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지능형 임베디드, 우리가 맡는다

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발표/체탄 호나(Chetan Khona), 산업, 비전, 헬스케어 및 과학 부문 디렉터, 자일링스(AMD)

정리/배인순, 프리랜서

AMD가 자일링스 인수합병을 위한 모든 과정을 마무리 지었다. AMD는 2020년 10월 27일 자일링스 인수 계획을 발표했으며, 이번 인수합병을 통해 광범위하고 강력한 컴퓨팅, 그래픽, 어댑티브 SoC 포트폴리오를 내세워 고성능 컴퓨팅 및 어댑티브 컴퓨팅 분야의 선두주자로 새롭게 도약하겠다는 목표다. 

AMD CEO 리사 수 박사는 “이번 자일링스 인수합병은 AMD가다양한 제품군과 차별화된 IP, 선도적인 기술력으로 HPC 및 어댑티브 업계 리더쉽을 넓히는 계기가 될 것”이라며 “AMD는 자일링스가 보유한 업계 최고 수준의 프로그래머블 반도체, 어댑티브 SoC, AI 엔진, 소프트웨어 엔터프라이즈 솔루션으로 극강의 HPC 및 어댑티브 컴퓨팅 포트폴리오를 제공하고, 약 1,350억 달러 규모에 달하는 클라우드, 엣지 컴퓨팅, 지능형 디바이스 시장에서 영향력을 확대해나갈 예정”이라고 밝혔다.

자일링스 전 빅터 팽 사장은 “내장형 인공지능 기술이 탑재된 커넥티드 디바이스와 데이터 집약적 애플리케이션이 빠르게 늘어나면서 보다 뛰어난 효율성과 호환성을 갖춘 고성능 컴퓨팅 솔루션에 대한 수요 또한 증가하고 있다”며 “AMD와 자일링스는 광범위한 지능형 애플리케이션을 아우르는 어댑티브 컴퓨팅 플랫폼 포트폴리오를 선보이고 새로운 컴퓨팅 시대에 발맞춰 역량을 더욱 빠르게 강화할 것”이라고 전했다.

이에 맞춰 자일링스(AMD)의 헬스케어 및 과학부문 디렉터인 체탄 호나(Chetan Khona)는 지능형 임베디드 비전과 산업에 대해 설명하고 자일링스의 솔루션을 발표했다. 본 고는 발표내용을 정리하였다.

고성능 및 적응형 컴퓨팅 분야의 리더 

미국시간 기준으로 2월 14일 월요일에 AMD의 자일링스 인수가 완료되었다. 이렇게 됨으로써 AMD는 고성능 및 적응형 컴퓨팅 분야의 진정한 리더로서 자리매김할 수 있게 되었다(그림 1 참조). 슬라이드에 나와 있듯이, 인수를 통해 AMD는 이제 고성능 및 적응형 컴퓨팅 분야의 전 기술에 걸쳐서 아주 높은 성능을 가질 수 있게 되었다. CPU, GPU, 자일링스를 통한 FPGA, 적응형 SoC, 그리고 차별화된 솔루션들을 제공할 수 있게 되었다. 자일링스는 AMD 조직 내에서 적응형, 그리고 임베디드를 담당하는 부문(AECG)으로 알려졌다.

[그림 1] 고성능 및 적응형 컴퓨팅 분야의 리더

두 회사는 기술 분야에서의 시너지 효과가 있을 뿐만 아니라, 많은 매출을 창출할 수 있는 기회들도 많다. 양사가 하나로 결합되면서 저희가 가능한 분야가 많아졌다. 이 중에서 특히 AECG 부문과 관련된 임베디드 분야에 대해서 오늘 발표의 포커스를 맞추겠다.

자일링스하면 사람들은 FPGA, SoC 등을 떠올리며, 저희가 사용될 수 있는 애플리케이션들로는 예를 들어, 지능형 도시, 지능형 공장 등이었다. 그래서 이런 것이 가능한 가장 대표적인 10개의 애플리케이션이 그림 2에 나와있다. (로보틱스, 드라이브 및 모터 제어, PLC/PAC/IPC 공장 컨트롤러, I/O 모듈 및 스마트 센서, 오퍼레이터 패널, 기차 및 철도, 보안, 스마트 시티 및 미래 소매업, 머신 비전, 스마트 그리드 및 재생 에너지, 3D 프린팅 및 적층 가공) 물론 이 그림에는 가장 대표적인 애플리케이션들이 나와있지만, 이외에도 좀 더 많은 분야에 적용될 수 있어서 제가 그런 부분에 대해서도 추가적으로 말씀드리겠다. 

[그림 2] 적응 가능한 지능형 공잠 및 도시

추가적으로 생각해볼 수 있는 애플리케이션으로는 지폐 계수기, ATM, (선거용) 전자 개표기, 그리고 풍력 터빈 등이 있다. 그림 3의 풍력 터빈을 보여드리는 이유는, 산업용 임베디드 분야에서 자일링스가 가진 이점을 가장 잘 보여주는 분야 중 하나이기 때문이다. 대부분의 기술 기업들은 고객들의 소프트웨어 업그레이드만 가능하지만, 자일링스는 글로벌하게 소프트웨어뿐만 아니라 하드웨어도 동시에 업그레이드 할 수 있는 이점을 고객에게 제공하는 기업이다. 그런데 풍력 터빈은 사실 정비를 위해서 기술자가 현장에 가서 직접 업그레이드하는 것이 쉽지 않은 업무이기 때문에 더욱 이 이점이 중요하다.

[그림 3] 지멘스 카메라

산업용 분야 고객들의 경우, 그들이 사용하는 공장의 자동화 분야에 적용되는 장비, 자산들은 긴 수명 주기를 가지고 있다. 그런데 만약에 새로 나온 보안 시스템이나 표준 등에 맞게 이들 장비의 소프트웨어 및 하드웨어를 동시에 업그레이드 가능하다면, 이러한 자산들을 보다 장기적으로 사용할 수 있게 된다. 그런데 제가 담당하는 이 산업, 비전, 헬스케어 및 과학 부문은 사실 훨씬 더 광범위하다. 

앞서 산업, 비전 쪽을 소개해드렸다. 그림 4에는 병원과 연구소에서 사용하는 헬스케어 장비를 말씀드리겠다. 이 그림에는 가장 대표적으로 사용되는 10대 분야가 나와있다. 상단은 헬스케어에 사용되는 의료 이미지 프로세싱 쪽이고, 아래는 좀 더 임상 관련된 부분이다. 특히 헬스케어에서 자일링스가 가진 강점이 가장 잘 드러난 분야는 수술 로봇, 초음파, 그리고 요즘 부상하는 3D 치과용 영상장비이다. 

[그림 4] 적용 가능한 지능형 병원 및 연구소

장기적인 팬데믹 상황에서도 자일링스가 자부심을 느끼는 부분 중 하나는, 헬스케어 분야에 저희 기술을 공급하는 데 상당히 우선순위를 두고 있다는 점이다. 좋은 예로 마인드레이(Mindray)라는 중국에 기반을 둔 글로벌 의료기기 기업의 환자용 모니터에 저희 부품이 더 필요한 상황이 발생했는데, 저희가 그 기업을 위해서 저희 기술을 전세계적으로 공급해줬다. 

자일링스가 가진 독특함은 FPGA를 발명한 점이다. 하지만 여전히 다른 기술을 적용하는 애플리케이션 분야들도 많은데, 이 분야에서도 저희가 가진 솔루션이 문제 해결에 있어서 좀 더 높은 성과를 달성하기 때문에 고객들을 설득할 수 있었다. 관련하여 그림 5에서는 일본의 올림푸스(Olympus)라는 기업 사례를 소개하다. 이 기업은 내시경에 CPU, GPU를 사용하고 있었다. 그런데 자사 기술과 비교했을 때, 자일링스의 훨씬 낮은 전력 소모, 짧은 지연 시간, 더 높은 성능 측면에서 (올림푸스의) 전통적인 방법보다는 더 강점이라고 느꼈기 때문에 올림푸스는 자일링스 기술로 전환하였다. 

[그림 5] 올림푸스 사례

산업, 비전, 헬스케어 및 과학 부문이 자일링스 내에서 2번째로 큰 비즈니스로 성장할 수 있었던 이유는 적응형 SoC의 발전이 있었기 때문이다. 역사적으로 의료분야 및 스마트 공장에서 FPGA는 GPU, DSP 메모리 등과 함께 사용되는 것이었다. 전통적으로 저희가 가진 인터페이스는 커스텀 IO, 산업용 통신이었다. 이제는 징크 울트라스케일+, 징크를 선보이면서 많은 시스템들을 하나로 전개하게 되었다. 

AMD 프로세서, FPGA, 그리고 주변장치(Peripheral)들을 통합함으로써 많은 성공을 할 수 있었다. 물론 저희가 FPGA를 고안했지만, 새로운 비즈니스 설계를 시작할 때 2/3 정도는 바로 징크 울트라스케일+, 징크 같은 SoC를 사용하고 있다.

고객들이 계속해서 자일링스의 임베디드 디바이스를 선택하는 이유는 바로 플랫폼 개념 덕분이다. 자일링스 SoC를 선택함으로써 고객사만의 설계와 개발을 여러 제품 라인에 재사용할 수 있다는 장점이 있기 때문이다. 

지금까지 자일링스의 고객 사례 및 애플리케이션에 대해 소개 드렸다. 이제부터는 시장 동향, 로드맵 상 어느 분야에 집중해 나갈 것인 지 말씀드리겠다(그림 6 참조). 일반적으로 산업용 분야에서 5개의 트렌드가 자일링스 솔루션과 잘 부합하며, 나머지 1개는 점점 발전하는 동향 중 하나이다. 첫째로 스마트 공장, 헬스케어 분야에서 IoT가 가장 먼저 트렌드를 이끌었다. 두번째 트렌드는 비전, 보건, 그리고 안전을 위한 스마트 도시이다. 예를 들어 사회적 거리두기가 제대로 지켜져 있는 지를 확인한다든가, 자동차 통행료(Tolling) 시스템에서도 비전 시스템이 사용된다. 또다른 큰 요소는 바로 지능형 엣지(Edge)의 증가이다. 프로세싱을 전부 클라우드 상에서만 하는 것이 아니라 디바이스 단에서의 비중도 점점 늘어나고 있다. 그래서 카메라, 공장의 예측유지보수를 위한 머신러닝, 심지어 의료진단에서도 엣지 단의 프로세스 활동이 이뤄지고 있다. 

[그림 6] ISM 시장 동향

또 그림 우측 하단을 보시면, 저희는 AWS, MS같은 기업들과 파트너십을 구축하고 있다. 물론 이들은 클라우드 분야 기업이지만, 이들도 모든 문제들을 클라우드 단에서 해결하기는 불가능하다는 것을 인지하기 때문에, 이제는 클라우드용으로 나온 애플리케이션들을 모바일(엣지)쪽에서도 사용할 수 있게 전환하며, 저희가 그런 부분에서 도움을 줄 수 있다.

그림의 좌측 하단을 보시면, IT-OT 융합이 있다. 기존의 정보통신으로 생각되는 IT와 OT로 대표되는 전통적인 공장장비 간의 경계가 흐려지면서 이들이 하나가 됨을 의미하다. 

이 5가지 트렌드와 연결해서, 마지막으로 고객들이 중요하게 생각하는 것은 바로 솔루션 스택을 갖춘 ‘확장 가능한 플랫폼’이다. 확장 가능하다는 것은 한번 개발한 것을 여러 제품들에 동일하게 적용할 수 있다는 것이다. 만약 각각 개별적으로 개발한다면, 제품을 양산해서 판매하는 데 이르는 시간이 정말 오래 걸릴 것이다. 

방금 전에 ISM 부문이 자일링스 내에서 2번째로 큰 비즈니스라고 말씀드렸다만, 처음부터 그랬던 것은 아니다(그림 7). 원래는 더 작은 사이즈였는데, 징크 및 징크 울트라스케일+ 덕분에 빠른 성장이 가능했다. 덕분에 회사 내부에서 ‘산업용으로 더 많은 것들을 개발해야 된다’라고 주장할 수 있었다. 그 결과, 크리아(Kria) 적응형 시스템 모듈(SOM: System on Module) 등이 나올 수 있게 되었다. 이 부분은 곧 설명 드리겠다.

[그림 7] 혁신의 실적

그림 8에는 비용에 최적화된 새로운 울트라스케일+(UltraScale+) FPGA 및 SoC 포트폴리오가 나와 있다. 저희 ISM 분야에서는 확장을 위해 비용 최적화를 요구하는 곳이 많다. 사실 산업용 헬스케어에서는 비용이 민감한 분야이기 때문에, 저희가 가진 제품들의 로우엔드(Low-End) 포트폴리오를 구축하는 것도 중요했다. 

[그림 8] 새로운 FPGA 및 SoC 포트폴리오

그래서 2021년에 크리아 SOM과 함께 저희는 산업용 시장을 위해서 좀 더 비용 최적화 되어있는 새로운 아틱스 울트라스케일+(Artix® UltraScale+™)을 선보이게 되었다. 또한 징크도 확장해 나갔다. 아울러, 새로운 패키징 기술을 선 보이게 되었다. 자일링스는 업계 최고의 컴퓨팅 밀도를 위해 InFO 패키지 기반의 초소형 폼팩터 기반 고성능 컴퓨팅을 제공하고 있다. 

사실 공장 IoT, 헬스케어 IoT 애플리케이션에는 컴퓨팅 밀도가 굉장히 중요하다. 헬스케어의 경우, 웨어러블(착용형) 기기가 있기 때문에 만약 협소한 공간에서 좀 더 많은 컴퓨팅을 가능하게 한다면 새로운 애플리케이션에 적용될 수 있고, 그만큼 새로운 기회가 열리게 된다. 

그림 9는 패키징 기술에 새로운 시스템인 InFO (Integrated Fan-Out)를 적용하고 있는 사례이다. 이것은 캐나다의 루시드(Lucid) 기업의 트리톤 엣지(Triton Edge)라는 카메라이다. 이 카메라를 제 손위에 올려 놓는다면 4대나 올려 놓을 수 있다. 정말 작은 공간 안에 상당히 많은 컴퓨팅을 제공하는 것이다. 

[그림 9] 징크 울트라스케일+

현재 이 InFO 기술을 사용하는 기업은 TSMC, 자일링스, 그리고 애플(Apple)이 있다. 성장을 이끄는 큰 동인 중 하나는 바로 전통적인 고객들 외, 새로운 고객들로의 확장이다. 임베디드 관련 개발자들이 많다. 이들은 졸업할 때 전통적인 FPGA 경험은 별로 없지만, OpenCL, 파이썬(Python), C, 그리고 C++ 같은 언어에는 익숙한 개발자들이다. 이러한 개발자들에게 좀 더 접근 가능한 기술이 되기 위해 노력하고 있으며, 이를 통해 성장을 이끌어 내고 있다.

그림 10에는 임베디드 설계를 간소화하기 위한 여정을 진행하고 있다. 산업 및 헬스케어 고객은 IoT 일정을 맞추기 위해 확장 가능한 플랫폼과 확장 가능한 솔루션을 채택하고 있다. 자일링스는 확장성이 뛰어난 SoC인 징크 울트라스케일+를 제공하는 것 이외에도, 좌측 그림처럼 ‘산업용 및 헬스케어 IoT 솔루션 스택’을 함께 제공하고 있다. 이를 통해 저희는 단순히 칩 뿐만 아니라, 칩과 솔루션을 함께 결합하여 제공하다. 

산업용 스마트 공장, 스마트 시티, 헬스케어 IoT 고객들에게 적절한 솔루션을 제공해주기 위해서는, 이제는 더 이상 칩(반도체)만을 제공하는 기업이 되어서는 안 된다. 그들이 필요로 하는 여러가지 보안, 연결(Connectivity), 비전, 엣지 AI 등의 분야에도 솔루션을 제공해야 하다. 고객들은 자신들이 원하는 애플리케이션에 집중할 수 있게 된다. 그러나 저희가 제공해 드리는 모든 기능들을 채택할 필요는 없다. 이미 인하우스(In-House)로 자체 개발하신 것이 있다면, 저희가 제공하는 것들만 따로 취사 선택하실 수 있다. 

저희는 고객들의 제품 양산에 들어가는 기간을 단축시키는 것이 목적이다. 산업용 및 헬스케어 IoT 분야에서는 이런 것들이 매우 복잡하기 때문에, 만약 아무런 사전 제작(Pre-built) 없이 전부 처음부터 개발하고자 한다면 엄청난 시간이 걸릴 것이다. 그래서 저희는 시간 단축을 제공해드리는 것이며 이를 통해 지난 몇 년간 성공을 거뒀지만, 저희는 한 발 더 나아가고자 하다.

그림 10에서 보면 다음 단계로 구축할 수 있는 방법들을 추가로 제공했다. 2018년에 나온 알베오 가속기 카드, 그리고 2021년에는 시스템 모듈(SOM: System on Module)을 선보임으로써 자일링스 기술을 활용할 수 있는 3가지 방법을 제공했다.

[그림 10] 임베디드 설계를 간소화하기 위한 여정

그림 11은 3번째 단계로, 저희는 필요 구성요소들만 제공하는 것이 아니라 애플리케이션까지 개발되어 있다. 예를 들어, 크리아 SOM만 제공하는 것이 아니라 여기에 덧붙여 크리아 애플리케이션 스토어(XILINX App Store)도 있다. 마치 휴대폰 앱을다운로드 하는 것처럼, 기능들을다운로드 함으로써 자일링스의 기술을 1시간 내에 구축할 수 있게 된다. 

[그림 11] 임베디드 설계를 간소화하기 위한 여정

추상적으로 들리실 것 같아서, 그림 12를 예로 들어 설명 하겠다. 먼저 개발 단계에서는 크리아 SOM과 관련된 ‘비전 AI 스타터 킷’이 제공된다. 다음으로 양산 단계에서는 ‘생산용 SOM 모듈’이 있다. 이는 스마트 시티, 헬스케어 분야에서 적용된다.

그림 12의 우측을 보시면 현재 저희 애플리케이션 스토어에서 제공되는 앱들이 표시되어 있다. 크리아 SOM의 초기 주력 분야는 스마트 도시를 위한 비전 AI였다만, 이제는 로보틱스와 공장 앱으로 확장하고 있다. 그러나 아직은 초기 단계이며 2021년 9월에 크리아 로보틱스에 관련된 발표를 한 바 있다.

[그림 12] 혁신적인 엣지 비전 AI 추론을 위한 크리아(Kria) SOM

현장에서는 옵티마이즈드 솔루션즈의 접근 방법이 인기를 끌고 있다. 2021년 4월에 크리아 SOM이 발표된 이후로, 이미 많은 고객사들이 크리아 SOM을 자사의 생산 분야에 활용하고 있다. 슬라이드에 보이듯이, 옵티마이즈드 솔루션즈(Optimized Solutions Limited)라는 인도 기업이 고성능으로 구성 가능한 AI를 지원하는 크리아 SOM을 이용하여다중 센서 기반 고속 이미징 시스템을 달성할 수 있었다.

마지막으로 그림 13에는 저희가 헬스케어, 산업용 애플리케이션 분야에서 어떤 것을 제공할 수 있는 지 요약되어 있다. 먼저 산업 분야에서 전통적인 자일링스의 강점으로 ‘산업 수명주기 및 고품질, 신뢰성, 보안, 온도, 전력 및 폼팩터’ 및 ‘산업용 실시간 및 결정론적 제어와 인터페이스’가 제공된다.

하지만, 고객사들은 최근에는 이런 애플리케이션에 AI 추론을 구현하고 싶어하다. 전통적인 기능 이외에 AI까지 더하고자 하는데, 문제는 고객사들이 전력, 크기, 비용 측면에서 추가적인 예산이 부족하다는 점이다.

[그림 13] 산업, 비전, 헬스케어 분야에서 AI 역할의 증가

자일링스가 전달하려고 하는 핵심 메시지는, 물론 시장에는 여러가지 솔루션이 존재한다. 그리고 이 솔루션들은 도표에 나온 원들 중 하나 또는 두개에 대해 답을 제공할 수 있다. 그러나 자일링스만이 가진 특별함은 바로 적응형 컴퓨팅, 적응형 SoC, FPGA 등을 통해서 이 3가지 원을 단일 칩으로써 동시에 만족시킬 수 있다는 점이다. 또한 임베디드 고객들이 필요로 하는 요구사항인 저전력, 저비용, 그리고 작은 폼팩터 요소까지 동시에 만족시킬 수 있는 것은 자일링스 뿐이다. 

leekh@seminet.co.kr
(끝)
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