소개

설립목적

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본 협동과정의 설립목적은 병렬슈퍼컴퓨팅과 같이 과학적이고도 첨단적인 계산과학의 이론, 기술 및 실제 응용에 대한 학제간 협동연구와 이를 자연과학 및 공학, 의학 등 및 응용분야에 효율적으로 적용하고 발전시킬 수 있는 우수한 석사 및 박사 과정의 학생을 교육시킴으로써 첨단계산과학 분야의 발전과 고급인력을 양성하는데 있다.

계산과학의 중요성


과학 및 공학, 의학 및 산업에 있어 과학적 지식과 공학적 응용의 진보에 있어서 이론과 실험이라는 양대 골격과 함께 과학계산 및 시뮬레이션은 이미 필요 불가결할 뿐 아니라 중요한 자리 매김을 해 왔다. 수치적 시뮬레이션은 복잡한 시스템과 자연현상을 연구하는데 있어서, 직접적인 실험을 수행하는데 있어서 비용이 지나치게 많이 들거나 위험하거나 심지어 불가능한 경우, 수치적 시뮬레이션이 거의 유일하면서도 효율적이고도 강력한 대체수단으로 사용되고 있다. 한편, 지난 10여 년 간 병렬슈퍼컴퓨팅의 비약적인 발전으로 인하여, 대용량의 메모리와 오랜 계산시간 때문에 과거에는 도전할 엄두도 못 냈었던 자연과학과 응용과학의 수치적 시뮬레이션의 난제들의 대부분이 이제는 저렴한 병렬컴퓨터 등을 이용하여 한 차원 더 높은 단계의 상세함과 현실감을 견지하면서도 실시간에 계산가능한 문제로 다루어지게 되었다. 따라서 그동안 자연과학과 응용과학에 흩어져 연구되어 왔던 많은 계산문제들이 병렬슈퍼컴퓨팅이라는 새로운 패러다임에서 다루어지게 되었다.

전통적으로 계산(computation)은 과학 특히 수학 분야에서 근본적인 원리 또는 논리를 검증하는 도구로 오래 전부터 쓰여져 왔다. 그런데 강력한 컴퓨터(computer)를 활용하게 되면서 과학적 탐구와 그의 기술적 응용에 활용되는 계산의 위치와 중요성이 크게 변모되었다. 컴퓨터기술의 지속적인 발전은 현대 IT(Information Technology: 정보기술)발전의 견인차 역할을 해왔으며, 아울러 계산능력 또한 놀라운 향상을 가져왔다. 이에 따라 전에는 불가능했던 연구와 기술혁신이 가능하게 되었다. 계산은 이제 실험(experiment) 및 이론(theory)과 함께 과학적 탐구의 기본적인 세 축을 이루고 있으며, 과학뿐만 아니라 학문의 전 분야에 있어서 새로운 가능성을 열어 주고 있어 과학 연구에도 새로운 패러다임을 가져오고 있다. 실제로 컴퓨터라는 새로운 도구를 통해 과학 이론은 새로운 각도에서 새롭게 조명되고 있으며, 다양한 simulation 방법론을 동원한 모의 실험은 실험과 이론이 결합된 과학의 새로운 영역을 개척하고 있다. 생명공학(BT: Bio-technology)이나 나노기술(NT: Nano-technology)도 컴퓨터 없이는 불가능한 일이다. 그런데 이러한 형태의 과학 발전은 단순히 컴퓨터를 잘 사용한다든지 전통적 컴퓨터공학(computer engineering)의 방법을 차용하는 수준으로는 이루어질 수 있는 일이 아니다.

과학자와 공학자의 입장에서는 컴퓨터는 과학연구를 위한 좋은 도구이며 실제로 필수 불가결의 도구가 되어가고 있지만 과학자와 공학자의 궁극적 관심과 목표는 과학의 진보와 실제적인 응용 그 자체이다. 이를 위해서는 과학과 계산이 결합된 새로운 형태의 학문형태가 필요하며, 선진국에서는 이의 중요성을 오래 전부터 인식하여 이러한 일련의 연구 및 교육 형태를 계산과학(Computational Science & Engineering)이라는 이름으로 조직적으로 육성하고 있다 (참조: 첨부1 및 2). 이러한 투자는 미국의 주요 국가연구소등에서도 5,60년대부터 이 분야에 대한 집중적으로 이루어져 왔다. 예를 들면, Argonne National Lab (DOE Mathematical, Information, and Computational Science Division), Lawrence Livermore National Lab (Applied Simulation and Computation), Los Alamos National Lab (The Computing and Communications Division)등에서 고성능과학계산의 학문, 군사, 상업적 목적에 부응하여 전략적인 육성을 해왔으며, 이러한 육성에 힘입어 미국은 과학기술의 발전에 선도적인 지위를 지킬 수 있었다.

계산과학협동과정 설치의 필요성


병렬슈퍼컴퓨팅 등 첨단과학계산을 요하는 계산과학은 실제적인 적용에 있어서는 응용 분야에 따라 아주 다양한 모습으로 나타나게 되지만 공통적인 요소는 수치해석과 같은 수학적 방법론, 컴퓨터 알고리즘, 그리고 정보의 통계적 처리 등에 관한 기본적인 지식에 기초하고 있으며, 초고속 대용량계산, 모의실험(simulation), 모형화(modeling), 시각화(visualization), 그리고 정보분석(data analysis) 등 새로운 계산방법을 필요로 하며, 이러한 방법론과 개별적인 과학 및 공학의 결합은 종합적, 학제적 성격을 띠고 있다. 그런데 현재와 같이 계산과학분야가 흩어져서 있어서는 각 분야 또는 학부에서 자발적으로 새 인력을 영입하거나, 양성하기를 기대하기 힘들며, 그 만한 여유도 없다. 지금처럼 각 학부 또는 전공분야에 흩어져 있어서는 그 상승(synergy)효과를 기대할 수 없는 바, 선진국을 중심으로 급속한 발전을 하고 있는 병렬슈퍼컴퓨팅과 같은 고도의 첨단계산기술의 중요성을 가볍게 묵과해서 지나칠 수 없는 상황에 도달했다.

특히 병렬슈퍼컴퓨팅을 요하는 계산과학(Computational Science & Engineering)은 거의 모든 자연과학과 공학 등 응용학문의 fusion학문분야로 미래산업 발전에 필수적인 자리를 차지하고 있을 뿐만 아니라, 하나의 안정된 학문분야로서의 근거를 갖출 필요가 절실해졌다. 외국의 유수 대학들은 이미 10년 전에서부터 이러한 변화에 적응하기 위해 계산과학협동과정을 개설하고 있으며, critical mass를 형성하려는 최선의 노력을 다하고 있다. 이와 같은 세계적 추세가 우리도 계산과학을 육성해야 하는 당위성을 제공하고 있다. 해외에서는 상당수의 대학이 이미 계산과학 교육 프로그램을 운영하고 있다. 참고로 첨부1 에는 미국의 SIAM (Society of Industrial and Applied Mathematics)에서 수집한 몇몇 대학의 계산과학 관련 프로그램 리스트의 일부를 볼 수 있는데, 선진국의 많은 대학에서는 이 리스트에는 없지만 여러 형태의 계산과학 협동과정을 두어 이 분야에서 경쟁적으로 선도적인 위치를 점하고자 노력하고 있는 실정이다.

이에, 우리는 대학원 교육과정에 계산과학을 체계적이고 효율적으로 탐구하고 전수하기 위한 교육과정을 설립하여야 할 것이며, 이를 통해 첨단계산과학에 필요한 전산의 요소에서부터 개개의 과학 및 응용과학 분야를 조화롭게 구성한 교과과정을 과정을 제대로 교육할 수 있는 과정을 만들어야 한다. 또 하나의 이유는 서울대학 내의 독립된 어떤 한 분야에서 이루어진 첨단계산과학 지식 및 infrastructure를 다른 연구 분야에 연결시켜 주는 기회를 제공하여야 하며, 대학 내에 첨단과학계산이 필요한 여러 분야들 사이의 대화를 좀 더 활발히 유도하여야 한다는 것이다. 그리고 더 나아가 현재 여러 대학 및 학과에서 동시적으로 개설되어 강의되고 있는 계산과학관련 과목의 중복성을 극소화하도록 조정하여 서울대학내의 계산과학 관련 강좌 강의의 효율성을 극대화할 필요성이 있는 것이다.