LMI Technologies / 가속화된 3D 스마트 센서 기술로 구동되는 엣지 컴퓨팅
‘엣지 컴퓨팅(Edge computing)’ 패러다임 해제
산업용 IoT 장치(IIoT, Industrial Internet of Things)는 대개 데이터를 감지하고 중계하는 단순한 게이트웨이 노릇을 하며, 클라우드 연결을 통해 과도한 작업 혹은 번호 찾기를 수행한다. 오늘날 공장의 머신비전 센서는 많은 양의 데이터를 빠른 속도로 꾸준히 만든다.
이런 엄청난 양의 데이터를 처리하기 위한 해결책은 엣지 컴퓨팅이다. 이는 로컬 컴퓨팅을 써서 소스에서 데이터 축소 체계를 세울 수 있는 새로운 패러다임이며 결과적으로 데이터 처리와 인라인 검사 속도를 더하게 한다.
가속화된 데이터 처리에 대한 요구 (엣지 컴퓨팅)
오늘날의 공장에서는 생산 현장에서 직접 데이터를 생성하고 처리해 품질을 보장하며, 자동화를 주도하고 맞춤화를 가능하게 해야 한다. 결국 제조사는 자동화된 공정을 구동하는 정보를 전달하는, 네트워크화된 스마트 장치의 Industry 4.0 개념을 수용한다.
또, 필요할 때 높은 품질의 제품을 생산하는 재구성 혹은 JIT(just-in-time) 공정을 받아들인다. 스마트 센서는 디지털화와 컴퓨팅이 ‘엣지’에서 이뤄지는 공장 생태계에서 꼭 필요한 부분이다.
엣지 장치는 데이터 로드를 줄이고 전자 상거래 시스템에 실시간 정보를 제공하는 뜻있고 높은 수준의 결과를 보여준다. 조직은 컴퓨팅 속도 향상을 활용해 원본 데이터를 소스에 더 가깝게 줄임으로써 공정을 효율적으로 확장하고 공유할 수 있다.
가속 엣지 컴퓨팅은 다음과 같은 애플리케이션에서 효과가 뛰어난 해결책이다.
1. 신속한 데이터 샘플링과 낮은 대기 시간이 중요하다(예 : 제조 부품에 대한 고속, 폐 루프 인라인 검사).
2. 대용량 데이터 또는 중요한 대역폭 제약(병목 현상을 유발) 때문에 모든 데이터를 항상 중앙 위치로 전송하는 것이 비효율적이거나 불가능하다.
3. 엔지니어는 인터넷에 연결된 공장에서 사이버 위협한테서 취약한 데이터를 보호해야 한다.
산업계에서 더 빠른 속도를 달성하는 방법
‘오늘날 엣지 컴퓨팅은 어떻게 이루어지고 있을까?’ 그리고 ‘이러한 요구를 해결하기 위해 업계는 어떤 접근 방식을 취하고 있는가?’에 대한 답은 분명하다. 칩 제조업체는 이미 ‘가속화’ 시대로 접어들었고 해결책에 세 가지 기술의 하이브리드가 필요하다는 것을 알고 있다.
- FPGA (pixel-based processing, 픽셀 기반 처리)
- GPU (array processing, 배열 처리)
- CPU (general purpose logic processing, 범용 논리 처리)
핵심 성분 : GPU Power
공장에서는 보통 2D 머신비전(산업용 카메라에 내장된 FPGA를 바탕으로 설계된)을 써서 품질 제어 검사를 위해 원시 이미지 데이터를 로컬 PC에 전달한다.
스마트 2D 카메라는 CPU와 FPGA를 사용해 간단한 검사 작업을 위해 장치에 있는 원시 데이터를 처리한다. 카메라 해상도가 VGA에서 10-25 Mp로 증가함에 따라 사이클 시간이 급격힌 느려지고 또 다른 수준의 가속이 필요하다. 거기서 GPU가 들어온다.
NVIDIA Jetson TX2와 같은 전용 GPU 가속 하드웨어 장치에서 작업 부하의 의사 결정 논리 부분은, 멀티 스레드 성능(multi-threaded performance)에 최적화된 ARM CPU에서 실행된다. 반면 애플리케이션의 계산 집약 부분은 수백 개의 GPU 코어에서 병행으로 실행된다. 이 조합은 고성능 멀티 코어 기술에 의해 주도되는 ‘엣지’의 새로운 성능 패러다임이다.
이 세 가지 기술(FPGA, 멀티 코어 CPU, 대규모 GPU 코어)을 통해 머신비전 시스템의 해상도와 속도가 까다로운 공장 사이클 시간을 충족할 수 있다. 이 추가 처리 기능은 기존의 2D 비전에서 스마트 3D 비전으로 이동하는 것을 포함해서, 형상 측정의 중요 차원을 품질 관리로 추가하는 머신비전의 발전을 끌어내기 위해 이용할 수 있다.
3D 스마트 센서 : ‘엣지’의 가속화에 대한 노하우
3D 스마트 센서는 센서 자체에 내장된 FPGA와 CPU 전원을 포함해 효과적인 가속화에 필요한 세 가지 기술 모두를 갖췄으며, 전용 센서 가속기(GPU + CPU 처리 능력을 갖춘)와 페어링해서 계산 성능을 더욱 높일 수 있다.
가속화 스마트 센서의 DNA
분산 혹은 확장할 수 있는 네트워크 아키텍처
스마트 센서 네트워크는 공정 엔지니어에게 각 제조 셀에 대한 해결책을 개발하기 위한 다양한 전략을 제공한다. 이로써 확장성을 촉진하는 분산 아키텍처에 구축된다. 애플리케이션은 공장 네트워크에 작업 파일을 로드하여 구현된다.
이러한 작업 파일은 엣지 장치를 실행하는 측정을 구성하며 좌표 조정 요소에 대한 최소 상호 작용이 필요하다. 그 결과 본사의 데이터 센터의 서버에 불필요하거나 원치 않는 업로드를 방지함으로써 데이터 처리를 가속화할 수 있다.
온 보드 데이터 처리 기능
스마트 센서는 데이터를 수집할 뿐만 아니라 데이터를 중앙 위치로 다시 전송할 필요 없이 가장자리에서 직접 데이터를 처리하고 제어 결정을 공장 장비에 전달한다. 결국 센서는 컴퓨팅과 스토리지를 온 보드에서도 수행할 수 있으므로 선택된 애플리케이션을 매우 빠른 속도로 로컬에서 실행할 수 있다.
가속화하고 최적화한 검사
네트워크 사용
3D 스마트 센서가 대상 객체를 디지털화하고 측정하면 다른 곳에서 처리하기 위해 원시 데이터를 연속적으로 전송하는 대신, 적은 분량의 고급 데이터 패킷이 공장에 전달된다. 이 기능은 네트워크 대역폭에 대한 압박을 완화하고 대기 시간을 최소화하며 검사 속도를 가속화한다.
데이터 보안
오늘날의 공장에서 독점 정보는 연결된 장치, 플랫폼 또는 네트워크 자체를 통해 쉽게 유출될 수 있다. 결과적으로 제조업체들은 점점 더 독점 데이터에 노출될 위험에 대해 걱정하고 있다. 이에 스마트 센서는 사용자 프로필(예 : 기술자 대 관리자), 암호화된 펌웨어와 설정, 클라우드 스토리지를 통해 데이터 교환을 위한 보안 프로토콜과 같은 데이터 보안을 지원한다.
결론
가속을 통한 엣지 컴퓨팅은 네트워크 대역폭을 최적화하면서 작업 시간 단축과 지연 시간을 밀리초로 줄인다. 공장 시스템과 결합되고 가속화된 스마트 센서 기술로 구동되는 엣지 시스템은, 산업 시스템 성능에 큰 영향을 미치고 궁극적으로 제조업체의 품질, 유연성, 생산성을 높인다.
자료 제공 : LMI Technologies(www.lmi3d.com)
