산업용 사물 인터넷(IIoT) 장치는 일반적으로 데이터 감지 및 릴레이를 위한 간단한 게이트웨이 역할을 하며, 클라우드 연결을 통해 무거운 리프팅이나 다량의 수치 데이터를 처리한다.

 

오늘날 공장에서 사용되는 머신 비전 센서는 대량의 데이터를 계속해서 고속으로 생산한다. 이렇게 생산되는 많은 데이터를 처리하려면 어떤 새로운 솔루션이 필요할까? 로컬 컴퓨팅으로 소스에서 데이터 감소 체계를 지원해 데이터 처리 및 인라인 검사 속도를 높이는 ‘엣지 컴퓨팅’이 새로운 패러다임으로 떠오르고 있다.

 

 

1. 가속화된 데이터를 처리하는 방법은?

 

 

품질을 보장하고 자동화를 추진하며, 사용자 지정을 실현하기 위한 오늘날 공장에서는 생산 현장에서 직접 데이터를 생성하고 처리해야 한다. 제조업체들은 이런 자동화 프로세스뿐만 아니라 재구성·수요에 따라 고품질 제품을 생산하는 적시 프로세스를 추진하기 위해 정보 통신용 네트워크 스마트 장치의 4차 산업혁명 개념을 받아들이고 있다. 스마트 센서는 디지털화와 컴퓨팅이 ‘엣지(가장자리)’에서 이뤄지는 공장 생태계의 필수 요소다.

 

엣지 장치는 데이터 부하를 줄이고, 전자상거래 시스템에 실시간 정보를 제공하는 수준의 유의미한 결과를 보고한다. 조직은 이런 방식으로 컴퓨팅 속도를 개선해 소스에 가까운 원시 데이터를 줄이면서 프로세스를 효율적으로 확장하고 배포할 수 있다.

 

 

가속 엣지 컴퓨팅은 ▲신속한 데이터 샘플링과 짧은 지연 시간이 중요한 경우 ▲대량의 데이터 또는 상당한 대역폭 제약 조건으로 모든 데이터를 항상 중앙에 전송하는 것이 비효율적이거나 불가능한 경우 ▲엔지니어가 사이버 위협으로부터 인터넷에 연결된 공장의 취약한 데이터를 보호해야 하는 경우 등에 응용 분야에 적합하다.

 

2. 속도를 높이는 방법

 

오늘날 엣지 컴퓨팅은 어떻게 구현되고 있으며, 업계는 이런 요구사항을 충족하기 위해 어떤 방식을 취하고 있을까? 답은 분명하다. 칩 제조업체는 이미 가속 시대로 접어들었으며, 이 솔루션에는 ▲FPGA(픽셀 기반 처리) ▲GPU(배열 처리) ▲CPU(범용 논리 처리) 등의 세 가지 기술이 모두 필요하다.

 

공장에서는 일반적으로 FPGA(산업용 카메라에 내장)를 중심으로 설계된 2D 머신 비전을 사용해 품질 관리 검사를 위해 원시 이미지 데이터를 로컬 PC에 전송한다. 스마트 2D 카메라는 간단한 검사 작업을 위해 CPU와 FPGA를 사용해 장치 내 원시 데이터를 처리한다. 카메라 해상도가 VGA에서 10-25Mp로 높아지면 주기 시간이 감소하면서 또 다른 수준의 가속이 필요해진다.

 

이때 GPU가 작동한다. NVIDA Jetson TX2와 같은 전용 GPU 가속 하드웨어 장치에서 워크로드의 의사 결정 논리 부분은 멀티 스레드 성능에 최적화된 ARM CPU에서 실행되지만 응용 프로그램의 계산 집약적인 부분은 수백 개의 GPU 코어에서 병렬로 실행된다. 이런 조합은 고성능 멀티 코어 기술로 구동되는 ‘엣지’에서 새로운 성능 패러다임이다.

 

 

FPGA, 멀티 코어 CPU, 현재의 대량 GPU 코어 이 세 가지 기술을 사용하는 기계 비전 시스템의 해상도와 속도는 까다로운 공장 주기 시간을 만족시킨다. 이런 추가 처리 기능은 기존 2D 비전에서 스마트 3D 비전으로의 전환 등 머신 비전 발전 촉진에 사용할 수 있으며, 품질 관리에 형상 측정이라는 중요한 차원을 추가한다.

 

3. 엣지에서 가속하는 비결, 3D 스마트 센서

 

3D 스마트 센서는 효과적인 가속에 필요한 세 가지 기술, 즉 내장형 FPGA 및 센서 자체에 장착된 CPU 기능, 전용 센서 가속기와 페어링 기능 등이 모두 포함되어 컴퓨팅 성능을 더욱 개선할 수 있다. 엣지에서 엄청난 계산 역량이 발휘되는 것이다. 가속을 통해 엔지니어는 더 작고 관리하기 쉬운 패킷 안에서 대량의 제조 데이터를 요약·처리·분석하고 적절한 조치를 할 수 있다.

 

 

4. 가속 스마트 센서의 DNA

 

스마트 센서 네트워크는 처리 엔지니어에게 각 제조셀에 대한 솔루션을 개발할 수 있는 다양한 전략을 제공하면서 확장성을 촉진하는 분산형 아키텍처에 구축된다. 애플리케이션은 공장 네트워크에서 작업 파일을 로드하고, 작업 파일은 조정 요소와 상호 작용이 최소한으로 필요한 엣지 장치를 실행하는 측정을 구성한다. 본사 데이터 센터 서버에 불필요하거나 원치 않는 업로드를 방지하기 때문에 데이터 처리 속도가 빨라지는 것이다.

 

 

5. 가속화 / 최적화 / 검사

 

3D 스마트 센서가 대상 객체를 디지털화하고 측정하면 원시 스캔 데이터를 다른 곳에서 처리하기 위해 더 작은 패킷의 고급 데이터가 공장으로 전달된다. 이 기능은 네트워크 대역폭에 대한 부담을 완화하고 지연을 최소화하며, 검사 속도를 가속한다.

 

오늘날의 공장에서는 연결된 장치나 플랫폼, 네트워크 자체를 통해 독점 정보가 쉽게 유출될 수 있다. 제조업체는 독점 데이터 노출 위험 우려가 커지고 있다. 스마트 센서는 ▲사용자 프로필 ▲암호화된 펌웨어 및 설정 ▲클라우드 스토리지를 통해 데이터를 교환하는 보안 프로토콜 등의 데이터 보안을 지원한다.

 

가속화를 통해 엣지 컴퓨팅은 네트워크 대역폭을 최적화하면서 조치 구현 시간을 개선하고 지연 시간을 밀리초로 단축한다. 공장 시스템과 결합하고 가속화된 스마트 센서 기술을 뒷받침하는 엣지 시스템은 산업 시스템 성능에 품질, 유연성, 생산성을 개선한다.

 

LMI테크놀로지스