E-KVN 상관기 개발

개요

현재 한국천문연이 운영하고 한일 상관센터의 대전 하드웨어 상관기는 8Gbps 신호의 상관처리가 최대 처리할 수 있는 속도이다. 16개의 망원경 주로 동아시아 VLBI 관측 자료의 상관처리에 활용하고 있다. 이와 병행해서 운영하고 있는 DiFX 소프트웨어 상관기는 현재 8Gbps KVN 관측 처리에도 실제 관측 시간의 4배 정도의 시간을 투입해야하는 상황이다.

확장된 KVN으로 2개 증가한 기선의 개수와 8배 늘어난 대역폭, 양편파 상관처리에 의해 2배 증가 연산을 고려하면 기존 KVN 관측 보다 32배의 높은 처리 속도가 필요하기 때문에 확장 KVN을 위한 별도의 상관기가 필요하다. 또한 다른 다주파수 망원경과의 공동 관측으로 기선이 늘어나는 것을 고려해서, 32Gbps x 2 Pol x 5 관측국의 자료에 대해 관측과 같은 속도로 상관처리를 수행하는 상관기를 확보해야한다. 상관기는 최근 개발 동향에 따라 GPU 기반의 상관 코어를 구성한다.

2021년 진행현황
KVN 확장 사업에 필요한 GPU 및 네트워크 기반의 VLBI 상관기 설계서(안) 작성 완료
  • 32Gbps 관측 속도 및 5개 전파망원경(연세, 울산, 탐라, 평창, 세종)의 10개 기선에 대한 VLBI 상관기 설계(안)를 제시
  • 상관기의 제어 및 전/후처리 소프트웨어 패키지의 통합(안)을 제시
  • 상관기 설계서를 작성하기 위하여 2차례의 검토 회의를 개최
16Gbps급 3관측국용 상관코어 시제품 구축
  • 개발한 VLBI 상관코어는 1개의 GPU로 2Gbps 3관측국 상관처리 가능하기 때문에 서버 당 4개의 GPU로 8Gbps 3관측국 상관 코어 서버를 개발하였음. 기 구축한 서버와 신규 도입한 서버를 통합 연동하여 16Gbps 3관측국 VLBI 상관코어 시제품을 구축
  • 2대의 서버에 장착된 8개의 GPU 카드를 병렬 연동 가능한 제어 소프트웨어를 개발
  • GPU 상관처리 결과의 swinburne 구조 변환 및 vex2difx, calcserver, calcif2, im2delay, difx2fits, sniff plot 등 DiFX의 소프트웨어 유틸리티를 자동화하여 사용자 제어 인터페이스 GUI에 통합
  • 가상의 스토리지 서버(storage-like)에 nvme ssd 32TByte를 장착하고 100Gb 이더넷으로 2대의 GPU 서버에 연결. RDMA(Remote Direct Memory Access) 패키지 기반의 네트워크 원격 전송 소프트웨어 eclient를 개발하여 16Gbps 3관측국 상관코어 시험 인증

    가상의 스토리지 서버(storage-like)
    가상의 스토리지 서버(storage-like)
GPU 및 네트워크 기반의 VLBI 상관기 설계서(안)의 작성
  • GPU 상관기의 상관결과를 Swinburne 형식으로 출력하도록 개정 완료
  • Swinburne 형식의 상관결과를 FITS-IDI로 변환하는 것은 DiFX의 difx2fits를 활용
Swinburne 형식 출력 및 FITS 변환 유틸리티 개발
  • m2delay : GPU 상관기에 필요한 기선별 지연제어 파라미터를 DiFX의 .im 파일로부터 추출하는 유틸리티. 대전상관기의 .delay 파일과 동일한 형식으로 변환한다.
  • vcs2swin : GPU 상관기의 상관결과를 대전상관기의 상관결과와 비교 검증하기 위한 유틸리티. 대전상관기의 vcs 출력파일을 GPU 상관기의 출력파일과 .swin 형식으로 변환한다. RCP/LCP 양편파 상관처리에 대응
상관 결과 검증 (8Gbps 광대역관측, p20yy01f)

GPU를 이용한 상관처리 데이터의 검증은 DiFX 상관기의 결과를 AIPS를 이용하여 비교·검증하였다. 검증의 1단계는 관측에 관련된 관측명, 관측시간, 주파수 정보 등이 두 상관기의 데이터에서 동일하게 나타나는지 확인하는 과정이다. 1단계 마무리 결과로 그림 1은 KVN 3관측국의 상관처리 결과에 대한 연속파 천체 4C39.25의 cross-power 스펙트럼 이미지를 보여준다. 전체적으로 동일한 모양의 bandpass shape과 위상정보를 보여줌을 확인할 수 있다.

KVN 3관측국 GPU 상관기결과(위)와 DiFX 상관기결과(아래)의 연속파 천제(4C39.25) 스펙트럼 이미지 비교.

KVN 3관측국 GPU 상관기결과(위)와 DiFX 상관기결과(아래)의 연속파 천제(4C39.25) 스펙트럼 이미지 비교.
KVN 3관측국 GPU 상관기결과(위)와 DiFX 상관기결과(아래)의 연속파 천제(4C39.25) 스펙트럼 이미지 비교.