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Sung-Soo Kim's Blog

Edge Computing - IoT and Thinking Machine

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9 April 2017


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엣지 컴퓨팅 – 사물인터넷과 생각하는 기계

스마트폰으로 영화 상영 시간표나 맛집 후기를 찾아본 경험이 있는 사람들은 클라우드 컴퓨팅의 혜택을 이미 누린 것이다. 그런데 이런 클라우드 컴퓨팅 모델이 산업 분야에도 적합한 것일까? GE디지털의 커넥티비티 및 제어 제품 마케팅(Connectivity and Controls Product Marketing) 담당 이사인 니킬 차우한(Nikhil Chauhan)은 사물인터넷 및 클라우드 컴퓨팅과 관련된 산업의 미래를 다음과 같이 전망하고 있다.

소비자나 기업 어플리케이션과는 달리, 산업 분야의 어플리케이션의 경우 중앙집중방식의 데이터 저장 및 처리에 전적으로 의존하는 것이 불가능하다. 산업용 어플리케이션의 경우, 즉각적으로 반응해야 할 경우가 자주 있는데, 원격지로 데이터를 전송할 때 병목현상에 영향을 받지 않아야 한다. 이렇게 실시간으로 대응하려면 엣지(Edge)와 클라우드를 결합한 아키텍처가 요구되는데, 이 모습이 21세기 산업인터넷 구현을 위해 필요한 아키텍처이다.

미션 크리티컬(Mission-Critical), 즉 절대로 시스템이 다운되어서는 안 되는 어플리케이션에서 엣지(Edge) 디바이스는 지구상에서 가장 험준한 지역에서 동작한다. 최근에는 센싱 기술 비용이 아주 저렴해져서, 사람들이 접근하기 어려운 이런 원격지의 시스템으로부터 막대한 분량의 데이터 세트를 수집할 수 있게 되었다.

일반적으로 안전이 중요한 산업 기계들은 중앙 서버에서 멀리 떨어진 위치에 미약한 링크로 중앙 서버와 연결되어 있는 경우가 많다. 이런 산업용 기계의 대표적 사례로는 아래와 같은 것들이 있다.

  • 사막 한가운데에서 50°C 의 기온에 맞서 싸우는 물 분사 펌프
  • 연안 석유시추지 수면 10,000피트(약 3킬로미터) 아래에 설치된 해저 폭발방지기
  • 세계의 하늘을 날아다니며 94,000파운드(약 42.6톤)의 추력을 발생시키는 항공기 엔진

엣지 컴퓨팅은 실시간 대응하여 ‘엣지’를 누리다

동떨어진 가혹한 환경에서 작동하는 산업용 어플리케이션은, 실시간으로 대량의 데이터를 저렴하고 효율적으로 전송할 수 있는 능력이 필요하다. 그런데 만일 클라우드로 데이터를 전송하기 위해 데이터를 수집하는 것을 넘어, 산업용 어플리케이션이 수집된 데이터를 직접 처리, 분석하고 그 결과에 따라 조치를 취할 수 있다면 어떨까? 만약 네트워크의 가장자리(엣지) 즉, 공장이나 현장, 클라우드 상에 있는 기계에 지능을 더할 수 있다면 어떨까?

필자가 추천하고 싶은 것은 클라우드와 함께 작동하는 엣지 컴퓨팅 기술이다. 엣지 컴퓨팅은 데이터 왕국으로 진입에 필수적 관문이 되는 전략적인 아키텍처 선택이고, 최신 산업인터넷 플랫폼은(데이터 왕국으로) 입장을 허용하는 열쇠 역할을 한다. 이러한 비유는 유의미한 성과를 창출하는 산업인터넷이 가진 진정한 잠재력을 잘 보여준다.

그런데 클라우드 컴퓨팅 기술에서 ‘엣지’란 과연 무슨 의미일까?

'엣지(Edge)'는 데이터 소스와 더 가까운 물리적인 위치를 지칭하는 말로, 바로 그 위치에서 컴퓨팅이 가능하다.

엣지 컴퓨팅은 (데이터 소스가 되는) 기계와 더 가까운 위치에서 데이터를 분석하고 통찰력을 얻을 수 있게 해준다.

이는 네트워크 가장자리에 위치한 기기에서 컴퓨팅을 지원하는 것이다.

지금까지는 데이터를 단순히 저장만 할 뿐, 이를 활용할 기회를 놓치는 경우가 많았다. 하지만 엣지 디바이스 덕분에 데이터를 분석하여 통찰력을 얻고 이를 기반으로 작업과 관련된 조치를 취할 수 있게 되었다. 이제는 엣지 센서, 제어장치, 게이트웨이, 인프라 기계, 사내 기기와 서버 랙, 클라우드 등 다양한 수준에서 실시간 분석과 어플리케이션 로직이 구현될 수 있다.

이런 ‘엣지-투-클라우드(Edge-to-Cloud)’ 연속체는 최적화되어 개별 자산, 플릿(Fleet) 또는 공장 수준에서 동작된다. 이렇게 연결이 이뤄진 세계에서 엣지는 데이터 왕국으로 들어가는 입구라 볼 수 있는 것이다. 최소한, 엣지는 산업 데이터를 최적화하는 게이트웨이 역할을 하며, 자산과 물리적 운영의 모든 측면을 최적화할 수 있는 데이터와 분석적 통찰력을 제공한다.

GE 디지털 - 산업인터넷과 엣지 컴퓨팅

시스템이 절대 다운되어서는 미션 크리티컬 산업 분야에서 엣지 디바이스는 지구에서 가장 험준한 지역에서 동작된다. 센싱 기술 비용이 하락하면서 접근이 어려운 원격 시스템으로부터 막대한 양의 데이터 세트를 수집할 수 있다.

폭발방지기, 터빈, 의료장비, 가로등, 기관차 같은 엣지 기반 소프트웨어 정의 머신(Software-Defined Machines, SDM)에서 엣지-투-클라우드 아키텍처를 활용한다. 이 SDM은 점차 진화(링크)하고 있으며, 산업인터넷을 위해 엣지-투-클라우드 플랫폼을 활용하고 있다. 현재 이런 어플리케이션들은 해당 위치에서 데이터를 수집하고 데이터 변화에 대응할 뿐만 아니라 현재의 위치에서 의미 있는 분석을 수행하기도 한다.

기관차, 더 안전하고 더 효율적으로

19세기의 1차 산업혁명을 대표적으로 상징했던 기관차는, 오늘날에는 요동치는 데이터 중심의 21세기 엣지-투-클라우드 컴퓨팅의 대표적인 사례이다. GE운송의 에볼루션 시리즈 티어4(Tier 4) 기관차 같은 최신 기관차는 기가비트급 정보를 수집하는 센서를 200개 이상 장착하고 초당 10억 개 이상의 명령을 처리할 수 있다. 티어4 기관차는 차내의 엣지 컴퓨팅을 활용하여 데이터를 분석하고, 더 스마트하고 더 효율적인 운행이 가능하도록 알고리즘을 적용한다. 세계에서 가장 스마트한 기관차 중 하나인 티어4는 기관차 운영자의 순익을 제고시켜준다.

엣지 컴퓨팅이 적용된 GE의 기관차

GE는 전세계 50여 국가에서 화물과 승객을 나르는 GE의 기관차 21,000대 전부를 산업인터넷 플랫폼 프레딕스와 연결하려 한다.

수십억 달러 비용을 절감해주는 기술

믿을 수 없을 만큼 똑똑하고 신뢰성 높은 기관차를 이용한다 해도, 철도 산업에서는 매년 예상치 못한 운행 지연이 수십만 건이나 일어나며 그로 인해 수십억 달러의 비용이 든다. 최신 기술을 이용한 열차는 엣지와 클라우드 컴퓨팅을 활용하여 더 스마트한 유지보수, 더 늘어난 가동시간, 산업의 판도를 뒤집을 수 있는 장비 개발 등이 가능해진다.

오늘날의 기관차는 예전 어느때보다 많은 양의 데이터를 생성하고 있다. 엣지와 클라우드 컴퓨팅은 보다 더 스마트한 방법으로 데이터를 검색하고 관리한다. 열차 내에 장착된 장비는 정책을 관리하는 중앙 서버와 연동해서 운영된다.

더 다양한 산업 부문으로 기술의 혜택을

“엣지-투-클라우드 방식은 모든 사업 분야에서 급속도로 주목받고 있습니다.”

ARC 어드바이저리 그룹(ARC Advisory Group)의 그렉 고르바(Greg Gorbach)부사장의 말이다.

“강력한 분석 기술을 실제 필요한 위치에 설치하는 방식이며, 실시간으로 성능을 최적화하고 데이터 병목현상을 최소화하는 방식입니다.”

산업인터넷 솔루션을 위한 디플로이먼트 옵션을 평가할 때는 고려해야할 다음 몇 가지 질문을 참고해보라.

  • 고객 경험을 향상시키기 위해 엣지 데이터는 어떻게 사용될 수 있을까?
  • 연결된 엣지 디바이스가 필요로 하는 처리 능력을 가지고 있다면, 어떤 가치를 만들어 낼까?
  • 물리적 운영에서 (여러) 측면을 최적화하고 이를 다른 사업의 컴퓨팅 플랫폼과 통합할 필요가 있는가?
  • 실시간 데이터 처리와 엣지 분석을 제공하여 도출될 성과가 존재하는가?
  • 산업 수준의 사물인터넷을 위해 최신 클라우드와 엣지 아키텍처를 어떻게 최대한 활용할 수 있을까?

엣지 컴퓨팅은 새로운 것은 아니다. 이 기술을 적용할 때 중요한 것은 이런 질문이다.

“스마트폰이 모바일 앱에서 소비자 데이터의 가치로 이어지는 문을 열었던 것처럼, 엣지 컴퓨팅이 산업 어플리케이션에서 고객 데이터의 가치로 이어지는 문을 만들어낼 수 있을까?”

포그 컴퓨팅 (Fog Computing)

시스코가 2014년 제시…“사물 인터넷 시대 등장한 또 하나의 네트워크”

‘모든 무선 디지털 기기들이 하늘 위 구름(Cloud)에 각각 연결, 데이터를 주고 받다 보니 이제 하늘은 너무 혼잡하고 속도도 늦다. 우리 주변에 안개(Fog)처럼 떠돌며 작동하는 새로운 디지털 네크워크가 필요하다.’

포그 컴퓨팅은 2014년 1월 미국의 시스코가 처음 제안했다.

시스코 IoT그룹의 제품 솔루션 마케팅 총괄 임원인 로베르토 데라모라(Roberto De La Mora) 수석이사는

“포그 컴퓨팅은 클라우드 컴퓨팅과 서비스를 네트워크의 말단부(edge)로 확장한 패러다임”

이라고 설명했다.

여기서 포그는 네트워크 장비의 연산과 스토리지 자원에 접근하는 서비스 인프라다. 클라우드처럼 데이터 연산, 스토리지, 애플리케이션 서비스를 제공하지만 중앙 서버를 거치지 않고 사용자에게 클라우드처럼 느껴지는 서비스를 제공한다.

요컨대 중앙 서버로 운영되는 클라우드와 지역적으로 분산된 사물 인터넷 기기들을 중간에서 연결하고 매개하는 또 하나의 네트워크다. 중앙(Cloud Server) 보다 주변(edge, 개별 기기)에 더 주목한다는 뜻에서 ‘엣지 컴퓨팅(edge computing)’으로 불리기도 한다.

가령 클라우드 컴퓨팅은 노트북, 핸드폰, 태블릿, 게임기 등 모든 디지털 기기들이 각각 서버와 연결, 소프트웨어 업데이트(클라우드 컴퓨팅)를 하는 방식으로 작동한다. 반면 포그 컴퓨팅은 노트북이 소프트웨어 업데이트 파일을 다운로드한 뒤 노트북과 연결된 핸드폰과 태블릿의 소프트 웨어를 업데이트한다.


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