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[칼럼] 리얼타임 이더넷을 위한 프로토콜 컨버터

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자동화 기술은 지속적인 기술개발이 특징입니다. 이러한 다이내믹한 환경에서, 개별 컴포넌트들이 갑자기 더 이상 연결이 되지 않는 경우만으로도 새로운 솔루션이 필요한 상황이 비일비재하게 발생하고 있습니다.

b+m surface systems사는 부품 공급 업체가 현대화된 Real-Time-Ethernet 프로토콜에 대한 지원을 제공하지 못하고 있는 상황에 직면해 있었습니다. 프로토콜 컨버터 형태로 개발된 솔루션은 매우 효과적이었으며 많은 추가 혜택들을 제공하게 되었습니다.

b+m surface systems사는 1992년에 설립되었으며, 곧, 수성페인트용 어플리케이션 시스템 전문회사가 되었습니다. 현재 b+m surface systems사는 평범한 페인팅 시스템부터 연관된 자동화 기술을 포함하는 완전 자동 페인트 어플리케이션 솔루션까지 완벽한 기술 스펙트럼을 제공하고 있으며, 독일 Eitersfeld에 본사를 두고 폴란드와 러시아에 자회사 또한 운용하고 있습니다.

b+s surface systems 사는 페인팅 로봇과 Atomizers 및 Paint changing system을 포함한 모든 핵심 부품들을 자체 생산하고 있습니다. 프로세스 자동화용 hardware와 software 부품들 까지도 내부에서 개발하고 있으며 자동화 페인트 샾의 특정 요청사항에 맞게 제작도 하고 있습니다.

Robots in interaction

전형적인 페인팅 시스템은 순차적 운용을 위한 여러 개의 스테이션으로 이루어져 있습니다. 프로세스는 소재의 Flaming으로 시작하여 Primer, Base coat, Clear coat와 같은 여러 단계의 코팅 어플리케이션에 의해 진행됩니다. 코팅은 사람의 개입 없이 응용로봇에 의해 자체적으로 이루어집니다.

이 로봇들은 일정 두께의 코팅을 확실히 보장하는 어플리케이션으로 프로그램 되어 있습니다. 로봇의 페인트 공급은 필요한 코팅 재료뿐만 아니라 노즐을 세척하기 위한 수세식 물질까지 제공되는 중앙 페인트 준비 섹션에서 처리됩니다.

엔지니어링 스테이션 외에도, 여러 대의 산업용 PC들이 프로세스 기술과 재료 전송 기술을 모두 제어하기 위해 사용 되고 있으며, 이 PC들은 Flaming, Primer, Base coat와 Clear coat용 각 어플리케이션 스테이션으로 할당되어 있습니다.

RH04.0 Bosch-Rexroth 로봇 컨트롤러가 필드 레벨에서 사용되는 반면, b+m surface systems사는 프로세스 컨트롤 레벨에서 Beckhoff사의 IPCs를 사용하고 있습니다. 두 레벨 사이의 통신은 CAN 인터페이스를 통해 이루어집니다. 통합된 CAN/CAN 게이트웨이는 외부 CAN 버스를 개별 로봇 컨트롤러를 이용하여 내부 CAN 버스의 IPCs로 연결합니다.

Languages and protocols

일반적으로 프로세스 제어 시스템은 매우 특별한 목적과 요구사항들을 기반으로 설계되고 있습니다. 이는 가장 적합한 네트워크 테크놀로지를 통해서 서로 매칭하고 연결할 하드웨어 컴포넌트들의 선정을 포함합니다. b+m surface systems사의 자동 페인팅 어플리케이션 시스템으로 인해 다른 기능들과 연관된 특정 요청사항들을 매칭하는 다중 프로토콜의 사용이 필요하게 되었습니다.

예를 들면, 페인트 준비 섹션 내의 개별 필드 디바이스의 연결은 특정 I/O 인터페이스를 통해 이루어지는 반면, 제어센터에 있는 PC는 PROFINET을 통해 페인트 준비 섹션에 연결되어 있는 것입니다. 모든 컨트롤러들이Ethernet과 TCP/IP를 통해 통신하는데 반하여, CANopen은 컨트롤룸 내의 PC와 개별 어플리케이션 로봇들 사이의 실시간 통신용으로 사용되었습니다.

When protocols represent a disadvantage

기술 개발은 지속되고 있습니다. 페인팅 솔루션은 많은 나라에서 사용되고 있으며 업체들 또한 모든 종류의 최신Ethernet 기반 통신 표준을 다루기를 원함에 따라, b+m surface systems사는 자체 로봇 컨트롤러로의 연결에 직면하게 되었습니다.

하지만, Bosch-Rexroth는 EtherCAT, PROFINET IO나 미국 시장에서의 주 표준인 EtherNet/IP같은 최신 Real-Time-Ethernet 프로토콜이 아닌 CANOpen만 제공하고 있었고, 이는 업체로 하여금 대체 솔루션을 찾도록 만들었습니다. 나중에 알고 보니, 이 경험이 현재 보유하고 있는 솔루션의 여러 가지 단점을 보여줬기 때문에 이러한 상황이 기회가 될 수 있었습니다.

예를 들어, CAN/CAN 게이트웨이는 스위칭 캐비닛 내에서 꽤 많은 공간을 요구할 뿐만 아니라 게이트웨이를 동작시키려면 네트워크 configuration에 대해 자세히 알고 있는 전문가가 필요하기 때문에 시스템을 시동하는데 다소 어렵게 만들었습니다.

Real-Time-Ethernet 프로토콜은 원래 필드버스 프로토콜 기반으로 개발되었고 데이터 통신 기능을 제공할 뿐만 아니라 slave 컴포넌트들의 논리적 구조를 반영하기 때문에, 통신 표준에 따라, 이는 상당히 복잡해 질 수 있습니다.

그러나, 실생활에서의 상황은 또 다릅니다. 예를 들어, 페인팅 어플리케이션용 제어 시스템을 시동하는 동안에도 안정적인 페인팅 프로세스의 보장은 매우 중요하고, 이는 게이트웨이가 종합적인 configuration 지식을 갖고 있어야 하는 현장 직원 없이 쉽고 신속한 시동이 필요함을 의미합니다.

b+m surface systems 사는 많은 투자와 기존 시스템 구조의 광범위한 변경 없이 대체 솔루션을 찾기로 결정하게 되었고, 결국 독일의 Hattersheim에 있는 Hilscher사와 협력하게 되었습니다.

Hilscher는 자동화 시스템용 기반 컴포넌트에 특화되어 있으며 다른 네트워크 통신 프로토콜에 대한 심층적인 지식을 보유하고 있었고, 결국, b+m surface systems사와 Hattersheim에 있는 본사의 전문가들은 단시간 안에 통신 문제를 해결하기 위한 이상적인 솔루션을 찾을 수 있었습니다.

Mediator in the jungle of protocols

이 솔루션은 netTAP이라고 불리며, 다소 작은 감이 있지만 매우 컴팩트한 컴포넌트입니다. 이전의 게이트웨이와는 달리 스위칭 캐비닛 내에 아주 작은 공간만 확보되면 됩니다. netTAP은 프로토콜 컨버터로 서로 전혀 다른 통신 네트워크를 연결하기 위해 제공됩니다.

데이터 양과 전송속도가 고려되는 한, 각 레벨에는 특정 요청사항들이 있기 때문에, 프로세스 제어를 통한 ERP부터 필드레벨까지 다양한 네트워크 프로토콜들이 사용되고 있다는 것을 확인한 후에 개발되었습니다.

netTAP은 두 네트워크 사이에서 게이트웨이로 동작합니다. 디바이스는 두 개의 다른 네트워크 프로토콜들 사이에서의 변환을 자동으로 처리함으로써 정보의 원활하고 투명한 흐름을 가능케 합니다.

현대의 자동화 기술에서, netTAP은 기존 필드 디바이스들의 교체 없이 시스템의 현대화를 위한 간단한 방법을 제공하고 있습니다. 이는 시스템 성능의 개선과 함께 자체 투자를 보호하기 위해서 업체가 원하는 반가운 소식입니다.

컨버터의 구현은 매우 간단한데, 각 프로토콜을 선택하고 configuration 인터페이스를 통해 네트워크 파라메터의 설정과 각 프로토콜에 대한 데이터 할당만 해주면 됩니다. 이를 위해, 컨버터에는 노트북으로의 간단한 연결을 통해 쉽게 configuration할 수 있도록 해주는 USB 인터페이스가 장착되어 있습니다.

Hilscher는 b+m surface systems 사의 페인트 응용프로그램 시스템을 위해서 EtherCAT에서 CANopen으로 링크가 가능함으로써 양쪽 프로토콜 사이에서 무제한의 Real-Time 통신이 가능한 자사의 netTAP100 RE-CO 모델을 제안했습니다.

이 모델은 두 개의 터미널이 장착된 프로토콜 컨버터이며 firmware와 configuration data의 간단한 로딩으로 configuration이 가능합니다. X2 터미널은 Ethernet이나 필드버스 인터페이스로, X3 터미널은 필드버스, Ethernet이나 시리얼 인터페이스로 사용 가능합니다. 두 터미널 모두 제품의 전면에 위치해 있습니다.

추가로, 이 제품은 USB 인터페이스도 제공하고 있습니다. USB 인터페이스는 디바이스의 configuration과 진단을 위해서 노트북과 연결하는데 사용되는데, 이를 위해 Hilscher에서는 configuration과 진단용 software인 SYCON.net을 제공하고 있습니다.

Simple solution with added value

CANopen 표준이 보유하고 있는 고수준의 적합성으로 인해 제품 인증 동안에 발생한 첫 번째 난관은 신속하게 극복할 수 있었습니다. b+m surface systems 사는 과거 Bosch RH04.0 컨트롤러로 작업을 한 적이 있기 때문에, 원래 기능 중 일부는 여전이 사용되고 있었습니다.

이러한 측면에서, netTAP 100-RE-CO로의 CANopen 표준의 완벽한 구현이 큰 도움이 되었습니다. 또한, Hilscher 기술지원팀은 새로운 솔루션으로의 변화를 촉진하기 위해 필요한 지속적인 지원을 약속했습니다.

결국, b+m surface systems사는 새롭게 구현된 솔루션에 매우 만족하게 되었고, netTAP 덕분에, 완전히 새로운 솔루션을 개발할 필요도 없었을 뿐만 아니라 기존의 H/W와 S/W 기반을 지속적으로 사용할 수 있었습니다. netTAP의 또 다른 이점은 Hilscher 프로토콜 컨버터가 기존의 CAN/CAN 게이트웨이와 비교했을 때 캐비닛 공간의 일 부분만 필요로 한다는 것입니다.

추가적으로, 시동작업의 단순화로 인해 로봇 프로그래머들을 위한 유료 교육과정이 불필요하게 되었으며, 현장 직원이 어플리케이션 자체뿐만 아니라 시스템의 전반적인 기능에 집중할 수 있게 되었습니다.

제어 가능한 수많은 프로토콜들이 미래에 적합한 솔루션을 만들어 가고 있습니다. Hilscher 프로토콜 컨버터 netTAP은 유럽 외의 많은 나라들이 선호하고 있는 표준을 포함하고 있기 때문에 초기 문제를 해결하기 위한 명쾌한 솔루션이 될 뿐만 아니라 미래를 위한 준비가 될 수 있습니다.

실제 응용프로그램을 하는 동안 매우 짧은 대기시간이라는 netTAP의 또 하나의 장점이 확실해 졌습니다. 이로 인해 로봇 스위칭 캐비닛과 컨트롤 캐비닛 간의 통신 속도를 높이는 것이 가능케 되었고, 이는 페인팅 프로세스의 제어를 향상시키는 또 다른 측면이 되었습니다.

이 예가 보여주는 바와 같이, 정기적인 기술 개발이 항상 전혀 새로운 솔루션을 필요로 하는 것은 아닙니다. 때로는, 서로 다른 프로토콜의 연결을 위한 매우 작은 컴포넌트 하나가 프로세스 제어의 단순화와 동시에 비용 절감을 위해 필요한 전부가 되기도 합니다.

글_  Dipl.-Ing. Armin Pühringer / Hilscher Gesellschaft für Systemautomation mbH

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Arm, 디바이스-투-데이터 보안 위해 상위 스택으로 나아가다

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Arm, PSA 설계 원칙에 따라 보안 디바이스 IP와 펠리언 IoT 플랫폼을 활용해 업계에서 가장 광범위한 IoT 보안 솔루션 구축 중

최근 열린 Arm 테크콘(TechCon)에서 사이먼 시거스(Simon Segars) Arm CEO는 기조 연설을 통해 Arm 보안 선언문 버전 2.0에 담길 내용을 언급했다. 그 내용 중에서 필자는 IoT 디바이스 관련 위험과 기업 인프라에 미치는 파괴적 여파는 아무리 규모가 작아도 데이터 무결성에 즉각적인 손상을 줄 뿐만 아니라, 데이터 기반 통찰에 대한 기업과 소비자의 신뢰에 장기적 악영향을 준다는 점을 눈 여겨 보았다.

신뢰는 궁극적으로 신기술을 폭 넓게 채택하기 위한 핵심적 요소이다. IoT 실리콘과 시스템, 데이터도 마찬가지이다. 보안은 IoT 디바이스에서 뒷전에 둘 수 없다. 이들 디바이스가 제공하는 데이터 기반 통찰을 얼마나 신뢰할 수 있느냐는 곧 기업 및 소비자들이 이 디바이스를 얼마나 신뢰하느냐에 달렸기 때문이다.

PSA 출시 후 1년, 신뢰할 수 있는 커넥티드 디바이스 구축에 핵심적 역할

이러한 신뢰를 구축하기 위한 첫 걸음으로 Arm은 1년 전 1조개 커넥티드 디바이스의 보안을 위한 공통 프레임워크인 플랫폼 보안 아키텍처(PSA)를 선보였다. 이 후 PSA는 더 많은 업계 지원을 확보하고 모델링 문서화, 사양 및 오픈 소스 트러스티트 펌웨어 프로젝트(TF-M)을 통한 레퍼런스 소프트웨어로 구성된 3단계 파이프라인의 모든 영역에 제품을 제공하며 성장했다. 오늘 필자는 일련의 API와 강력한 PSA 구현 개발 및 제공을 가속화 할 테스트 키트로 구성된 최신 PSA 이정표를 발표한다.

Arm, 디바이스-투-데이터 보안 위해 상위 스택으로 나아가다

새로이 발표하는 PSA API와 API 컴플라이언스 테스트 키트는 다음을 포함하는 세 가지 핵심 설계 영역을 지원한다.

• RTOS 공급업체와 소프트웨어 개발자를 위한 PSA 개발자 API

• 사용자 지정 보안 기능을 만드는 보안 전문가용 PSA 펌웨어 프레임워크 API

• 칩 공급 업체를 위한 트러스티드 베이스 시스템 아키텍처(TBSA-M)) 아키텍처 테스트 키트로 PSA TBSA-M 사양에 대한 칩 하드웨어 컴플라이언스 확인

PSA는 오늘날 현실로 자리잡았으며, 신뢰할 수 있는 IoT 디바이스를 구축하기 위한 필수적 요소로 여겨진다. 일례로 세계적인 IT 자문기관 가트너는 올 초 실시한 조사에서 “기술 제품 관리 리더들은 보안 소프트웨어 업체들과의 파트너십을 맺어야 하며, Arm의 PSA를 통합할 계획을 갖고 있는 반도체 업체들을 우선적으로 고려해야 한다”고 말했다.1

Arm은 지속적인 PSA 투자에 기반해 파트너들이 안전한 SoC를 신속히 구축할 수 있도록 완벽한 솔루션과 시스템 차원의 접근법을 제공해야 한다는 점을 인식하고 있다. 이를 위해 테크콘에서 새로운 상위 개념 설계 솔루션을 선보일 예정이다. Arm 보안 기반은 프로세서와 보안 IP, 개발 도구 (FPGA/테스트 칩 보드 등), 오픈 소스 코스톤(Corstone) 지원 소프트웨어와 사전 통합된 코스톤 기반 IP로 구성되어 있다.

물론 PSA와 코스톤, Arm 트러스트존(TrustZone), Arm 크립토셀(CryptoCell)과 같은 보안 IP는 보안 IoT 디바이스를 설계하는데 있어 중요하지만, Arm은 할 일이 더 남았다는 걸 알고 있다. Arm 펠리언 IoT 플랫폼에 의해 입증된 바와 같이 IoT 디바이스의 보안을 확실히 하기 위해 한층 높은 솔루션 스택으로 나아가고자 한다. 펠리언은 이미 PSA 원칙을 통합했으며, IoT 디바이스와 데이터 모두에 통합된 디바이스-투-데이터 보안을 제공한다. 이 솔루션은 최신 PKI 기반 디바이스 보안과 신뢰할 수 있는 TLS 보안 통신, 데이터 암호화, 그 외 보안 펌웨어 업데이트와 현장 디바이스 액세스 제어 등의 서비스를 제공한다.

펠리언, 새로운 헌팅 파트너를 얻다

그러나 수십억 대의 커넥티드 디바이스라는 방대한 공격 표면에 보안을 제공하는데 따르는 복잡성을 해결하려면 디바이스-투-데이터 보안 전용 생태계를 구축하기 위한 업계 차원의 협력이 필요하다. 앞으로 몇 주, 몇 달, 몇 년에 걸쳐 디바이스 보안을 위한 Arm 파트너 간 협업이 왕성히 이뤄지는 모습을 볼 수 있을 것이나, 오늘 사이버리즌(Cybereason)과 함께 발표하는 솔루션은 펠리언 디바이스 관리에 대한 IoT 디바이스 보안을 모니터링하기 위한 완전히 새로운 차원을 제시한다.

사이버리즌 AI 헌팅(hunting) 엔진은 펠리언 IoT 플랫폼에 연결된 모든 미래 Arm 기반 IoT 디바이스를 보호하는데 도움이 되는 방패 역할을 한다. 사이버리즌의 기술로 초당 8백만개 이벤트를 분석할 수 있으며, 각 이벤트는 공격 시작 시점이나 디바이스 오류에 대한 신호를 줄 수 있다. 이 솔루션은 펠리언 디바이스 관리가 제공하는 강력한 보호 기능에 가시성과 공격 대응 기능을 추가하며, 수십억 개 디바이스 규모의 IoT에서 작동하도록 설계된 포괄적인 사이버 보안 솔루션을 포함하고 있다.

이번 주 테크콘 행사에 참석할 예정이라면, Arm 부스에서 스마트 미터 한 대를 공격해 스마트 미터 사업자의 전체 데이터가 손상되는 상황을 사이버리즌 시뮬레이션을 통해 확인할 수 있다. 이런 일이 실제로 벌어진다면 이 스마트 미터와 이 미터로 집계한 요금에 대한 고객 신뢰가 즉각 저하될 것이다. 이러한 파장은 커넥티드 디바이스를 구축하는 업계 전체로 퍼지게 마련이다.

따라서 업계는 IoT 시스템을 구축하는 방법과 디바이스에서 데이터에 보안을 갖추는 방법에 대한 생각을 달리해야 한다. Arm 생태계가 아키텍처에 출하한 칩 수만 무려 1,300억개에 달하므로, 우리에겐 미래 위협에 대비해 생각을 달리해야 할 의무가 있다. 그렇기에 Arm은 IoT 디바이스 설계, 강력한 보안 IP 세트로 디바이스 지원, 펠리언 IoT 플랫폼에서 생성되는 데이터와 디바이스를 안전하게 보호하고 관리하기 위한 공통 보안 프레임워크인 PSA에서 시작하는 업계 최고 수준의 확장 가능성을 갖춘 디바이스-투-데이터 보안 솔루션 스택을 제공할 독보적 위치에 있다고 할 수 있다.

글_  윌리엄슨(Paul Williamson)

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ODVA의 EtherNet/IP, 2015년도 산업용 이더넷 시장 출하 노드 25% 차지

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ODVA IIoT 이미지

2015년 ODVA의 EtherNet/IP가 전세계 모든 산업용 이더넷 중에서 가장 많은 수의 노드를 출하

지난해말 SPS IPC Drives 전시회와 동시에 독일 뉘른베르크 컨퍼런스 센터에서 개최된 ODVA 미디어 브리핑에서 ODVA는 EtherNet/IP가 2015년부터 산업용 이더넷(industrial Ethernet) 네트워크의 선적된 새로운 노드 중 가장 많은 수를 차지했다고 발표한 바 있습니다. 또한 2016년 1년 동안 산업용 통신 지능서비스의 한 부분 으로서 EtherNet/IP의 시장 마켓 세어를 보고한 국제 분석 회사인 IHS Markit에 따르면 이는 세계 25%의 시장 점유율 이라고 보고 했습니다.

EtherNet/IP(이더넷아이피)는 IEEE 802.3 specifications에 의해 정의된 것이며, Internet Engineering Task Force에 의해 출간된 RFC가 내린 TCP/IP의 정의로써 이더넷 기술과 표준에 더하여 공통 산업 프로토콜(CIP)를 적용하고 있습니다. EtherNet/IP는 사용자들이 기성 제품으로써 성능 대 가격 비용이 저가일 뿐 아니라 물리적인 매체와 시간 – 동기화 제어를 강화한 높은 가용성의 산업 자동화 솔루션으로 성능 강화분야에 많은 혜택을 베풀고 있습니다.

EtherNet/IP & MODBUS 플랫폼

EtherNet/IP & MODBUS 플랫폼

EtherNet/IP는 생태계의 모든 범위를 커버하는 수백의 벤더들과 모든 산업 응용에 대한 수천 가지 제품들로 구성된 소프트웨어 환경에서 매우 강력한 IIoT(산업용사물인터넷) 인프라-툴입니다. EtherNet/IP의 급성장 이유는 “EtherNet/IP가 순수한 TCP/IP를 사용함으로써 산업자동화에 표준 이더넷 기술로서 보다 빠른 접속을 실현함으로써 혜택을 빠르게 제공하는 산업용 이더넷 기술”이라는 것입니다. 이는 자동화 업계로부터 강력한 지원요구를 받기 때문이라고 생각합니다.

EtherNet/IP는 두 개의 쌍선만으로 디스크리트와 하이브리드 및 프로세스(계장분야)제어의 응용을 위한 네트워크로 IIoT를 MODBUS 등의 망에 게이트웨이를 통해 Edge 브라우저를 써서 Thing+나 MQTT 등의 IoT 프로토콜로 변환할 수 있습니다. 이는 간편하게 IoT인증기관인 oneM2M 등을 통해 인증을 받으면, 즉시 Cloud Client로써 LoRa(Long Range)센서 등을 써서 간편히 아마존 서버 같은 Cloud 서버에 연결 함으로써 IIoT 클라우드 서비스를 즉시 제공 할 수 있는 IIoT 인프라인 것입니다.

이미 기존기술 분야가 되어버린 필드버스(Fieldbus) 통신망의 한계를 뛰어넘는 응용에서의 첫 번째의 이유이고, 두 번째로는 TCP/IP를 이용하는 순수한 이더넷 네트워크 분야를 계승하는 기관은 ODVA 뿐이라고 ODVA 대표 겸 실행전무인 Ms. Katherine Voss씨는 강조했습니다.

또 IHS Markit에서는 자동화 분야에서 산업용이더넷과 산업용사물인터넷으로의 변화 추세를 일깨워 주었습니다. “산업용 이더넷 화와 IIoT 화는 매년 빠르게 가속화 되는 추세이며, EtherNet/IP는 2015년에 출하된 세계의 모든 이더넷 노드의 약 25%를 ODVA의 기술을 채용하는 벤더들이 점유하고 있습니다. 그 이유는 EtherNet/IP에 대한 성장 트렌드는 강력한 IIoT 설치기반과 필드버스가 이더넷 네트워크 및 IIoT 생태계로 전환함에 따라 산업용 이더넷이 스마트 공장 및 IIoT 솔루션을 가능케 하는데 필요한 접속 재 들과 접속의 속도가 초고속화 되고 있다는 사실에 기반하여 지속적인 발전이 예상됩니다.”라고 IHS Markit의 분석가인 Alex West 씨는 설명했습니다.

EtherNet/IP 제품을 만들어 판매하는 회사들의 정보를 접하거나, ODVA의 EtherNet/IP제품들에 관해서 보다 상세한 정보에 대하여 관심이 있는 분은, www.marketplace.odva.org를 방문해 주시면 내용을 알 수 있습니다.

글_ ODVA TAG Korea 조익영 전무, www.odva.co.kr

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스마트자동차

[칼럼] 미래 자율 주행의 핵심, 안전을 구현하다

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The road to autonomous vehicles

Arm, 안전 구현에 앞장서며 자율주행 양산화 가속화
Arm Safety Ready: 차량용 SoC 개발하는 칩 파트너들에 기능안전에 대한 우위를 제공

Arm 자동차 부문 책임자인 필자와 우리 팀은 자동차 제조사들과 Arm의 자동차 생태계 (상위 15개 차량용 반도체 제조사들이 Arm IP를 사용 중)와 지속적인 대화를 통해 완전 자율주행으로 나아가는 과정에 대해 논의하고 있다. 자동차 성능, 전력, 보안 요구사항을 충족할 방안에 대한 내용도 물론 포함되지만, 화두는 단연 안전이다.

7nm에 최적화된 Cortex-A76AE는 기능안전에 대한 통합과 고성능, 선도적 효율성, 보안 IP 옵션을 갖춘 세계 최초의 자율주행급(Autonomous-class) 프로세서

우리와 이야기를 나눈 자동차 제조사들은 하나같이 안전을 최우선 사항으로 꼽았다. 주행의 모든 부분을 제어하는 자율 시스템과 관련된 명확한 기술 요소뿐만 아니라 자동차를 이용하는 승객이 자율주행 운전자를 신뢰할 수 있는지 확인하는 차원 모두에 해당한다. 소비자가 차량 내 자율주행 시스템의 안전성을 신뢰하지 않는다면, 자율주행 기술의 양산화는 더뎌질 수 밖에 없다.

아이러니하게도 인적 요소인 운전자 과실은 자율 주행으로 사라질 전망이다. 전체 사고의 94%가 운전자 과실이라는 점을 감안하면, 완전 자율주행으로 사고 및 사망자 수를 상당히 줄일 수 있을 것으로 보인다. 그렇기에 자율주행용 SoC와 시스템 개발 시 성능이나 전력 효율, 보안보다 안전에 방점을 둘 수 밖에 없다. 그러나 안타깝게도 레벨 5 자율주행으로 나아가는 길은 가장 기본적인 안전 기능조차 부족한, 전력 소모가 많고 값비싼 데이터 센터 CPU에 기반한 프로토타입 위주로 되어 있다.

Arm은 수 년간 안전에 최우선 순위를 두어 왔으며, 이는 ADAS 애플리케이션에 사용된 반도체의 65%가 Arm IP인 주된 이유이기도 하다. Arm의 자동차 생태계는 최신 ISO 인증을 갖춘, 업계에서 가장 광범위한 기능 안전 IP에 액세스 할 수 있다. Arm 파트너들이 안전 부문에서 한층 앞서나갈 수 있도록, 오늘 Arm은 Arm Safety Ready 프로그램을 발표한다. 이는 파트너 및 전체 자동차 공급망이 한층 안전한 제품을 보다 빨리 출시할 수 있도록 일정을 단축시켜주기 위해 안전에 대대적 투자를 집중 시킨 프로그램이다.

그러나 안전을 주도하는 Arm의 행보는 최신 인증과 표준을 통합하는 데서 그치지 않는다. 이에 오늘 우리는 통합 안전을 갖춘 최초의 자율주행급 프로세서인 Arm Cortex-A76AE도 함께 선보인다. 이는 차량용으로 특화 설계되었으며, 최초로 애플리케이션 프로세서에서 사용할 수 있는 획기적 안전 혁신인 스플릿-락 (Split-Lock) 기술이 포함되어 있다.

The road to autonomous vehicles

The road to autonomous vehicles (image. arm)

한 단계 향상된 자율성을 위한 ‘Safety Ready’ 프로그램

Safety Ready 프로그램은 ISO 26262와 IEC 61508 표준을 지원하는 시스템 수준의 개발 절차(Systematic flows)를 포함한 엄격한 기능 안전 프로세스를 거친 Arm의 기존 안전 제품과 신규·향후 제품을 포함한다. Safety Ready는 소프트웨어, 도구, 구성요소, 인증과 표준을 원스톱으로 제공해 Arm 파트너들이 기능 안전을 통합하는 과정을 간소화 하고 소요 비용을 줄여준다. 파트너와 차량 제조사들은 이 프로그램의 이점을 활용해 자체 SoC와 시스템에 자율주행 애플리케이션에 필요한 최고 수준의 기능 안전이 통합되어 있다는 확신을 가질 수 있다.

Cortex-A76AE: 통합 안전 갖춘 세계 최초 자율주행급 프로세서

Cortex-A76AE는 차량용으로 특화 설계되었으며, 7nm 공정 노드에 최적화된 획기적인 새로운 CPU이다. AE는 “Automotive Enhanced (차량 기능 향상)”의 약자이며, AE 지정 기호가 있는 Arm IP에는 차량 내 프로세싱 요구사항을 충족하는 특정 기능이 포함되어 있다.

자율주행에는 내재된 안전이 표준으로 갖춰져야 하며, 더불어 높은 수준의 프로세싱 능력이 필요하다. Cortex-A76AE는 자율주행 애플리케이션과 높은 통합 안전에 필요한 프로세싱 성능을 통합한 스플릿-락 기능을 갖춘 업계 최초의 고성능 애플리케이션 프로세서로, 기능 저하 없이 앞서 언급한 두 가지 요건을 충족한다. 스플릿-락은 업계에 선보이는 신기술은 아니지만, Arm은 최초로 자율 주행과 같은 고성능 차량용 애플리케이션에 특화 설계된 프로세서에 이를 도입했다. 스플릿-락 기능의 주요 이점은 다음과 같다.

  • 기존의 락스텝(lock-step) CPU 구현 시에는 여의치 않았던 유연성을 제공한다.
  • SoC의 CPU 클러스터는 두 모드로 구성 가능. 클러스터 내에서 두 개 (또는 네 개) 독립 CPU를 다양한 작업과 애플리케이션에 사용될 수 있는 고성능용 ‘스플릿 모드’가 그 중 하나이며,
  • 다른 하나는 CPU가 락스텝에 있는 락 모드(lock mode)로, 한층 향상된 안전 통합 애플리케이션을 위해 클러스터 내에서 한 쌍 (또는 두 쌍)의 잠금 CPU(Locked CPUs)를 생성한다.
  • 이러한 CPU 클러스터는 실리콘 생산 이후 두 가지 모드를 혼합하여 작동할 수 있도록 구성할 수 있다.

자동차 제조사는 Arm이 Cortex-A76AE을 통해 선보이는 선도적 전력 효율적인 컴퓨팅 기술을 활용해 오늘날의 프로토타입에서 필요로 하는 킬로와트 급 전력소비가 아닌 와트 급 전력을 필요로 하는 자율 주행 시스템을 자체 설계할 수 있다. 또한 저전력과 이에 따른 열 효율의 향상을 통해서 차량 배터리 전력을 더욱 에너지 효율적인 방식으로 사용할 수 있으며, 이는 컴퓨팅 기능들을 통합/패키징하는 것을 돕는 한편, 더욱 더 많은 종류와 숫자의 차량 들에서 총 주행 비용을 낮출 수 있게 한다.

Arm은 언제나처럼 전체 시스템을 고려하고 Cortex-A76AE를 보완하기 위해 포괄적인 자율주행급 SoC 설계를 위한 새로운 AE 시스템 IP를 선보인다. 새로운 CoreLink GIC-600AE, CoreLink MMU-600AE와 CoreLink CMN-600AE는 고성능 인터럽트 관리, 확장된 가상화, 메모리 관리, 다중 CPU 클러스터에 대한 연결성을 제공해 안전한 멀티코어(multicore) 시스템 내 성능을 확장한다. 이들 제품은 ASIL-B로부터 ASIL-D 안전 통합을 이루는 것을 목표로 하는 고성능 시스템을 구현하고, Cortex-A76AE에 설계된 기능 안전용 스플릿-락과 체계적 기능을 지원하도록 설계되었다.

오직 Arm 자동차 생태계만이 선보일 수 있는 역량 – 확장성

자율 시스템에 들어가는 소프트웨어의 복잡성과 양이 급격히 늘어나면서 개발 비용도 기하급수적으로 증가하고 있다. 레벨 5 차량에는 10억 개의 코드 줄이 들어가는데, 참고로 보잉 787 드림라이너에 들어가는 코드 줄이 1천 4백만 개이다. Arm과 강력한 자동차 개발자 생태계는 차량용 소프트웨어 스택의 모든 계층과 공통 아키텍처 상의 도구 비용을 간소화하고 절감해 나가고 있다.

Arm의 차량용 IP 로드맵

Cortex-A76AE는 업계 최고 기능 안전 지원 IP 포트폴리오를 제공하는 ‘차량 기능 향상’ 프로세서 로드맵의 첫 번째 제품이다. 새로운 로드맵에는 ‘Helios-AE’와 ‘Hercules-AE’가 포함되어 있으며, 이들 모두 7nm에 최적화 되어 있다. 제품 출시와 더불어 더욱 자세한 사항이 공개될 예정이다.

Arm은 1996년부터 차량용 애플리케이션 칩을 설계해 왔으며, 차량 전체의 컴퓨팅 요구사항을 해결할 수 있는 유일한 업체이다. 바로 그런 이유로 상위 15 개 차량용 칩 제조사들이 Arm 라이선스를 사용하고 있으며, 현재 ADAS 애플리케이션의 65% 이상, IVI 애플리케이션의 85% 가량이 Arm 기반 칩으로 실행된다. Arm과 생태계는 업계에 안전한 자율주행급 컴퓨팅 솔루션을 제공하며 안전의 중요성을 강조하며, 자동차 제조사들이 안전한 완전 자율주행차를 양산화 하는데 필요한 소비자 신뢰를 얻을 수 있도록 지원한다.

글_ 락시미 만디암 (Lakshmi Mandyam), Arm 임베디드&자동차 사업부 자동차 부문 부사장

 

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