비주얼 컴퓨팅 분야의 세계적인 선도 기업인 엔비디아는 일리노이대학교 어바나-샴페인캠퍼스(University of Illinois at Urbana-Champaign, 이하 UIUC) 연구진이 엔비디아 테슬라(Tesla) GPU 가속기를 사용해 에이즈 바이러스(human immunodeficiency virus, HIV)의 전염을 막는데 중대한 전기를 마련했다고 발표했다.

세계적인 과학전문지인 네이처(Nature)의 최신판 표지에서도 다뤄진 이 새로운 논문에서는, UIUC의 연구진들이 피츠버그의대(University of Pittsburgh School of Medicine)와 협력해 최초로 에이즈 바이러스인 캡시드(Capsid)의 정확한 화학 구조를 밝혀낸 과정이 상세히 소개되었다. 캡시드란 바이러스의 유전 물질을 보호하는 단백질 껍질로서 바이러스의 독성을 결정한다. 현재 에이즈에 의한 사망자는 2,500만 명, 감염자는 3,400 만 명이 넘을 것으로 추정되는데, 캡시드 구조를 이해하면 더욱 효과적인 항바이러스 신약을 개발할 수 있는 가능성이 열리게 된다.

UIUC 연구진은 블루 워터즈(Blue Waters) 슈퍼컴퓨터를 이용해 최초로 에이즈 바이러스의 전원자 시뮬레이션(all-atom simulation)을 실행했고, 이를 통해 캡시드 구조를 상세히 밝혀내는데 성공했다. 최고의 성능, 최적의 효율을 자랑하는 엔비디아 테슬라 K20X GPU 가속기 3천 대를 사용한 크레이(Cray) XK7 슈퍼컴퓨터의 뛰어난 성능 덕분에 연구자들은 최초로 6400만 개의 원자가 포함된 최대 규모의 시뮬레이션을 구동할 수 있었다.

UIUC의 물리학 교수 클라우스 슐텐(Klaus Schulten)은 “블루 워터즈 시스템의 GPU 가속화 슈퍼컴퓨팅이 없었다면 이 정도 크기의 시뮬레이션을 구동하기가 무척 힘들었을 것”이라며 “5년여 전부터 GPU 가속기를 사용하기 시작했는데 이 GPU는 연구 진행 속도 또한 완전히 가속화시켰다.”고 말했다.

여러 과학 및 기술적인 컴퓨팅 어플리케이션 속도의 향상을 위해 개발된 엔비디아 테슬라 GPU 가속기는 오늘날 전세계 연구자들에게 대체 에너지, 천체물리학, 신약 개발, 기후 연구 등의 다양한 과학 영역에서의 새로운 돌파구를 열어주고 있다. 이 테슬라 GPU 가속기는 CPU 기반의 시스템 대비 훨씬 높은 성능과 향상된 에너지 효율성을 제공한다.

엔비디아의 수미트 굽타(Sumit Gupta) 테슬라 가속 컴퓨팅 비즈니스 담당 제너럴 매니저는 “GPU는 연구자들을 과학적 발견으로 이끌어 더욱 큰 문제를 해결하고 크고 복잡한 시스템에 대한 통찰력을 얻도록 돕는다.”며  “오크리지 국립연구소(Oak Ridge National Labs)가 보유한 세계 최고의 오픈 슈퍼컴퓨터인 블루 워터즈와 타이탄(Titan) 두 대를 포함, GPU를 장착한 많은 시스템들이 실제 세계의 과학 발견에 새 장을 열 것”이라고 말했다.

캡시드, 보다 효과적인 치료약의 열쇠
블루 워터즈 시스템에 GPU들을 추가할 예정인 가운데, UIUC 연구진은 시뮬레이션 횟수를 늘려 에이즈 바이러스의 캡시드 구조와 움직임을 더욱 자세히 알아볼 계획이다. 캡시드는 붉은털 원숭이에게 캡시드 기능을 막는 단백질이 있어 에이즈 바이러스에 면역이 되었다는 점이 알려진 후 항바이러스 신약 개발의 주요한 목표물이 되었다. 캡시드는 바이러스의 단백질 외피로 바이러스의 유전 물질을 담고 있으며, 유전물질을 보호하는 동시에 인간 숙주의 세포에 유전물질을 침투시킨다. 일단 유전물질이 인간의 체내에 들어가면 감싸여 있던 유전물질이 나오면서 감염이 시작되는 것이다. 현재 캡시드를 목표로 하는 에이즈 치료약은 없으나 에이즈 바이러스의 캡시드 구조를 잘 이해하면 향후 더욱 효과적인 항에이즈 치료약 개발에 도움이 되는 정보들을 모을 수 있을 것이다.

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