스펙트럼 인스트루먼트, LIDAR 시스템 기반 3D 난류 시뮬레이션 모델링 고도화

[테크월드뉴스=박예송 기자] 디지타이저 및 제너레이터 전문기업 스펙트럼 인스트루먼트(Spectrum Instrumentation)의 플래그십 초고속 디지타이저, M5i.3321가 3D 난류 시뮬레이션 모델링에 도입됐다.

M5i.3321은 풍력 시뮬레이션 설비를 제공하는 덴마크 회사 빈드-빈드(Vind-Vind)의 3D 난류 시뮬레이션 모델링에 도입돼 바람을 타고 이동하는 수많은 먼지 입자 데이터를 수집 및 분석하고 바람이 건물에 미치는 효과를 측정한다.

기존 대형건물 설계에 있어 가장 일반적이고 오랜 기간 풍하중을 측정하는 방식은 풍동실험이다. 이는 건물과 주변 환경을 축소한 실험모형을 제작, 풍동장에 설치해 바람이 건축물에 어떤 영향을 끼치는지를 실험하는 방식이다. 최대 풍하중을 정확하게 측정하지 못하고 동시에 여러 방향에서 난류가 형성되지 않아 정확한 측정이 어렵다는 한계가 존재한다.

빈드-빈드는 스펙트럼 인스트루먼트의 M5i.3321를 도입해 난류 3D 시뮬레이션 모델을 개발했다. 공기 중의 입자가 레이저를 반사하는 도플러 효과로 빛이 반사되어 생기는 변화를 분석해 바람이 건물에 미치는 효과를 측정했다. 3D 난류 시뮬레이션 모델은 사방에서 난류가 형성되는 대기 상층부의 영향을 포함, 도시 환경에서 측정된 난류를 비교 평가하여 데이터를 수집, 이후 컴퓨터 시뮬레이션의 검증에 활용된다. 이 모델은 10ns 펄스 LIDAR 시스템으로 수집된 데이터를 사용한다.

바람을 타고 이동하는 수많은 먼지 입자를 추적하는 데는 엄청난 양의 데이터가 생성되기 때문에 빈드-빈드는 대량의 데이터를 처리하기 위해 스펙트럼의 SCAPP(Spectrum의 CUDA Access for Parallel Processing)를 사용했다. 스펙트럼의 M5i 디지타이저는 16레인 PCIe 인터페이스를 갖춰 초당 최대 12.8 GB의 수집된 데이터를 컴퓨터 CPU가 아닌 CUDA 기반 그래픽 카드로 직접 전송한다. CUDA 기반 그래픽 카드(6144개 코어 GPU의 엔비디아 쿼드로 A4000)는 6코어 또는 8코어 CPU보다 훨씬 빠른 데이터 처리속도를 가진다.

페르 요르겐센(Per Jørgensen) 빈드-빈드 CEO는 "우리는 3.2 GS/s의 초고속 샘플링 속도와 12비트 분해능으로 데이터 수집을 지원하는 스펙트럼 디지타이저를 통해 장거리에서도 고해상도 측정을 가능케하는 LIDAR 기반의 기기를 개발했다”라며 “본 장비는 잡음이 많거나 미약한 신호도 포착할 수 있게 하며 고주파 노이즈를 즉시 식별하고 필터링해 추후 처리과정에서 저주파 노이즈만 남게 된다”라고 말했다.