모듈형 테스트 장비의 인기가 점점 높아감에 따라, 기존의 “원박스”테스트 장비에 비하여 이런 저런 장점과 단점에 대한 여러 가지 이야기들이 만들어 지고 있다. 애질런트는 원박스 제품(box instruments)을 75년 이상, 모듈형 제품(modular instruments)을 30년 이상 개발해 왔으며, 최고의 박스형 제품과 모듈형 제품을 공급하고 있다.
그러나 이 두 가지 제품 중에 어느 것을 선택해야 하는지는 결정하기 쉽지 않기 때문에, 어떤 점이 오해이고 어떤 점이 진실인지를 잘 구분하여 고객이 가장 이상적으로 업무를 수행할 수 있도록 도와주는 것이 필요하다고 생각된다. 따라서 그 동안 이 두 가지 장비를 둘러싸고 만들어진 여러 가지 이야기를 살펴보고 잘못된 점이 있다면 바로잡고자 한다.
글: 톰 릴리그(Tom Lillig) 모듈형 솔루션 R&D 수석 연구원
애질런트 테크놀러지스 / www.agilent.com
#1: 모듈형 장비는 기본적으로 원박스 장비보다 저렴하다?
원박스 장비가 외견상으로는 좀 더 비싸 보이는 탓에 생긴 오해이다. 원박스 장비는 장비 자체에 모든 기능을 구비하고 있으며, 각종 버튼과 전면판 디스플레이는 일부 R&D 환경에서는 필수적이지만, 대부분의 자동화 테스트 환경에서는 불필요한 부분이 될 수도 있다. 반대로 모듈형 제품에서 가격을 상승시키는 요소가 좀 더 은밀히 숨겨져 있기 때문에 박스형 기기보다 기본적으로 저가라는 인상을 줄 수 있다.
하지만 예를 들어 최신 PXI 백플레인(PXI backplane)의 경우는 18개 슬롯에4 GB/s 속도를 지원하며, 고가의 커넥터와 스위치 및 백플레인 소재가 사용되기 때문에 생산 단가가 높다. 고대역폭 연결 (high-bandwidth connection)에 필요한 디바이스를 모두 탑재한 샤시(chassis)가 이러한 비용을 어느 정도 상쇄시켜주지만, 관련 어플리케이션이 아닌 경우에는 불필요한 비용만 증가시키게 될 수도 있다. 그 결과 하나의 기기를 탑재한 PXI 시스템은 동일한 성능의 “원박스형 장비” 보다 10%~40% 더 비싸기도 하다.
진실은 이렇다.
단독으로 사용하는 경우에는 원박스 장비가 더 저렴하지만, 여러 개의 기기를 하나의 샤시에 조합했을 경우에는 모듈형 솔루션이 더 저렴하다. 이는 앞에서 언급했던 바와 같이 단일 샤시에 다수의 기기를 장착하여 비용을 분산시키기 때문이다. 모듈형 장비의 경우 하나의 샤시에 기기를 두 개에서 네 개 이상 조합할 경우에는 보통 모듈형이 더 저렴하다.
또한 기기가 생산되는 비용과 소비자가 지불하는 가격에 있어서도 차이가 있다. 많은 업체들이 모듈형 장비로 전자 계측기 시장에 진입하고, 그 과정에서 주도권을 잡기 위하여 일부 업체는 제품의 가격을 시장 가격보다 낮게 책정하여 이익을 줄이는 대신 시장 점유율을 높이는 경우가 있다. 당연히 장기간 유지할 수 있는 전략은 아니다.
#2: 모듈형 장비는 기본적으로 처리 속도가 더 좋다?
이것은 아마도 모듈형 시스템이 처리 속도가 빠른 백플레인을 사용하기 때문에 생겨난 것으로 보인다. 그러나 실제로 원박스 장비나 모듈형 장비 모두 정해진 용도에서 필요한 기능을 수행할 수 있으면서 비용이 적게 드는 백플레인을 선택한다. 바꾸어 말한다면 모듈형 장비에 굳이 원박스 장비보다 속도가 빠른 백플레인을 선택할 이유는 없다. 즉, 어떠한 백플레인을 선택하느냐 하는 문제는 사용 목적에 따라 달라지는 것이다.
예를 들어 원박스 장비라면 point-to-point 연결만 필요하기 때문에, 장비의 데이터 수집부(acquisition part)를 고대역폭 백플레인(high bandwidth backplane)을 이용해 연산부(computing part)에 직접 연결하는 것이 더 쉽지만, 모듈형 장비는 백플레인이 다양한 연결 방식을 지원할 수 있어야 한다. 최신형 PXI 샤시는 2세대 PCIe(PCIe gen 2) 를 이용하여 기판 전체의 높은 처리 속도를 얻는다. 이 2세대 PCIe는 일부 원박스 장비에서도 사용되지만, 원박스 장비의 버스는 각 장비에 필요한 요구 사항만을 지원하도록 설계된다.
예를 들어 2세대 PCIe는 16비트, 30MHz의 임의파형발생기에 오버킬(overkill)이 될 수 있으므로, 이 기기에는 처리속도가 더 느리면서도 저가형의 버스(예: USB)가 사용된다. 한편 160Gsample/s급의 오실로스코프의 경우는 2세대 PCIe의 속도가 느리므로, 초고속 전용 버스를 사용해야만 한다.
진실은 이렇다.
여기에는 두 가지 진실이 포함되어 있다.
먼저 모듈형 제품의 백플레인은 대개 처리 속도가 빠른 편인데, 이는 백플레인이 다양한 어플리케이션/전송속도를 지원할 수 있어야 하기 때문이다. 모듈형 솔루션에서처럼 다수의 장비들이 상호간 빠른 속도로 신호를 주고받기 위해서는 공통/표준 벡플레인(common/standard backplane)이 필요하다. 또 모듈형 기본 구조로 다양한 요구를 처리해야 하므로, 대부분은 최악의 경우를 대비하여 고대역폭 백플레인(high bandwidth backpl ane)을 표준 사양으로 선택하게 된다.
두 번째 진실은 모듈형 장비의 부품은 좀 더 쉽게 업그레이드할 수 있다는 점이다. 즉 모듈형 기기는 병목 현상을 일으키는 부분만 업그레이드할 수 있어, 원박스 장비보다 업그레이드가 쉽고 비용 효율 또한 높다. 예를 들어 모듈 시스템의 CPU가 병목현상을 일으키고 있다면, 컴퓨터처럼 CPU를 간단히 업그레이드하면 된다. 이와 마찬가지로 모듈형 시스템에서 아날로그-디지털 변환기(analog-to-digital converter) 가 병목현상을 일으킨다면, 설계에 의거해 디지타이저(digitizer)만을 업그레이드할 수도 있다. 그러므로 처음에는 동일한 처리속도를 지니고 있던 원박스 장비와 모듈형 장비라도, 이후에는 시간이 지나면서 업그레이드된 모듈형 장비의 처리속도가 원박스 장비의 처리 속도보다 앞설 수도 있는 것이다.
#3: 모듈형 장비는 텍스트 기반 인터페이스(text-based interfaces; 예: SCPI)가 아닌 바이너리 드라이버 인터페이스(bi nary driver interface; 예: IVI)를 사용하므로 처리 속도(throughput)가 더 높다?
모듈형 장비라고 해서 반드시 바이너리 인터페이스(binary interfaces)를 써야 하는 법은 없으며, 원박스 장비라고 해서 반드시 SCPI를 써야 할 필요도 없다. 일부 원박스 장비나 모듈형 장비는 SCPI와 IVI를 모두 지원하기 때문이다. 이렇게 선택이 달라지는 이유는 결국 장비가 활용되는 어플리케이션에 따라 다르기 때문이다.
대부분의 애플리케이션에서 드라이버의 명령을 주고받는 데 소요되는 시간은 전체 측정 시간의 극히 일부분을 차지할 뿐이다. 이러한 경향은 계측기 판매 업체들이 측정 과정을 더욱 압축하고자 노력하면서 더욱 현실화 되고 있다. 예를 들어 애질런트는 GSM과 LTE 등의 전체 통신 표준을 몇 가지 명령만으로 간단하게 검사할 수 있는 “원 버튼 테스트 (one-button-test; 이하 OBT)” 애플리케이션을 선보이고 있다.
이 OBT 애플리케이션 (OBT applications) 은 SCPI를 이용하여 검사를 시작하거나 검사 종료 시점에서 결과를 수집할 수 있게 하였지만, 동시에 기기 내에서 초고속 바이너리 신호 교환(very fast binary communication) 도 함께 사용하여 검사 중에도 하드웨어를 제어할 수 있게 하였다. 이러한 경우 OBT 검사를 시작할 때 SCPI나 IVI 사용에 따른 처리 속도의 차이는 무시해도 좋은 수준이다.
진실은 이렇다.
IVI와 같은 바이너리 드라이버 인터페이스를 통해 전송한 명령이 SCPI처럼 명령 해석형 인터페이스(INTERPRETED COMMAND INTERFACES) 보다 처리 속도가 빠른 것은 사실이다. 그러나 컴퓨터와 장비 사이의 정보 송수신 량이 많은 경우에는 이와 같은 바이너리 드라이버 인터페이스에서 병목현상을 일으킬 가능성 또한 있다. 그리고 이는 시스템이 모듈형인가 아닌가하는 것과는 하등 관계가 없다.
#4: 모듈형 장비는 원박스 장비 보다 신호 충실도(signal fidelity)가 떨어진다?
대부분의 경우, 측정기 시스템을 모듈형 폼팩터(modular form factor)로 구성한다는 것이 반드시 신호 충실도의 저하로 이어지지는 않는다. 사실 대부분의 업무에서, 시스템 수준의 높은 사양도 같이 작동되는 측정 기기들의 상호 의존성(interdependence)에 따라 좌우되는 경우가 많다. 이러한 경우에는 모듈형 장비가 좀 더 나은 사양을 제공하기도 하였다. 예를 들면 일부 어플리케이션에서는 매우 타이트한 instrument-to-instrument skew를 필요로 하는 경우도 있는데(예: MIMO 애플리케이션), 이는 기본 백플레인에서 좀 더 손쉽게 획득될 수 있다.
진실은 이렇다.
모듈형 장비를 선호하는 대부분의 업무에서는 장비가 차지하는 공간 면적이 중요하다. 예를 들어, 작용하는 일부 생산직 업무에서는 공간 대비 비용이 중요하기 때문에 모듈형 장비의 인기가 높다. 일부 사용자는 특정한 설계의 제품을 선택한다. 장비의 크기가 제한되는 업무환경에서는 모듈형 장비의 일부 기능을 희생하더라도 크기를 줄이고자 한다. 따라서 필요에 따라 크기가 작으면서 기능도 떨어지는 오실레이터를 선택할 수도 있고, PCB 트레이스(PCB traces) 사이의 간격을 줄여 두 장비를 딱 붙일 수도 있다. 그러나 이것은 설계상의 선택 사항이지, 모듈형 제품 자체의 단점이라고 볼 수는 없다.
실제 몇몇 모듈형 장비의 경우에는 장비내의 다양한 부품을 쉽게 업그레이드할 수 있도록 파티션으로 구획이 나뉘어져 있는 경우도 있다. 아날로그 인터페이스를 파티션 할 경우 케이블이 추가로 필요할 수 있으며, 이는 기능에도 약간의 영향을 미칠 수 있다. 게다가 시스템을 부분적으로 업그레이드할 수 있을 경우 장비의 교정(calibration)이 어려워질 수도 있다.
#5: ‘모듈형 장비’라는 말은 모듈형 하드웨어를 지칭할 뿐, 모듈형 소프트웨어까지 지칭하지는 않는다?
모듈형 장비를 선택할 때 대부분의 엔지니어들은 PXI, AXI, VXI 등 샤시와 플러그인 모듈로 구성된 시스템을 떠올린다. 이러한 표준형 샤시가 물론 모듈성의 중요한 부분을 차지하고는 있지만, 소프트웨어 및 교정(calibration) 또한 모듈형 장비에서 큰 부분을 차지 하고 있다. 일례로 애질런트에서 출시한 M9391A와 M9393A PXIe벡터 신호 분석기는 클럭 소스(clock source), 레퍼런스 신디사이저(reference synthesizer), 다운컨버터 (downconverter) 및 디지타이저(digitizer)라는 PXI 모듈 네 개로 구성되어 있다.
이 제품은 하드웨어의 크기가 작다는 점도 인상적이지만, 하드웨어와 소프트웨어 및 교정(calibrati on) 방식이 모두 모듈화되어 있다는데 큰 의미가 있다. 예를 들면, 이 제품군은 위상 노이즈(phase noise)를 더 잘 잡아내기 위하여 클럭 소스만을 업그레이드하는 것이 가능하다.
따라서 하드웨어를 구동하는 드라이버 소프트웨어도 이러한 수준의 모듈성을 보여야 한다. 기존의 박스형 장비에서는 최고의 성능을 손쉽게 확보하려면 장비에 장착된 네 가지 기기를 한꺼번에 교정하여야만 가능했지만, 클럭 소스 모듈을 업그레이드한 뒤의 성능만큼 효과를 보장할 수 없었다. 업그레이드의 장점을 최대한 살리기 위해서는 전혀 다른 모듈형 장비 교정 방법이 필요하며, 이는 모듈형 장비에서 왜 하드웨어뿐 아니라 소프트웨어도 중요한 지를 잘 보여주고 있다.
진실은 이렇다.
모듈형 제품 중에서는 실제로는 모듈형 백플레인에 기존의 원박스 장비를 사용한 것도 있다. 실제로 일부 PXI VSA 기기는 네 가지의 모듈로 구성된 것이 아니라, 단일 PXI 기판에서 다수의 슬롯을 사용하는 하나의 큰 모듈인 경우가 있다. 이러한 제품들의 소프트웨어 및 교정은 전통적인 기기 수준의 방법을 기반으로 개발되었다. 이러한 제품들은 작은 footprint나 빠른 기기간 커넥티비티(instrument-to-instrument connectivity) 등 모듈형 하드웨어의 장점을 갖추고 있는 반면, M9393A PXIe VSA처럼 모듈형 하드웨어, 모듈형 소프트웨어 그리고 모듈형 교정이 가능하지는 않다.
요약
모듈형 장비와 원박스 장비는 작지만 중요한 차이가 있다. 일반적으로 모듈형 장비는 다수의 장비를 하나의 시스템으로 결합할 경우에 장점이 있으며, 한 가지 목적으로 설계된 원박스 장비는 단일한 제품을 사용하면서 최상의 성능을 원할 때 적절하다. 하지만 당연히 현실은 그렇게 흑백 논리로 구분하기 어렵다.
대부분의 시스템에서는 원박스 장비와 모듈형 장비를 사용하면서 최적의 가격과 성능 및 유연성을 보이는 조합을 찾게 되며, 프로토타입을 검사할 때처럼 특정 개발 단계에서는 원박스 장비가 더 나은 성능을 보일 수 있고, 시스템 검증과 같은 단계에서는 모듈형 장비가 더 나은 성능을 보일 수도 있다. 따라서 원박스 장비와 모듈형 장비를 적절히 교체하면서 사용한다면 개발 과정에서 시간과 비용을 더욱 절약할 수 있을 것이다.
그래도 삭제하시겠습니까?