미래를 바꾸는 힘, 가상실험 시뮬레이션 ‘EDISON’
전산열유체 분야 첨단 과학·교육 허브 시스템 구축
서울대학교 EDISON 전산열유체 전문센터 김종암 센터장

창조경제 시대의 핵심 키워드는 바로 ‘융합’이다. 이미 세계의 문을 두드리고 있는 대한민국의 과학기술은 우리의 독보적인 IT기술 인프라와 결합하며 새로운 시너지 효과를 창출해내고 있다. 그 가운데서도 미래창조과학부에서 주관하는 첨단사이언스 교육허브 개발사업 ‘EDISON’은 그간 뛰어난 성과와 과감한 혁신으로 학계의 큰 주목을 받아왔다. 

세계에서 인정받는 SW 혁신 사업
지난 2013년 11월, 미래부가 지원하고 한국과학기술정보연구원(KISTI)이 수행하는 첨단사이언스 교육허브 개발사업(EDISON)이 미국 덴버에서 열린 2013 국제슈퍼컴퓨팅 콘퍼런스에서 ‘HPC Innovation Excellence Award’를 국내 최초로 수상했다. 2011년부터 추진된 EDISON 사업은 이공계 연구원, 학생, 중소기업 등이 비싼 외산 소프트웨어를 대신해 국내 개발 시뮬레이션 SW를 누구나 무료로 이용할 수 있도록 하는 것으로, 그 뛰어난 성과와 혁신성이 수상의 계기가 됐다.

그간 국내 대학·산업체 등에서 사용해오던 외국산 SW는 도입에만 연 800억 원 이상이 소모될 정도로 비용이 많이 소요되는 탓에 가상실험 활용 교육 및 연구 활성화에 걸림돌로 작용해왔다. 이에 미래부는 2011년 EDISON 중앙센터를 설립하고 계산과학·공학의 기본 및 응용원리를 시뮬레이션을 통해 실시간 및 시각적으로 연구·학습할 수 있는 플랫폼과 소프트웨어를 개발하는 데에 주력해왔다. EDISON 중앙센터는 사업 추진전략을 세분화와 분야별 맞춤형 사업 추진을 위해 전산열유체, 나노물리, 계산화학, 구조동역학, 전산설계의 5개 전문센터를 설립·운영하고 있다.

열유체공학 분야 시뮬레이션 플랫폼 구축
전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)이란 유동 현상을 모사하는 질량, 운동량, 에너지 보존 방정식을 이산화하고, 컴퓨터를 이용하여 수치적으로 계산함으로써 유동 현상을 해석 및 설계하는 학문이다. EDISON 전산열유체 센터에서는 열유체공학 분야의 시뮬레이션 프로그램 및 콘텐츠를 인터넷 상에서 활용 가능하도록 제공하는 교육·연구용 통합 전산환경을 구축하는 데에 매진하고 있다. 센터장을 맡고 있는 서울대학교 김종암 교수는 “현재 학계에서는 CFD의 다양한 이슈에 대한 심도 있는 연구가 진행되고 있습니다. 또한 그 결과들은 직·간접적으로 연구소 및 산업체에서 열유체 관련 제품 및 시스템의 성능 분석, 설계 및 생산에 다양하게 응용되고 있는 상황입니다”라고 설명했다. 

센터에서는 우수한 수치 시뮬레이션 연구 성과를 활용하여 온라인상에서 교육·연구용 시뮬이션 프로그램 및 콘텐츠 활용환경을 구축하고 있다. 또한 전산열유체 분야 대학(원)생의 우수기술 적응력을 제고하고, 향후 국가 과학기술경쟁력을 높이는 우수 연구 인력으로 양성하며, 장기적으로는 현재 사용되고 있는 외국산 시뮬레이션 프로그램의 국산화를 위해 노력하고 있다. 이를 위해 센터는 교과목 중심의 시뮬레이션 프로그램 개발(총 120종)과 교육·연구 콘텐츠 개발(총 132종), 열유체공학 분야 교과목 교육·연구 활용 등의 연구를 진행하고 있다. 

또한 센터는 사업 추진을 위해 열유체 분야의 모든 영역을 포괄하고 유사성을 배제할 수 있도록 8개 기관으로 조직을 구성했다. 또한 중앙센터와 협력하여 연차 종료 시점에 활용도에 따른 프로그램 통계치를 산출하여, 차년도 프로그램 및 콘텐츠 개발 계획에 반영해 열유체 분야 교육·연구 활동이 효율적으로 전개될 수 있도록 하고 있다.

외산SW 도입비용 절감과 연구활성화에 기여
센터는 웹 기반 교육·연구용 시뮬레이션 활용환경을 제공함으로써, 기존의 이론 중심적인 교육방법에서 탈피하고 개발된 소프트웨어 및 교육 콘텐츠를 활용한 사례적이고 체험적인 교육방법으로의 혁신에 기여하고자 하고 있다. 또한 IT 환경에 익숙한 학생들이 쉽게 접근 가능한 웹 기반의 고등 교육 시스템을 효율적으로 활용하여 열유체 분야의 고급인력을 양성하여 향후 국가 연구인력의 역량을 강화하는 데 힘을 쏟고 있다. 김종암 센터장은 “센터에서 개발한 국산 교육용 프로그램은 현재 사용되고 있는 해외 상용 프로그램의 도입비용 절감 및 수입대체 효과를 불러올 것으로 기대됩니다. 또한 개발 프로그램의 기술이전 및 상용화에 따른 교육전문기업 시장 창출과 해당 분야의 전문가 재교육 및 연구 활동을 통해 산업체의 기술경쟁력 강화에 기여하게 될 것으로 전망하고 있습니다”라고 밝혔다. 

현재 EDISON 사업은 플랫폼 및 프레임워크를 개발하는 1단계를 지나, 상용화 기반 마련과 시스템을 체계화시키기 위한 2단계 사업을 진행 중이다. 전산열유체 센터의 EDISON 시스템 또한 지난 2013년 2학기에만도 전국 16개 대학, 19개 학과, 30개 강좌의 813명이 활용하는 성과를 보였다. 

교육과 연구를 위한 플랫폼 구축은 국가기술 발전의 토대가 되는 중요한 사업이다. EDISON사업을 통해 우수한 인력이 양성되고, 각 연구기관 및 산업체의 연구 개발활동에 기여해 세계에 자랑할 만한 가시적인 성과로서 보람된 결실을 맺게 되기를 기대한다. 

‘EDISON,’ a simulation as power to change the future
 - constructing the hub system for advanced science education in the field of computational fluid dynamics (CFD) 
Chongam Kim, Director of EDISON_CFD Professional Center at Seoul National University

The core keyword for the time of creative economy is ‘convergence.’ Korea’s science and technology already knocking on the door of the world has combined with our unique IT technology to create new synergy effects. Among them, ‘EDISON,’ a project for developing the advanced science education hub supervised by the Ministry of Science, ICT and Future Planning, has been drawing much attention from learned circles with its excellent results and daring innovation so far.

Software innovation project known in the world
In November 2013, Advanced Science Education Hub Development project (called EDISON), which is supported by the Ministry of Science, ICT and Future Planning and executed by KISTI (Korea Institute of Science and Technology Information), won ‘HPC Innovation Excellence Award’ at 2013 International Super-computing Conference held in Denver of the US, and EDISON is the first to receive the award in Korea. EDISON project driven forward since 2011 is intended for students, researchers in science and technology, smaller enterprises, etc. to use simulation software in education and research, instead of expensive commercial software, based on the HPC (high performance computing) environment in KISTI. And its excellent and innovative results of the development of the EDISON platform based on HPC technology and utilization of that in education accounted for winning the prize.

Foreign-made commercial software used by domestic universities and industrial companies so far took such a high cost as running to annual 80 billion won for maintenance alone, acting as an obstacle to simulation-based education and research activity. Thus, the Ministry of Science, ICT and Future Planning launched EDISON Central Center in 2011 and has directed its energies toward developing the platform and software capable of teaching and learning the basic and applied principles of science and engineering through simulation. EDISON Central Center is now operating five Professional Centers – computational fluid dynamics (CFD), nano-physics, computational chemistry, structural dynamics and computational design - for driving area-specified projects in each field.

Construct the platform of simulation for computational fluid engineering 
Computational fluid dynamics (CFD) is a science and engineering discipline based on the mass, momentum and energy conservation laws for describing fluid flow phenomena. CFD, with powerful computing platform, calculates these conservative equations numerically to analyze and design fluid flow phenomena. EDISON_CFD Professional Center is devoted to building an integrated computational environment for education and research that provides simulation programs and contents available on the Internet in the field of fluid engineering. Prof. Chongam Kim (Seoul National University), the leader of the Center, explained, “Currently, in-depth researches are carried on various issues of CFD in learned circles. And achievements of these researches have been diversely applied in academic and industrial fields for analysis, design and manufacture of products in a fluid engineering point of view.”

The utilization of EDISON_CFD is improving adaption of undergraduate students to the related technologies in fluid engineering, cultivating the students into qualified researchers to increase the national competiveness in science and technology for the future, and on a long-term basis, making endeavors to replace the foreign-made commercial software with domestic ones. To that end, the Center has carried on developing subject-oriented simulation programs (80 kinds in all) and educational contents (84 kinds in all), and working on using them for various undergraduate courses in the area of fluid dynamics.

The Center is composed of 6 sub-topics to cover the almost all areas related to fluid engineering. Besides, in cooperation with the Central Center, the CFD Center gathers feedbacks and statistics regularly on utilization of simulation programs, and reflects them on the next-year development plan to improve the function of the programs and user interface of the platform, and to expand the community of EDISON_CFD.

Contribute to reduction of expenses for importing foreign-made commercial software
The Center is aiming to shift the existing theory-oriented education into the simulation-based one by providing the web-based simulation environment. In order to strengthen the capabilities of the next-generation researchers, it is also focusing on nurturing high quality simulation resources in fluid engineering using EDISON_CFD system. Prof. Chongam Kim clarified, “Domestic simulation program developed in the Center is expected to reduce the cost necessary for maintaining foreign-made commercial software currently used. We also expect that following the technological transfer commercialization of EDISON_CFD system, it will create the market for education enterprises. And EDISON_CFD contributes to strengthening technology competitiveness of industrial companies through retraining of human resources in the industrial fields.”

Currently, EDISON project has finished its 1st stage for developing the platform and framework, and is preparing the 2nd-stage project to secure the basis for commercialization and the EDISON_CFD community. EDISON_CFD system has been utilized by 14 universities and 1105 students in 24 classes around the country for the second semester of 2014 alone.

Constructing the platform for education and research is an important project basing the development of the nation’s technology. It is expected that EDISON project will rear excellent professionals, contribute to R&D activities of associated research institutes and industrial companies, and have many wonderful fruits as a visible result to show off to the world.