[첨단 헬로티]
2018 평창동계올림픽은 단지 설원과 빙상 위의 스포츠 축제만이 아니었다. 세계 최초로 5G 국제 모바일 통신 표준 무선 네트워크의 비약적인 성능 향상을 선보인 행사이기도 했다.
많은 경기들이 치러진 알펜시아 리조트 주변에서 관람객들을 태우고 운행했던 자율주행 버스는 내비게이션에 5G를 사용했다. 버스 내부에는 승객들이 즐길 수 있도록 고대역폭 무선 링크를 통해 실시간 3D 텔레비전 화면이 스크린에 중계됐다. 크로스컨트리 코스에서는 스키 선수들이 GNSS(Global Navigation Satellite System) 수신기를 착용해 선수들이 레이스의 어느 지점에 있는지 서버가 정확히 파악할 수 있게 했다. 컴퓨터는 코스 측량에서 얻은 데이터를 이용해 스키 선수들을 마치 눈앞에서 보는 듯한 라이브 뷰 장면을 생성하고, 이렇게 생성된 비디오는 시범용 5G 핸드셋을 갖고 있는 참석자들에게 전달됐다.
KT의 시범 운영은 엔터테인먼트 목적의 5G 적용에 초점을 맞췄지만, 이 무선 네트워크 표준은 산업용 애플리케이션의 새로운 결실을 맺는 기초가 될 전망이다. 평창동계올림픽에서 선보인 5G 시연은 주로 4G에 비해 크게 향상된 대역폭을 강조하는 데 초점이 맞춰졌지만, 또 다른 특성인 낮은 지연은 5G를 산업용 및 미션 크리티컬한 실시간 애플리케이션에 적용하는 데 기여할 것이다.
기존의 무선 네트워크는 수백 밀리초(ms) 대의 왕복 지연(Round-Trip Latency, RTL)을 갖는다. 전체 데이터 전송 속도를 향상시키기 위해 여러 대의 단말기와 그밖에 다른 이동 기기에서 발생하는 메시지를 인터리빙해서 함께 처리한다. 5G는 이러한 방식에 변화를 줌으로써 단 1밀리초의 짧은 시간 안에 수신 메시지에 응답할 수 있다. 지연을 이 정도 수준까지 줄임으로써 지금까지 컴퓨팅 자원을 전적으로 로컬화해야 했던 실시간 시스템에 분산형 프로세싱을 적용할 수 있게 됐다.
몰입감 높은 가상현실(VR)에서 근본적인 문제점 중 하나는 사용자가 고개를 움직이는 것과 이에 대한 장면이 헤드셋 화면에 보이는 것 사이의 시간 지연(Motion-to-photon)이다. 일반적으로 사람들은 물리적인 동작과 그것이 눈에 보이는 화면 사이의 지연을 20ms까지 받아들일 수 있다. 지연이 이보다 더 커지면 곧바로 멀미나 메스꺼움 같은 증상을 느끼기 시작한다. 5G 기술은 이러한 지연 장벽을 크게 낮춰주므로 VR은 5G 기술로부터 많은 혜택을 얻을 수 있다. 또한 이처럼 보다 향상된 VR 시스템은 위험 지역에서의 수리 작업에 투입되는 로봇의 원격 제어 같은 산업용 애플리케이션에도 활용이 가능하다.
보다 자유롭게 이동하는 로봇 시스템은 VR 시스템과 비슷한 문제를 안고 있다. 제어 알고리즘이 안정성을 유지하려면 지연 수준이 낮아야 한다. 현재 대량 생산에 사용되는 비교적 단순한 단일 기능의 로봇에서는 이것이 큰 문제가 아니지만, 복잡하고 다양한 기능을 수행하는 로봇이라면 사정이 달라진다. 오늘날 로봇은 점점 더 ‘협동 로봇(Cobots)’이 되어 간다. 이들 로봇은 더 이상 구획이 정해진 셀 안에만 갇혀 있지 않다. 작업장을 자유롭게 움직이면서 사람은 물론 다른 로봇들과도 긴밀하게 협력한다. 이를 위해서는 딥 러닝에 기반한 새로운 차원의 연산집약적인 기술을 포함하여 보다 정교한 소프트웨어가 필요하다.
모바일 로봇은 배터리로 동작하며, 공장에만 머물러 있지 않는다. 로봇은 이제 농업과 물류 같은 분야로도 진출했다. 이처럼 야외에서 작업해야 하는 경우, 전력 소모는 로봇이 실행하는 정교한 알고리즘을 탑재하는 데 주요한 걸림돌이 된다. 5G 무선 네트워크는 전력 소모가 많은 복잡한 소프트웨어 작업을 전원이 안정적으로 공급되는 원격 서버에서 이루어질 수 있게 한다. 이처럼 부하를 분담함으로써, 로봇은 다른 로봇들과 경험을 원격 서버를 통해 공유할 수 있으며, 그 결과 아까운 배터리를 단 몇 분만에 소비하지 않아도 된다.
하지만 서버는 너무 멀리 떨어져 있어서는 안 된다. 광케이블을 통과하는 빛의 속도와 경로를 따라 존재하는 모든 라우터에 의해 발생하는 스위칭 지연은 네트워크 응답성에 영향을 미친다. 대략 100km 거리마다 각 방향으로 1밀리초씩 지연이 늘어난다. 5G가 갖는 낮은 지연의 이점을 활용하려면 자율 시스템은 지금보다 서버 자원을 필요한 지점에 더 가까이 배치할 필요가 있다. 이러한 필요성 때문에 최근에는 엣지 컴퓨팅(Edge computing) 시장이 점점 더 발전하고 있다.
엣지 컴퓨팅 시장을 위한 서버는 산업 단지 내에 배치될 수 있다. 예를 들어 광산 현장에서 자율주행차로 광물을 운송하는 광산 사업자는 자체적인 마이크로 데이터 센서를 운용할 수 있다. 많은 경우, 이들은 조금 멀리 떨어진 곳에서 엣지 컴퓨팅 자원을 제공하는 공중 클라우드 기반 서비스를 활용할 것이다. 광산은 먼 지역에 있는 경우가 많지만, 적지 않은 사업자들은 도심 중심에 충분히 가까이 있어 클라우드 서비스 사업자들이 다른 농업 및 산업 사용자들과 공유가 가능한 자체적인 엣지 컴퓨팅 자원을 구성할 수 있다.
자율주행차가 일반 도로를 달릴 수 있게 됨에 따라 자율주행차 또한 클라우드 엣지에서 제공하는 서비스를 이용할 수 있다. 이러한 서비스는 교통 상황에 대한 실시간 정보를 중계함으로써 경로 설정을 용이하게 할 뿐 아니라 자율주행차에 필요한 인공지능(AI)을 강화하는 데에도 도움을 준다.
클라우드 엣지 컴퓨팅이 오늘날 네트워크 아키텍처의 기반이 되는 중앙집중형 서버를 대체하지는 않을 것이다. 여전히 장기적인 계획이 필요하며, 이러한 장기 계획은 머신러닝을 핵심으로 하는 소프트웨어의 2차 계층에 의해 처리될 것이다. 그러나 실시간 응답을 필요로 하는 부분은 무선 노드와 핵심 클라우드 서버 사이에 있는 ‘클라우드렛(Cloudlet)’에 맡겨질 것이다.
클라우드렛 컴퓨팅은 핵심 데이터 센터에서 관행처럼 이루어졌던 것에서 탈피한, 서버 설계 방식의 새로운 변화를 요구한다. 성능은 여전히 매우 중요하지만 작고 신뢰할 수 있어야 하며 비용효율적이어야 한다. 컴퓨팅 요소의 설계는 하이엔드 서버 블레이드보다 셀룰러 기지국과 더 많은 공통점을 가질 가능성이 크다. 공간, 냉각, 유지보수를 위한 기회는 제한될 것이다. 일부 더 작은 클라우드렛은 길가에 배치된 통신함에서 텔레콤 장비와 공존할 수 있으며, 다른 종류의 클라우드렛들은 쉽고 빠른 배치를 위해 컨테이너 형태로 제공될 수 있다.
클라우드렛에 적합하도록 설계된 아키텍처는 머신 러닝과 같은 작업을 위해 가속 기술을 광범위하게 사용할 것이다. 가속기는 범용 멀티코어 프로세서보다 더 높은 성능을 제공한다. 운영의 신뢰성을 보장하기 위해 리던던트 노드를 사용할 수 있겠지만, 핵심 과제는 보안에 있다. 클라우드렛에서 물리적 보안을 보장하기가 대형 데이터 센터보다 더 어렵다. 공격자가 하드웨어에 접근할 경우 시스템이 조치를 취하고 영향을 받지 않는 가까운 클라우드렛으로 작업부하를 옮길 수 있도록 탬퍼링 및 침입 탐지가 필요하다.
컴퓨터 설계는 네트워크에 가해지는 공격에 대비하여 보안성을 보장하는 데 중요한 역할을 한다. 매우 다양한 애플리케이션을 클라우드렛 하드웨어에서 함께 실행할 필요가 있는데, 이렇게 하면 자원 이용률을 높일 수 있다. 클라우드렛 시스템은 하나의 노드에서 실행되는 애플리케이션이 다른 노드의 애플리케이션과 간섭하지 않고, 이러한 과정에서 개인 데이터를 가로채거나 운영을 방해하지 않도록 보장할 수 있어야 한다. 가상화 및 컨테이너화된 소프트웨어 같은 기술을 활용하면 보다 쉽게 애플리케이션 분리를 유지하고, 행동을 모니터링하며, 문제 발생 지점을 차단할 수 있다. 자원 요구사항이 달라져 이동해야 할 경우, 컨테이너화된 소프트웨어는 옮기기가 더 쉽기 때문에 클라우드렛 운영자는 보다 용이하게 인프라를 최적화하고 성능 수준을 보장할 수 있다.
5G의 도래는 클라우드 컴퓨팅의 진화에서 이제 겨우 다음 단계가 시작된 것에 불과하다. 필요한 곳에 더 가까이 있는 클라우드렛은 하드웨어 및 소프트웨어 기술의 향상을 통해, 새로운 세대의 AI를 지원하는 실시간 시스템의 실현을 가능하게 하고 차기 산업 혁명을 이끌 것이다.
글: 마크 패트릭(Mark Patrick) 마우저 일렉트로닉스
