[칼럼] 임베디드 시스템 제품을 얼마나 신뢰할 수 있을까?

복잡한 프로세서를 선택할 때, 보통 성능과 가격을 따져보곤 한다. 하지만 산업용 장비를 설계하는 엔지니어는 신뢰성을 위해 다른 제품 사양을 살펴보아야 하는데, 특히 오류를 줄이고 관리하는 데에 중점을 둬야 한다. 우주 항공, 군용, 산업용 공장 자동화와 같은 특정 애플리케이션의 경우, 엄격한 고장률(FIT) 요건(평균 고장 간격(MTBF)의 역수)을 초과하는 것은 절대로 허용될 수 없다.

오늘날의 복잡한 시스템을 설계하기 위해 엔지니어는 비용 및 성능을 충족시키는 임베디드 솔루션에 집중해야 할 뿐만 아니라 최종 장비의 전반적인 신뢰성 요구를 보장할 수 있는 디바이스를 사용해야 한다. 집적 회로는 임베디드 시스템의 성능, 크기 및 전반적인 가격에서 비약적인 발전을 가능하게 했지만, 다양한 메모리 소자에 대한 의존성과 소형 실리콘 프로세스 기술을 이용하는 것은 영구적이고 일시적인 오류 가능성으로 인한 신뢰성 문제를 야기한다.

시스템온칩(SoC) 솔루션에 다수의 메모리 소자를 통합하면서 애플리케이션의 크기, 무게, 전력, BOM(bill of material)이 개선됐지만, 가격은 훨씬 비싸졌다. 특히 메모리는 일시적인 오류에 민감하여, 오늘날 임베디드 시스템에 사용되는 SoC는 종종 상당한 결함 가능성을 내포하고 있다. PCIe와 USB 같이 흔히 사용되는 주변장치도 메모리 소자를 포함하고 있다. 수백 개의 컨트롤러가 있는 공장 자동화 플로어를 고려하면, 각각의 컨트롤러에는 여러 개의 프로세서 SoC가 포함되어 있고 생산 효율성 및 비용 측면에서 신뢰성이 얼마나 중요한지를 알 수 있다. 공장 라인의 가동이 중단되는 일은 생각도 하기 싫을 것이다.

TI는 집적 회로의 신뢰성을 측정하고 향상시키기 위해 노력해왔으며, 집적 회로가 높은 신뢰성을 달성하도록 설계하기 위한 공식적인 프로세스를 유지 및 활용하고 있다.

TI가 새롭게 출시한 DSP+ARM 프로세서 시스템온칩(SoC)은 TI가 신뢰성을 향상시키기 위해 노력하고 있는 것을 잘 보여주는 제품이다. 66AK2G02 프로세서는 산업용 모터 제어와 공장 통신, 가정 및 전문가용 오디오와 같은 실시간 프로세싱 애플리케이션용으로 설계되었고, 업계의 신뢰성 규정을 충족하기 위해 신뢰성 프로세스를 적용한 제품이다. 다음은 이 제품의 주요 특징이다:

* 600MHz C666x DSP 및 ARM® Cortex® A-15
* 2개의 PRU-ICSS 유닛
* 다수의 내부 메모리 및 통신 주변장치
* ECC 메모리
* 400년 이상의 MTBF 설계

오늘날 프로세서는 기능 및 성능적으로 내외부적 메모리에 크게 의존하기 때문에, 다양한 메모리 타입에 대한 일시적인 오류를 관리하는 것도 중요하다. ECC(error correcting code), 패리티 비트(parity bits), CRC(cyclic redundancy check)는 비트 오류를 검출 및/또는 교정하여 디바이스의 SER을 크게 줄일 수 있다. 66AK2Gx 프로세서에 사용되는 ECC 기법은 SECDED(single error correction and dual error detection)이다. SECDED를 사용하면 단일 비트 오류는 하드웨어로 검출 및 교정된다. 듀얼 비트 오류에서는 오류를 검출하고 디바이스 내 적절한 프로세서로 통보해서 듀얼 비트 오류에 조치를 취한다.

오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr