자인(Classiq Quantum Algorithm Design platform) 플랫폼과 자파타 컴퓨팅(Zapata Computing)의 오퀘스트라(Orquestra) 등을 예로 들 수 있다. 이들은 작년 11월 엔비디아 소프트웨어의 지원을 발표한 구글 퀀텀 AI(Google Quantum AI)와 IBM,  아이온큐(IonQ), 파스칼과 같은 기존 협업자들의 대열에 동참하게 됐다.

한편 GTC 2022에 무료로 등록하여 QC 웨어의 양자 화학 연구에 대해 알아볼 수 있으며 이 외에도 10개 이상의 양자 컴퓨팅 세션이 마련돼 있다. 젠슨 황(Jensen Huang) CEO의 GTC 키노트 영상에서 전체적인 내용을 확인할 수 있다.