먼저 역사를 되돌아보자. 모두 다 무어의 법칙에서 시작한다. 1965년 Electronics Magazine 4월호에서 인텔사의 공동 설립자인 Gordon E. Moore는 전자 칩의 성능이 2배가 될 것이라 주장했다. 그는 “부품 비용이 최소가 되는 복잡한 논리는 매년 대략 2배의 비율로 증가해 왔고, 단기적으로 이 비율이 증가하지는 않을 지라도, 이 현상은 계속될 것으로 예상된다”고 했다. 당시 무어의 법칙이 결국 실현될 것이라고 믿는 전문가들이 있었으며(물론 지금도 있다), 전자 부품의 비용과 성능은 계속 그의 법칙을 따르고 있다. 비용은 반으로 하락했고, 성능은 2년마다 2배로 증가하고 있으며, 이것이 거의 43년간 계속 진행 중이다. 변화에 둔화가 있을 조짐이 보일 때마다, 비용은 낮고 더욱더 성능 좋은 전자 부품을 만들기 위한 새로운 프로세스가 개발되고 있다.
무어의 법칙 따른 제조 변화
그렇다면 이것이 의미했던 바는 무엇일까? 실로 모든 사회에서의 제조는 무어의 법칙을 따르며 빠르게 변화돼 왔다. 1965년, 제조는 서류지시 등으로 이뤄졌고, 기계 가공은 손으로 했으며, 설계는 제도 이외에는 하루 종일 아무것도 할 것 없는 제도사가 연필이나 먹을 이용해 제도했다. 엔지니어들은 자를 사용했으며, 기계들은 전기기계용 릴레이와 기계식 타이머 그리고 오퍼레이터들에 의해서 제어됐다. 새로운 생산이 필요하면 라인 가동을 중단시킨 후 재설계를 했으며, 와이어도 재배치, 재가동돼 보통 한 달분의 생산차질이 생기기도 했다.
1969년 당시 인류가 달에 착륙할 때 사용한 컴퓨터는 2009년의 일반적인 저렴한 휴대폰이 지원하는 프로세스의 용량에도 미치지 못했었다.
1968년, Bedford Associates의 Dick Morley는 PLC(Programmable Logic Controller)라 명명한 컴퓨터 기반의 플랫폼을 설계했다. 1세대 PLC는 최대 4킬로바이트의 메모리를 지원했으며, 이는 당시 산업 생산의 혁명을 일으켰다.
1976년, Xerox의 Robert Metcalfe와 그의 조수인 David Boggs는 ‘Ethernet : Distributed Packet-Switching for Local Computer Networks’라는 책을 출간했는데, 흥미롭게도 특허는 소프트웨어에 있었던 것이 아니라 무어의 법칙 때문에 실용적으로 됐던 허브, 라우터 등을 생산하는 칩에 있었다.
1981년 무어의 법칙은 IBM 첫 개인용 컴퓨터인 PC의 출시를 가능하게 했으며, 당시 PC에는 16킬로바이트의 램 메모리를 가진 인텔 4.88MHz 8088칩이 장착됐다. 초기의 각 PC는 2009년인 지금까지도 여전히 우주 왕복선을 구동하고 있는 3중 모듈러 리던던트 컴퓨터보다 더 성능이 좋은 것들이었다.
1983년까지 무어의 법칙은 Yamatake와 하니웰의 합작회사가 처음으로 ‘스마트 트랜스미터’를 생산하게 된 지점까지 진보했다. 스마트 트랜스미터는 필드 디바이스이며, 필드 장비 내 하나의 컴퓨터인 온보드 마이크로프로세서 송신기가 있는 압력 트랜스미터로, 디지털방식의 통신을 할 수 있고 컴퓨터와 같이 프로그램 될 수 있었다. 그 외 다른 회사들도 여지없이 그 선례를 따랐다.
1996년, Fisher-Rosemount(현재 에머슨 프로세스 매니지먼트)는 표준의 이더넷 네트워크로 구동되면서, 독점의 필드 컨트롤러와 통합됨과 동시에 독점 소프트웨어가 탑재된, 델이 제조한 COTS(Commercial -Off-The-Shelf) PC를 결합함으로써 분산컨트롤 시스템(Distributed Control System)의 정의를 변경했으며, 이를 Delta V라고 명명했다.
2002년, ARC Advisory Group의 분석가인 Craig Resnick은 윈도 버전이나 독점 RTOS(Real Time Operating System)를 구동하는 임베디드 PC를 위한 ‘Program mable Automation Controller(PAC)’라는 명칭을 만들어 냈다.
그 후부터 지금까지, 낮은 비용과 처리 능력 향상, 빠른 속도를 무기로 무어의 법칙은 중단의 징후 없이 계속되고 있으며, 이것은 PAC와 같은 임베디드 컴퓨팅 플랫폼의 향상을 이끌어 오고 있다.
임베디드 컴퓨팅 플랫폼은 물론 PAC에 국한되는 것이 아니라 수많은 다른 임무를 위해 보편적으로 사용되고 있다. 임베디드 컴퓨팅 플랫폼은 이더넷 스위치와 라우터 내에서 사용되며, 분석 장비에서도 사용된다. 또 머신 컨트롤과 비전 컨트롤 시스템에서 사용되며, 게임기, 환경 제어, 빌딩 자동화 및 기타 애플리케이션에서뿐만 아니라, 세탁기, 스토브 및 가전 산업분야의 기타 전자제품들에서도 사용된다. 아마도 임베디드 컴퓨팅 플랫폼을 사용하지 않는 산업을 찾아내는 것이 더 어려울 것이다.
차세대 임베디드 컴퓨팅 플랫폼
무어의 법칙이 현재 임베디드 컴퓨팅에 주는 영향은 무엇인가? 한마디로 속도와 컴퓨터 성능이 기하급수적으로 높아졌을 뿐만 아니라, 반면 비용은 급격히 낮아졌다.
1981년의 8088 CPU를 채택한 IBM PC는 150와트 이상의 전력을, 2000년대 초반의 펜티엄급 PC는 300와트 이상의 전력이 사용됐다. 이러한 컴퓨터들은 소비 전력의 상당부분이 냉각팬을 작동시키는데 쓰였을 만큼 엄청난 열을 발생시켰으며, 냉각팬을 사용해 열을 분출했다. 하지만 먼지나 이물질을 내부로 끌어당기는 냉각팬은, 산업현장에서는 PC에 장착해 사용하면 큰 문제를 야기하게 된다. 이에 내부에 냉각을 위한 별도의 장치가 없어도 작동 가능한 임베디드 컴퓨터를 제작하고자했다.
차세대 임베디드 컴퓨팅 플랫폼은 이동 부품(Moving Parts)이 없고, 팬도 없으며, 모두 저전력 부품으로 구성돼 있다. 저전력 컴퓨팅은 에너지도 절약되며, 냉각용 팬이 필요한 컴퓨터보다 임베디드 컴퓨팅 플랫폼을 더욱 친환경적으로 만들어 준다.
초기 컴퓨터의 남는 전력 대부분은 하드 디스크 드라이브를 구동하기 위해 쓰였다. 플래시 메모리의 최근 진보로 인해, 하드 드라이브의 대체품으로 플래시 메모리를 사용하는 것이 가능한 정도가 됐다. 이는 32기가바이트가 일반적이며, 무어의 법칙에 의한다면 2010년까지 사용자는 크기와 가격 면에서 임베디드 컴퓨팅 애플리케이션에서 사용하기에 충분히 경제적인 64기가바이트의 플래시 드라이브를 쉽게 볼 수 있어야 한다.
초기의 PC가 싱글코어로 8088 프로세서를 사용했고, 차세대 임베디드 컴퓨팅 플랫폼은 L2 캐시가 딸린 고성능 멀티코어 프로세서를 사용하고 있으며, 초기의 시스템들보다 더 높은 전력 효율성과 성능을 구현하고 있다. 무어의 법칙이 다시 한 번 맞아 떨어진 것이다. 초기 PC보다 수천 배 성능이 높아진 어드밴텍의 UNO-2182 및 3182 임베디드 PC에 내장된 코어2듀오 CPU의 예에서 이를 엿볼 수 있다.
차세대 임베디드 컴퓨팅 플랫폼이 내부 이동 부품이 없고 저전력이면서 저발열 시스템으로 설계됐다는 사실은, 이러한 플랫폼이 광범위한 운용 온도 - 예를 들어, 회전하는 하드 디스크 드라이브가 견딜 수 있는 것 보다 더 폭넓은 - 로 설계됐음을 의미한다.
차세대 플랫폼은 냉각팬이나 대형 히트싱크나 하드 디스크 드라이브를 위한 공간을 따로 분배해 둘 필요가 없기 때문에, 상당히 콤팩트하며 전체 시스템이 상당히 경량이다. 따라서 팬과 회전 하드 디스크가 달린 전통적인 PC를 사용할 수 없었던 변전소, 열차, 해상용 애플리케이션 및 다양한 산업 애플리케이션 내의 중대한 시스템에서도 팬리스 타입의 컴퓨팅 플랫폼을 쉽게 사용할 수 있다.
또한 PC와 같이, 차세대 임베디드 컴퓨팅 플랫폼은 윈도나 리눅스 또는 독점의 임베디드 OS(사용자 선택)와 같은 다양한 OS를 완전하게 구동할 수 있다. 차세대 임베디드 컴퓨팅 플랫폼은 윈도 XP나 리눅스가 완전하게 실행될 수 있는 충분한 성능을 갖췄으며, 임베디드 버전의 윈도 또는 윈도 CE, 임베디드 리눅스도 구동 가능하다.
PC처럼, 차세대 임베디드 컴퓨팅 플랫폼은 초기 산업용 PLC에서는 불가했던 많은 통신 옵션을 지원하는데, 무어의 법칙 덕분에 차세대 플랫폼은 기가비트 랜 성능도 가지게 됐다. 이는 실시간 비전 시스템 또는 모션 컨트롤과 같은 데이터 및 대역폭 중심의 애플리케이션에도 사용될 수 있다는 것을 의미한다.
차세대 임베디드 컴퓨팅 플랫폼은 PCI Express(PCI-e) 애플리케이션 인터페이스를 통한 고속의 그래픽 성능도 갖추고 있다. 2004년 인텔에 의해 소개된 PCI-e는 초기 PCI 로컬 버스, AGP 그래픽 인터페이스, PCI-X 고속 버스를 대체하기 위해 개발됐다. 덕분에 임베디드 컴퓨터상에 고화질 HD 비디오 그래픽이 가능해졌다.
PCI-e 채널의 초고속 성능으로 임베디드 컴퓨팅 플랫폼에 10기가비트 이더넷과 같은 초고속 통신이 가능해졌으며, RAID 애플리케이션 구현도 가능하다.
하지만 PCI-e가 차세대 임베디드 컴퓨팅 플랫폼의 확장을 위한 유일한 옵션은 아니다. PC/104, PCI-104, PC/104+, PCI, PCMCIA 연결과 같은 확장도 가능하며, 이러한 확장은 다양한 표준 버스 인터페이스를 사용해 제3자 디바이스와 함께 사용할 수 있게 해준다.
또한, 일부 공급업체는 산업용 I/O(아이솔레이티드 디지털 I/O, RS-232/422/485, 혹은 아날로그 I/O까지도 포함)를 직접 보드에 통합해, 임베디드 컴퓨팅 플랫폼이 산업용 애플리케이션용 싱글 보드 컨트롤러로 사용할 수 있도록 지원해준다.
1965년의 산업용 컨트롤 사용자는 무어의 법칙을 믿었지만, 그 법칙이 가져올 변화를 어디까지 상상할 수 있었는지 궁금하다. 무어의 법칙이 계속될수록, 그 법칙의 영향은 다음 세대의 임베디드 컴퓨팅 플랫폼에 그리고 그 다음 또 그 다음 세대에 계속해서 영향을 줄 것이다.
<Advantech Corporation Industrial Automation Group Hector Lin>
