[렛츠 토크 테크니컬] 시제품 제작에서 제품 생산까지를 위한 산업용 SBC

제조업에서 조업이 중단되면 평균 손실이 26만달러/시간에 이르는 것으로 나타나며, 이 같은 위험을 줄이기 위한 수단으로 단일 기판 컴퓨터(SBC)의 신뢰성에 대한 요구가 커지고 있다. 특히 손실 비용을 방지하려는 목적에서 산업용 SBC의 안정적 운용 필요성이 더욱 부각되고 있다.

산업 자동화와 엣지 컴퓨팅, AI 기반 애플리케이션의 확장이 지속되는 흐름 속에서 산업용 SBC의 중요성도 함께 커지고 있다. 산업용 SBC는 컴퓨터의 필수 요소를 단일 기판에 통합한 것이 특징이며, 처리 능력과 연결성을 콤팩트하게 구현한 형태를 갖춘다.

이 같은 산업용 SBC는 까다로운 산업 환경에 적합한 장치로 제시된다. 생산 현장의 요구가 높아지는 가운데 산업용 SBC는 산업 환경에 맞는 특성을 바탕으로 활용 범위를 넓혀가고 있다.

이 같은 배경 아래 최근 화상 토론이 진행됐으며, Raspberry Pi, Gateworks, NXP반도체, EDATEC 소속 전문가들이 참여했다. 이들은 최신 임베디드·엣지 컴퓨팅 시스템에서 산업용 SBC의 역할 중요성이 확대되고 있다는 주제를 다뤘다.

산업 자동화·엣지 컴퓨팅 성장에 따라 SBC 사용이 급증하고 있다. 산업용 SBC는 소프트 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)·머신 비전 등 다양한 애플리케이션용 유연·확장 가능 플랫폼의 역할을 맡고 있다.

이 같은 플랫폼의 활용 범위는 공장에 한정되지 않는다. SBC는 의료기기와 석유 및 가스전 제어 장치, 전력망 모니터링, 철도 시스템, 신뢰성 필수 기타 응용 분야 등으로 사용처를 넓히고 있다.

또한 SBC는 임베디드 시스템과 엣지 컴퓨팅 시스템 전반에서도 쓰이고 있다. 이처럼 산업용 SBC는 공장 내 산업 애플리케이션뿐 아니라 신뢰성이 중요한 분야 전반으로 적용 영역을 확대하고 있다.

적용 사례는 드론과 무인 항공기, 우주, 차량 대 사물(V2X) 솔루션 등으로도 이어지고 있다. 이에 따라 SBC의 적용 범위는 미래지향적 분야까지 확장되고 있다.

산업용 SBC의 강점으로는 기존 전자 장치가 작동하기 어려운 환경에서도 작동할 수 있다는 점이 제시된다. 이러한 특성이 다양한 산업 및 첨단 응용 분야에서 SBC 채택을 뒷받침하고 있다.

이 대상의 특징은 높은 내구성이다. 이 대상은 온도·습도·먼지가 전자 장치 성능을 위협하는 산업 현장에 적합하다. 이는 열악한 조건을 견디기 위한 목적 아래 신뢰성을 최우선으로 설계됐기 때문이다.

이 같은 설계의 기반으로는 부품 수 감소 시 고장 가능성 저하가 제시된다. 또한 SBC는 전력 변동 대응력이 우수한 특성을 지닌다. SBC는 연속 작동을 전제로 설계된다.

이와 함께 엣지 컴퓨팅이 성장하고 있다. 이에 따라 실시간 정보 처리 애플리케이션용 해당 속성의 수요가 증가하고 있다. 이는 더 빠른 의사결정과 효율성 향상으로 이어지는 효과와 맞물린다.

이처럼 SBC에는 장점이 존재한다. 다만 엔지니어들에게는 SBC의 프로토타입을 실제 배포 시스템으로 전환하는 과제가 남아 있다. 이는 실제 적용 단계에서의 핵심 과제로 제시된다.

특히 대규모 애플리케이션의 예시로는 엣지 AI가 거론된다. 대규모 애플리케이션에 SBC를 도입할 때는 메모리·발열·비용이 제약 요소로 작용한다. 따라서 이러한 제약은 실제 배포 과정에서 함께 고려해야 할 과제로 남는다.

시간에 민감한 작업 부하는 데이터 수집 지점 인접 컴퓨팅을 처리 조건으로 요구한다. 대표적인 대상 작업 예시로는 품질 보증용 머신 비전과 예측 유지 보수용 머신 비전이 제시된다. 이와 함께 AI 기반 분석은 원시 데이터 대신 실행 가능한 통찰력을 제공하는 역할을 맡는다.

이 같은 요구를 충족하는 수단으로는 컴퓨팅 성능·연결성·에너지 효율성의 균형을 갖춘 프로세서가 필요하다. 프로세서 예시 공급사로는 NXP가 거론된다.

이런 환경과 관련해 라즈베리 파이 수석 영업 담당자인 데이브 리(Dave Lee)는 엣지 워크로드의 고도화로 메모리의 중요성이 확대됐다고 밝혔다. 그는 현재 시장의 메모리·RAM 부족 수준이 전례가 없는 상황이라고 설명했으며, 그 원인으로 클라우드 제공업체의 높은 메모리 대역폭 사용을 지목했다.

또한 SBC는 데이터의 CPU→보조·주변 장치 이동이라는 특성을 지니며, 고강도 엣지 애플리케이션은 메모리 부담을 확대하는 영향을 미친다. 이에 따라 라즈베리 파이는 DRAM·저장 메모리를 대상으로 한 광범위한 다중 공급업체 전략으로 대응하고 있다.

메모리 수급 제약에 대응하는 방법으로는 '클램셸' 방식 1가지가 제시된다.

'클램셸' 방식은 기판에 DRAM 2개를 배치하는 내용이다.

라즈베리 파이는 4GB 메모리 수요에 대응하기 위해 이 방식을 적용해 기판에 2GB 메모리 2개를 장착할 수 있게 한다.

한편 산업 환경에서는 전력 공급 안정성이 중요 문제이며, 전력 공급이 중단되면 데이터 손상과 저장 장치 손상, 값비싼 가동 중단으로 이어질 수 있다.

이에 에디텍은 SBC의 전자기 간섭 내성과 정전기 방전 내성, 그리고 시스템이 광절연을 사용하는지 여부와 정전 용량 절연을 사용하는지 여부까지 정확하게 고려한 사양 이상 등급의 부품을 선택해 대응하며, 예시로 24V 입출력 단자에 80V 정격 부품을 사용해 요구 기준을 초과하고 더 나은 신뢰성을 보장한다.

게이트웍스는 전력 손실 방지 솔루션을 제공한다. 사례로는 슈퍼 커패시터 백업이 있다. 이 백업은 메모리 손상 없이 안전한 시스템 종료를 지원하고, 장기 비휘발성 저장 장치 손상 없이 안전한 시스템 종료도 지원한다.

게이트웍스는 환경적 지속가능성을 최우선 과제로 두고 견고한 전원 공급 장치 설계도 강조한다. 이 설계의 목표는 전원 공급 장치 미연결 상태를 견디고, 팬 등 열 관리 장치가 없는 극한 산업 환경을 견디는 데 있다.

이 전원 공급 장치는 광산의 무거운 트랙터·강한 진동, 위험 환경의 공장, 극한 온도 환경의 공장, 국방 분야, 우주에 적용되며, 모든 환경에서 원활한 작동이 가능하다.

이런 사례들은 산업용 컴퓨터 업계 전반의 요구를 제시한다. 그 요구는 처리 능력 중심 접근에서 이탈하고, 가장 열악한 환경에서도 일관된 작동 능력을 성공 기준으로 설정하는 내용이다.

SBC는 산업 시스템의 미래를 대표하는 요소로 거론된다. 엣지 컴퓨팅 구현에서 SBC의 역할이 커지면서 향후 몇 년간 해당 산업의 경쟁이 심화할 것이라는 전망도 제시된다.

이처럼 경쟁이 치열해지는 환경에서는 기술 생태계 전반의 협력 중요성이 더욱 커지는 것으로 제시된다. 엣지 컴퓨팅의 모든 요구 사항을 단일 공급업체가 충족하기는 어렵다는 점도 함께 언급된다.

이에 따라 성공 조건으로는 프로세서 제조업체와 기판 설계업체, 시스템 통합업체, 소프트웨어 개발자, 유통 파트너의 협력이 제시된다. 이러한 협력의 목적은 혁신을 가속화하는 데 있다.

이런 협업은 제품의 시장 출시 속도를 대폭 향상시키는 효과로 이어지는 것으로 설명된다. 이러한 흐름 속에서 기존 방식을 사용해 온 사용자들은 SBC로의 전환을 검토하기 시작한 것으로 나타난다.

SBC의 장점으로는 더 빠른 프로토타이핑과 확장, 더 큰 유연성, 다양한 가격대가 꼽힌다. 이 같은 특성이 기존 방식 사용자들의 전환 검토를 촉진하는 요인으로 제시된다.

아울러 검증된 하드웨어 솔루션을 활용하면 엔지니어의 개발 시간을 최대 6개월까지 단축할 수 있는 것으로 제시된다. 동시에 특정 애플리케이션에 맞춘 설정의 자유를 유지할 수 있다는 점도 함께 언급된다.

디지키는 고객에게 필요한 기술·공급업체·리소스를 연결하는 역할을 하며, 협력 생태계에서 핵심 역할을 맡고 있다.

디지키는 NXP 프로세서 평가용 접근성을 제공하고, 라즈베리 파이 기반 프로토타입 제작도 지원한다. 또 게이트웍스·에디텍 산업용 솔루션 배포에 필요한 접근성도 제공한다. 디지키는 프로젝트 진행에 필요한 구성 요소와 완제품 시스템 모두를 제공 범위에 두고, 엔지니어의 개발과 배포를 돕는다.

산업용 SBC는 자동화·엣지 컴퓨팅·AI의 미래에서 중요한 역할을 할 전망이다. 산업용 SBC는 신뢰성·성능·유연성 측면에서 이점을 지니며, 다양한 응용 분야에 널리 통합될 전망이다.

디지키는 SBC 제조업체의 전체 생태계를 통합하는 기능을 맡고 있다. 이를 통해 엔지니어가 현대 산업 시스템 설계의 복잡성에 대응하도록 지원하며, 시제품 제작에서 생산으로의 이행도 지원한다.

제공된 문구는 기사 본문 내용이 아니라 원문 위치를 안내하는 문장으로, 참조 대상은 DigiKey의 TechForum/Article이다.

출처: 테크월드뉴스 · 숀 루크 디지키 기술 마케팅 엔지니어
원문: https://www.epnc.co.kr/news/articleView.html?idxno=407772

참고자료

• https://www.epnc.co.kr/news/articleView.html?idxno=407772