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제이에스케이 리서치(JSK Research) 김정수 연구자(주저자)와 신헤라 연구자가 ‘H.U.G.G.E.R* v1.1’ 프레임워크 논문을 글로벌 학술 아카이브와 오픈 소스 플랫폼에 동시 발표했다.
*Heuristic Universal Grid & Gravity Equilibrium Rendering Tensor

현재 전 세계 기상청과 산업계가 주로 사용하는 3차원 유체역학 시뮬레이션(나비에-스토크스 기반)은 지구 자전에 의한 코리올리 힘이나 극한의 난기류를 계산할 때 ‘좌표 특이점(Divide by Zero)’이 나타나며 데이터가 무한대로 폭발하는 ‘발산(Blow-up)’ 현상이 발생할 수 있다. 이 때문에 슈퍼컴퓨터의 연산이 멈추거나 막대한 자원이 소모되는 한계가 존재했다.

이번 ‘H.U.G.G.E.R v1.1’ 논문에는 태풍과 같은 역동적인 대기 유체를 컴퓨터로 시뮬레이션할 때 발생하는 연산 지연 및 마비를 수학적으로 안정화하는 기술이 담겨 있다.

핵심은 통제 범위를 벗어나는 난류 에너지를 제어하는 ‘비선형 항력 억제 텐서’ 모듈이다. 모듈은 다음 두 가지 핵심 메커니즘을 통해 거시적 유체의 흐름을 통제한다.

· 극한 한계 압력 감지 및 평형 제어: 시스템 연산이 중단되지 않도록 유체의 최대 허용 ‘한계 압력 텐서’를 방정식에 내장했다. 임계점을 넘기 직전 에너지를 열로 자연스럽게 분산시켜 하드웨어 과부하를 효과적으로 방지한다.
· 국소적 와도(소용돌이)의 구조적 최적화: 흐름 전체를 억누르지 않으면서도, 폭발적으로 회전하는 소용돌이만 국소적으로 분리해 컴퓨터가 가장 안정적으로 연산할 수 있도록 수치 오차를 최소화한다.

김정수 연구자는 “자연의 대기와 유체는 수학적 한계점처럼 무한대로 팽창하며 붕괴하지 않고 스스로 평형(Equilibrium)을 찾는 특성이 있다”며 “H.U.G.G.E.R 프레임워크는 이러한 거시적 유체의 기하학적 구조를 부드럽게 조율함으로써 기존 계산 방식의 한계를 극복하고 전 세계 엔지니어들에게 붕괴하지 않는 절대적 계산 도구를 제공하고자 한다”고 설명했다.

신헤라 연구자는 이 원리를 대중에게 친숙한 ‘스마트 풍선’에 비유했다. 신 연구자는 “기존 방식이 풍선에 공기를 무한정 불어넣다 결국 터지면서 시뮬레이션을 멈추게 한다면, 우리의 방정식은 풍선이 터지기 직전의 압력을 스스로 감지하고 에너지를 부드럽게 분산시키는 ‘스마트 밸브’와 같다”며 “이 덕분에 폭풍우나 거센 난류가 있더라도 기후 변화를 끝까지 연산해 낼 수 있다”고 덧붙였다.

이 혁신적인 수학적 프레임워크는 대중의 생명과 일상을 안전하게 보전하는 데 기여한다. 공기와 물의 거대한 흐름을 평온하게 통제하는 이 기술은 다음과 같은 분야에 긍정적인 변화를 가져올 것으로 기대된다.

· 기후 예측의 정확도를 높여 생명과 재산 보호: 거대한 태풍 등 극단적인 기상이변 시뮬레이션에서 컴퓨터가 다운되는 현상을 줄여준다. 복잡한 날씨 변화를 끊김 없이 정밀하게 예측함으로써 재난으로부터 인류를 보호하는 데 기여한다.
· 안전하고 친환경적인 비행 및 해양 기술 발전: 비행기나 차세대 선박이 거센 난류와 공기 저항을 극복하는 과정을 컴퓨터 안에서 정교하게 모사한다. 이로써 마찰 에너지를 더욱 줄이는 설계가 가능하며, 극심한 수압을 견디는 해양 탐사 잠수정 설계부터 친환경 풍력 발전까지 물과 공기의 흐름을 다루는 여러 산업이 컴퓨터 연산의 한계를 넘어 꾸준히 발전할 수 있는 튼튼한 밑거름이 된다.
· 소규모 연구실의 연산 독립과 비용 절감: 그동안 거대 자본의 슈퍼컴퓨터에 집중되던 무거운 시뮬레이션 연산 부하를 혁신적으로 완화한다. 연산 폭증을 제어하는 이 프레임워크 덕분에, 예산과 장비가 제한적인 스타트업이나 독립 연구자들 역시 자신들의 일반 워크스테이션만으로도 거시 중력 유체 시뮬레이션을 빠르고 안정적으로 수행할 수 있게 된다.

이 중력 유체 논문은 유럽 입자 물리 연구소(CERN)가 운영하는 제노도(Zenodo) 학술 아카이브와 글로벌 오픈 소스 플랫폼 허깅페이스(Hugging Face)의 리포지토리를 통해 모두에게 공개됐다. 대규모 시뮬레이션 환경을 운용하는 산업계 전문가들은 물론 차세대 유체 제어 기술을 연구하는 전 세계 누구나 논문의 공식을 다운로드해 즉각적인 검증과 응용 연구를 시작할 수 있다.

제이에스케이 리서치 소개

제이에스케이 리서치(JSK Research)는 중력 유체 역학 분야에서 기존 시뮬레이션의 한계를 극복하는 데 전념하며, 극한 기후 예측 및 항공우주 안전을 위한 실용적인 공학 기술을 연구한다. 나아가 대규모 슈퍼컴퓨팅 인프라와 독립 연구자 및 스타트업을 위한 유연한 접근성을 결합해 누구나 안정적으로 고정밀 시뮬레이션을 수행할 수 있는 연구 생태계를 조성하는 것을 목표로 한다.

사진

- 위 사진: 인천(IFEZ) 영종구에 위치한 복합 미디어실 ‘H.U.G.G.E.R v1.1’ 논문 발표 현장

- 위 사진: 논문 발표 현장에서 ‘H.U.G.G.E.R v1.1’ 기술의 원리를 설명하는 신헤라 연구자