FORTRAN
FORTRAN
요
FORTRAN(FORmula TRANslation의 약자)은 과학 및 공학 계산을 위해 개발된 최초의 고급 프로그래밍 언어 중 하나로,1950년대 초 IBM에서 개발되었다.TRAN은 수치석, 물리 시레이션, 기 모델링, 유체 역학 등 계산 집약적인 분야에서 널리 사용되어 왔으며, 현재까지도 고성능 컴퓨팅(HPC) 분야에서 중요한 위치를 차지하고 있다. 수학 공식을 프로그래밍 언어로 표현하는 데 최적화되어 있어, 복잡한 수식을 직관적으로 코드로 작성할 수 있다.
최초의 버전인 FORTRAN I는 1957년에 발표되었으며, 이후 FORTRAN II, III, IV 등으로 발전하다가, 1966년에 ANSI 표준인 FORTRAN 66이 제정되며 공식적인 표준화의 길을 걷게 되었다. 이후 FORTRAN 77, Fortran 90, Fortran 95, Fortran 2003, Fortran 2008, 그리고 Fortran 2018까지 주기적으로 개정되며 현대적인 프로그래밍 기능을 추가해왔다.
역사
초기 개발 (1950년대)
FORTRAN은 IBM의 존 배커스(John Backus)가 이끄는 팀에 의해 개발되었다. 당시 프로그래밍은 주로 어셈블리어로 이루어졌으며, 복잡하고 오류 발생 가능성이 높았다. 배커스 팀은 수학 공식을 쉽게 컴퓨터로 번역할 수 있는 언어를 만들기 위해 노력했고, 이 결과 FORTRAN이 탄생하게 되었다. FORTRAN I은 컴파일러 최적화 기술을 도입하여 성능 면에서 어셈블리어에 근접하는 수준을 달성함으로써 큰 성공을 거두었다.
표준화의 시작 (1960–1977)
- FORTRAN 66 (ANSI X3.9-1966): 최초의 공식 ANSI 표준으로, 다양한 시스템 간 호환성을 보장했다.
- FORTRAN 77: 구조적 프로그래밍을 지원하기 위해
[IF-THEN-ELSE](/doc/%EA%B8%B0%EC%88%A0/%ED%94%84%EB%A1%9C%EA%B7%B8%EB%9E%98%EB%B0%8D/%EC%A0%9C%EC%96%B4%EA%B5%AC%EC%A1%B0/IF-THEN-ELSE), 문자열 처리 기능 등을 추가했다. 이 버전은 오랫동안 가장 널리 사용된 버전 중 하나였다.
현대화 (1990년대 이후)
- Fortran 90: 획기적인 개정으로 배열 중심 프로그래밍, 모듈(Module), 사용자 정의 데이터 타입, 포인터 등을 도입하여 현대적인 언어의 틀을 마련했다. 또한, 자유 형식 소스 코드(free-form source)를 지원하여 작성의 유연성을 높였다.
- Fortran 95: Fortran 90의 하위 개정으로, 배열 처리 기능을 강화하고, 병렬 처리를 위한 기능을 추가했다.
- Fortran 2003: 객체 지향 프로그래밍(OOP) 기능을 도입하여 클래스, 상속, 다형성 등을 지원하게 되었다.
- Fortran 2008: 코루틴(Coarrays)을 통해 공유 메모리 기반의 병렬 프로그래밍을 지원하며, HPC 분야에서의 활용도를 높였다.
- Fortran 2018 (ISO/IEC 1539-1:2018): 최신 표준으로, I/O 기능 강화, 비동기 입출력, 더 나은 병렬 처리 지원 등을 포함한다.
주요 특징
1. 과학 계산 최적화
FORTRAN은 수치 계산에 특화되어 있어, 배열 연산, 행렬 연산, 고정밀 부동소수점 연산 등을 매우 효율적으로 처리한다. 컴파일러는 FORTRAN 코드를 최적화하는 데 뛰어난 성능을 보이며, 특히 벡터화 및 루프 최적화에서 우수하다.
2. 배열 중심 프로그래밍
Fortran 90 이후 배열을 변수처럼 다룰 수 있다. 예를 들어, 두 배열 A와 B의 원소별 덧셈은 다음과 같이 간단히 표현할 수 있다:
C = A + B
이러한 문법은 수학적 표현과 유사하여 코드의 가독성을 높인다.
3. 모듈과 재사용성
모듈(Module)을 통해 데이터와 서브프로그램을 캡슐화하여 코드의 재사용성과 유지보수성을 향상시킨다.
module math_constants
implicit none
real, parameter :: pi = 3.141592653589793
end module math_constants
4. 객체 지향 프로그래밍 (Fortran 2003+)
클래스, 메서드, 상속 등을 지원하여 대규모 소프트웨어 개발에 적합하게 되었다.
type :: vector
real :: x, y, z
contains
procedure :: magnitude => vec_magnitude
end type vector
5. 고성능 컴퓨팅(HPC) 지원
Coarrays, OpenMP, MPI과의 통합을 통해 대규모 병렬 컴퓨팅 환경에서 뛰어난 성능을 발휘한다.
사용 사례
- 기상 및 기후 모델링: 미국 국립기상센터(NCEP), 유럽 중기예보센터(ECMWF) 등에서 사용.
- 유체 역학 (CFD): NASA, DOE 등에서 대규모 시뮬레이션에 활용.
- 원자력 및 물리 시뮬레이션: 입자 물리학, 핵융합 연구 등.
- 금융 공학: 고성능 수치 계산이 필요한 옵션 가격 모델링 등.
참고 자료 및 관련 문서
- ISO/IEC 1539-1:2018: Fortran 2018 국제 표준 문서
- NAG Fortran Compiler, GNU Fortran (gfortran), Intel Fortran Compiler: 주요 컴파일러
- The Fortran Company – Fortran 언어 및 도구 관련 정보 제공
- Fortran Wiki – 커뮤니티 기반 문서 및 예제 모음
결론
FORTRAN은 오랜 역사에도 불구하고 여전히 과학 기술 분야에서 중요한 언어로 자리 잡고 있다. 초기의 고정 형식(Fixed-form)에서 벗어나 현대적인 문법과 기능을 지속적으로 추가하면서도, 수치 계산의 효율성과 안정성을 유지하고 있다. 특히 고성능 컴퓨팅 환경에서의 성능과 컴파일러 최적화 능력은 여전히 다른 언어들과 경쟁할 수 있는 강점이다. 새로운 프로그래머들에게는 다소 생소할 수 있으나, 전문 분야에서는 필수적인 기술 중 하나로 평가된다.
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