윈드리버
새로운 멀티미디어 서비스가 필요로 하는 대역폭 확장 요구사항을 충족하기 위해 여러 IP-기반의 초고속 기술들이 적용되고 있다. 이러한 변화의 최전선에는 4G, 즉 4세대 무선 기술이 자리하고 있다. 4G 시장의 잠재력은 대단하다. 전세계 연간 모바일 데이터 매출 성장은 16%에 달하며 2012년까지 2,500억 달러를 넘어설 것으로 예상된다. 선도 업체들은 WiMAX(World wide interoperability for Microwave Access)와 LTE(long-term Evolution) 시스템의 초기 버전을 구현하여 공급하고 있는 상황이다. 하지만 4G 표준이 완성되기 전까지는 이 초기 시스템들은 "pre-4G"로 간주된다.
이 글에서는 네트워크 장비 사업자(NEP)와 서비스 제공업체가 4G 네트워크에 대한 시장의 요구사항을 충족하기 위해 당면한 과제에 대해서 설명한다.
또한 본고를 통해 임베디드 컴퓨팅 플랫폼 활용을 통해 이러한 과제를 해결할 수 있는 가능한 개발 전략을 정의한다.
자료제공: 윈드리버(www.windriver.co.kr)
수요 증가
4G 기술은 기존 무선 기술과의 완벽한 호환을 통해 엔드 유저에게 고품질의 멀티미디어 어플리케이션을 제공할 수 있다. 이러한 애플리케이션에서는 동영상 기반의 모바일 서비스 때문에 유저당 대역폭이 상당히 증가한다. 증가하는 대역폭 요구를 수용하기 위해 차세대 무선은 상당히 높아진 대역폭을 제공할 것이다. LTE는 이론적으로는 모바일 유저에게 100Mbp/s를 제공하고 비모바일 무선 사용자에게는 1Gb/s를 제공할 것이다. 이러한 대역폭 증가 때문에 무선 액세스 장비와 백홀 장비(Backhaul)에는 상당한 성능 개선이 요구된다.
4G 네트워크를 위한 엔진은 바로 마이크로 프로세서이다. 과거에는 프로세서 기술이 네트워크 대역폭 수요를 쫓아갈 수 있었다. 클락 스피드 증가, 프로세서 알고리듬 최적화, 캐시 성능 개선을 통해 가능했었다. 하지만 위와 같이 프로세싱 파워만을 높이는 전통적인 방법으로는 더 이상 네트워크 대역폭의 수요를 쫓아 갈 수 없게 되었다. 점점 늘어가는 네트워크 프로세싱 요구를 수용하기 위해 멀티코어 프로세서 기술과 이를 지원하는 OS 소프트웨어가 같이 맞물려 통합되어 가고 있고, 장비 밴더들은 이 기술들을 사용하여 4G 네트워킹 장비를 제공한다.
4G 전환에 드는 비용은 만만치 않다. 어떤 기술을 선택하느냐에 따라 4G 구현에는 기존무선 인프라에 대한 상당한 업그레이드가 요구된다. 사업자는 자신들의 자본 지출 뿐만 아니라 설치 및 운영 비용까지 최소화 하고자 한다. 이 때문에 장비 밴더들은 엔드유저에게 우수한 QoE를 보장할 수 있는 수준의 성능과 안정성을 제공하는 4G 장비를 제공할 수 있어야 한다. 그리고 총소유비용도 최저 수준이어야 한다. 최소한의 하드웨어, 적은 공간 소요, 저전력소모, 운영 및 유지 보수의 용이성 등은 4G 시장으로 진입하기 위해 기본으로 제시할 수 있어야 한다. 부가가치 기능을 시장에 신속히 제공하면서도 시스템의 보안과 안정성을 보장할 수 있는 장비 밴더는 시장 차별화가 가능할 것이다. 시장 차별화를 위한 핵심 요소는 멀티코어 임베디드 시스템에 있다.
시장 개요
All-IP 멀티 서비스 네트워크로의 통합이 순조롭게 진행중이다. 기존의 통신사, 새로운 서비스 제공업체, 케이블 회사 등은 가정용, 기업용, 정부, 교육업계, 의료 보건 고객들에게 새롭고도 확장된 서비스와 대역폭을 최저 가격으로 제공하기 위해 경쟁 중이다.
이러한 새로운 서비스는 실시간 인터랙티브에서 비실시간에 이르기까지, 저 대역폭에서 고 대역폭, 미션 크리티컬한 서비스에서 그렇지 않은 서비스까지 다양한 요구사항을 가지고 있다. 패킷 기반기술은 보안 관련 공격, 데이터 절도, 정체 등에 훨씬 더 취약하기 때문에, 고급화된 보안 및 QoS기능으로 엔드 유저 서비스에 대한 이러한 위협을 완화시킬 필요가 있다. 비용과 관련된 구성 요소 즉, 장비 공간, 전력 소모, 열밀도, 유지보수 등은 고객의 서비스 성능, 안정성, 보안 기대치를 충족하는 저렴한 시스템을 위한 기본 비즈니스 요소로 자리하고 있다. 이에 대해 장비 공급업체는 유연하면서 고성능 프로세싱을 최저 가격에 제공하도록 고안된 멀티코어 프로세서 기술을 사용하여 고성능 네트워크 기술 개발을 진행하고 있다.
통합은 엔드 유저의 대역폭 수요의 급성장으로 진행되고 있다. 상호연결성(Interconnectivity)의 증가는 장치, 센서, 엔드포인트 모니터링의 양적, 유형적 증가에 의해 발생한다. 광범위한 멀티미디어 기능을 보장하는 완전한 운영 시스템을 갖춘 강력한 차세대 모바일 멀티미디어 휴대장치의 확산이 이를 이끌어 가고 있다. 무선 LAN은 이제 호텔, 공항, 시티센터, 커피숍에서는 하나의 표준으로 자리 잡아 감에 따라 사람들과 원격 센서가 항상 온라인에 연결될 수 있게 하는 여러 방법 중 하나가 되었다.
동영상, 음성, 데이터 멀티미디어 어플리케이션의 도입은 유저당 대역폭을 업청나게 증가시키고 있다. 고화질 동영상, 방송 TV(HDTV)와 멀티캐스트 VOD는 동영상 스트림당 6Mbps를 요구하며 스카이프 같은 비디오 텔레포니과 유투브 같은 웹사이트는 1.2Mbp/s를 별도로 요구한다.
무선 액세스 네트워크를 통한 새로운 멀티 미디어 서비스가 구현 중이거나 계획되고 있다. 모바일 비디오 텔레포니를 통해 유저들은 오디오 및 비디오로 구성된 컨텐츠를 실시간으로 주고 받는다. 모바일 PC는 비디오 스트림과 방송 TV를 언제 어디서나 즐길 수 있도록 한다.
3G 네트워크는 무선 멀티미디어 센서 네트워크(WMSN)의 출현을 가져왔다. 이러한 네트워크에는 범죄 또는 테러 공격 방지에 사용되던 기존 감시용 시스템을 강화하는 비디오 및 오디오 센서 등 감시용 네트워크를 포함하고 있다. WMSN은 환자 체온, 혈압, 심박수, 심전도 같은 환자 데이터를 모니터하는 원격 의료 센서를 포함한다. 이러한 네트워크는 이미지와 측정 데이터를 대량으로 수집하고 실시간으로 시간에 민감한 자동화 프로세스의 컨트롤에 필요한 산업용 프로세스 컨트롤 시스템에도 사용된다.
그 결과는 IT 트래픽의 급격한 증가로 나타났다. 연 평균 46%가 증가했고, 2012년이면 월 44엑사바이트(즉, 10의18승 바이트)에 이를 것으로 예상된다. 비디오, 데이터, 음성 기반의 서비스의 새로운 유형이 광범위하게 차세대 무선 액세스(4G 포함)를 통해 공급될 것이다. 그 성능 품질은 유선 액세스 기술에서 가능했던 수준으로써 그 결과 매년 모바일 IP 트래픽은 2배씩 증가할 것이다. 이러한 트래픽 수요의 급증 현상은 LTE, WiMAX, FTTH와 같은 새로운 고용량 액세스 기술의 등장으로 나타나고 있다.
4G 무선 네트워크는 all-IP 패킷 전환 솔루션으로써 유저들은 FTTH와 비교할 만한 대역폭수준에서 음성, 동영상, 데이터를 주고받을 수 있다. 4G는 음성, 동영상 및 데이터 어플리케이션의 개별 대역폭 요구에 맞게 조정된 고품질의 QoS를 제공할 것이다. 이것은 놀랍도록 효율적이면서 지연율이 낮은 시스템으로써 끊김 없는 연결성 제공과 이종 네트워크 사이에서 자연스러운 핸드오프(smooth handoff)를 가능케 하며 복수의 네트워크상에서 자유로이 로밍할 수 있도록 되어 있다.
4G로의 전환은 현재의 무선 기술에서 점진적으로 발생하는 변화가 아니라 오늘날의 무선인프라와 단말기에 대한 상당한 변화를 요구한다. 점점 더 늘어나는 무선 고객들이 기꺼이 새로운 모바일 서비스에 돈을 더 지불할 의향이 있기 때문에 4G 서비스에서 매출 증가를 예상할 수 있고 이것이 비즈니스 동인이 된다. 전세계 연간 모바일 데이터 매출 증가는 16% 정도 이고 이 수치는 2012년 2,500만 달러를 상회할 것으로 예상된다. 글로벌 LTE 매출은 2015년까지 140억 달러 정도로 추산되며 LTE 기지국은 2013년 86억 달러 정도로 예상된다.
WiMAX와 LTE는 양대 pre-4G 액세스 기술로써 초고속 무선 인터넷 고객들에게 더 빠른데이터 속도와 용량을 제공하되 지연율은 현재의 무선 기술의 지연율 보다 훨씬 낮다. WiMAX(IEEE 802.16)은 70Mbp/s가 가능하며 2010년까지 1500만명 이상이 가입할 것으로 전망된다.
LTE는 모바일 서비스의 경우 100Mbp/s로, 유선의 경우 1Gbp/s 수준에서 가능하며 2009년 시험 서비스를 위해 구현이 진행중이다. LTE는 현재 GSM/UMTS 사업자들과 버라이존 같은 코드분할다중접근(CDMA) 사업자들이 선호한다. AT&T는 LTE를 4G 기술로 사용하겠다는 계획을 발표한 바 있다. WiMAX는 아태 지역 및 개도국에서 선호하는 경향이다.
LTE는 전세계 80% 이상의 모바일 가입자가 사용하는 기존 UMTS 인프라의 진화이다. 한편 WiMAX는 새로운 네트워크를 구축해야 한다. 이 말은 LTE 표준의 개발과 구현이 WiMAX에 뒤쳐진다 해도 주요한 우위를 차지하고 있다는 뜻이다.
하지만 WiMAX의 존재 이유는 기존 3G 기술을 대체하는 것이 아니라 보다 효율적인 무선초고속 기술을 통해 더 나은 개인별 초고속 서비스를 제공하고자 하는 데 있다. WiMAX의 우위는 기존의 2G/3G 스펙트럼과 시설을 갖추지 못한 개도국 또는 케이블 또는 TV 사업자들이 새로운 기술을 이용하여 더 나은 서비스를 제공하여 새로운 가입자를 유치할 수 있는 기회에 있다.
LTE 솔루션은 현재의 3G 대비 자본 지출과 영업 지출 감축을 약속한다. LTE 네트워크는 단순화된 IP 네트워크 아키텍쳐로써 액세스 층위 구조상의 한 레벨을 없애버렸다. 덕분에 트래픽 볼륨은 더 늘릴 수 있으며 지연율은 낮아지며, 비용도 절감된다. 동일한 결과를 얻는데 필요한 장비의 양이 줄어 들기 때문이다. 또한 사업자의 비트당 비용 절감은 직교파주파수분할다중(OFDM)의 사용 덕분이다. 이 기술은 스펙트럼 효율성과 용량을 개선하여 스펙트럼의 동일 대역폭으로 더 많은 데이터를 전송할 수 있게 해준다. 하지만 네트워크를 단순하게 만듦으로써 네트워크 링크와 노드의 트래픽 집중도는 증가하게 된다.
이러한 상황에서는 네트워크가 대용량으로 다양한 작업을 처리할 수 있어야 한다. 게다가 최저가격으로 그 전보다 훨씬 빠른 처리 속도가 필요하다. 4G 네트워크의 경우 성능상의 병목점은 무선 백홀에서 발생할 것이고 현재 이 부분에는 1-10 기가비트 이더넷 파이프가 들어있다.
사업자들이 기존 네트워크를 교체하고 확장함에 따라 이들은 성능 요구를 앞서나가면서 엔드 유저의 QoE 기대를 만족할 수 있도록 하는 성장 계획이 필요하다. 정체 리스크를 줄이기 위해 단순히 링크와 노드를 추가하는 방식은 비용이 너무 많이 든다. QoS와 CoS(Class of Service) 메커니즘을 사용하여 트래픽 유형별로 성능을 최적화 할 수는 있겠지만 결국은 링크와 노드에서 지원하는 대역폭의 크기가 중요할 수밖에 없다.
도전과제
오늘날의 장비 밴더들은 고성능, 저비용 시스템 공급에 있어 경쟁부담을 안고 있다. 이러한 시스템 역시 관리하기 편하고 고가용성 및 보안성을 가지고 있어야 하며 4G및 IP 표준에 부합해야 한다. 시장을 확보하기 위해 NEP는 새로운 비즈니스 기회에 대응해야 하며 따라서 개발 및 구현 주기는 짧아져야 한다.
2G와 3G 시스템의 경우 NEP 개발 주기와 사업자 구현 일정은 상대적으로 긴 편이었다. 설계상으로는 첫 가입자의 비용을 상당폭 감축해야 하는 것과 설계, 구현, 매출발생시간(time to revenue)의 간격을 단축해야 한다는 것이 어려운 과제이다. 이러한 쉽지않은 시장 요구 사항을 만족하기 위해서 NEP는 반드시 설계 전략, 저비용 확장성, 저비용 오픈 아키텍쳐, 신속한 TTM 솔루션등에 대해 재고해야 한다.
NEP들이 직면한 3가지 어려움이란 최고의 제품 공급, 조기 시장 진입, 지속적인 비용 절감이다.
최고의 제품 공급
4G 시스템은 새로운 멀티미디어 어플리케이션이 요구하는 상당히 높아진 대역폭을 다루기 위해 필요한 성능을 제공해야 한다. 이로 인한 트래픽 증가는 고 대역폭 링크와 노드를 필요로 한다. 이러한 새로운 네트워크의 시작 링크 속도는 10Gbp/s이지만 기술 용량은 초고속 트래픽의 빠른 증가세를 해소하기 위해 빠르게 증가할 것으로 예상된다.
장비 성능 요구사항 역시 보안, 트래픽 단절, 네트워크 관리와 같은 광범위한 프로세싱 기능에 의해 발생하고 있다. 데이터 보안과 DoS(Denial of Service)공격 방지는 중요한 시장 요구 사항이 되어버렸다.
보안 기능에서는 검사와 암호화를 위해 추가 처리용 패킷이 요구된다. 4G 어플리케이션의 실시간 니즈가 광범위하기 때문에 QoS의 수행과 트래픽 관리 메커니즘을 통해 엔드유저의 서비스 품질 기대치를 만족시켜야 한다.
고가용성을 보장하기 위해 링크와 노드 리던던시가 적절히 공급되어야 한다. 사업자의 네트워크 리던던시 관련 비용 최소화를 위해 사업자는 로드 쉐어링 계획을 가지고 있어야 한다. 이는 QoS와 CoS 메커니즘을 사용하여 서비스 중요도에 따라 패킷의 우선순위를 정한다. 또한 케리어 그레이드 시스템이 필요한데, 하드웨어와 소프트웨어 장애율이 낮으면서 효율적인 장애 관리 기능을 갖춘 장비로써 장애 감지율이 높고, 신속한 복구를 제공하며 신속 복구를 위한 정확한 장애진단 기능을 제공한다.
포괄적인 네트워크 관리 기능은 운영 효율성 달성, 인서비스 업그레이드 지원, 절차상 에러 최소화 같은 것들을 필요로 한다. 시스템은 모듈 형태로서 진화가능하며 확장성을 갖추어 사업자 인프라 투자를 보호할 수 있도록 설계되어야 한다.
이러한 최고의 제품 역량은 4G 통신 시장 진입을 위한 기본 구성이다. 시장 점유를 원한다면 장비 밴더들은 제품을 경쟁사 제품과 차별화하는 부가가치 기능을 반드시 제공해야 할 것이다.
조기 시장 진입
4G시장은 빠르게 움직인다. 시장 리더쉽과 그에 따른 우세한 시장 점유 등은 빠른 제품시장출시시간(TTM)을 요구한다. 문제는 최고의 제품 역량을 갖추고서 내용과 설계 품질 면에서는 좀 타협하더라도 최고의 제품 역량을 가지고 최초 시장 진입 그룹에 속해야 한다는 것이다. 보통은 시장에 제일먼저 출시하기 위해 지름길을 택하는 경향을 보인다. 이는 내용과 설계 품질을 희생하면서 적절하지 못한 설계를 기본으로 신속히 제품 개발을 실행하면 가능한 일이다. 이러한 접근법의 리스크는 시장에서 좋은 명성을 쌓지 못하고 추후에 후속제품으로 계속 이어지기 어렵게 될 가능성이 높다는 것이다. 그 결과 NEP는 적시에 좋은 품질로 향후 업그레이드를 수행할 수 있는 역량에 타격을 입을 수도 있다.
비용 절감
IP 트래픽이 상당한 속도로 증가한다 하더라도 패킷당 수입은 감소중이다. 때문에 패킷당 비용을 상당히 절감하기 위해서는 비용 효율성이 필요한 것이다. 4G 시장점유를 위한 경쟁 결과 가격과 마진에 대한 지속적인 압박이 가해질 것이다. 문제는 최고의 제품을 최저 총소유비용으로 공급해야 한다는 것이다. 사업자의 관점에서 보면 이는 낮은 자본비용(CAPEX)과 낮은 운영지출(OPEX)를 의미하는 것이다. 장비 밴더의 관점에서 보면 이는 낮은 BOM과 낮은 개발 비용을 뜻한다.
더 적은 수의 시스템, 각각의 시스템에 대해 더 작은 풋프린트, 더 낮은 전력 소실, 더 적은 BOM은 사업자에게 비용 감축이라는 결과로 나타날 것이다. 즉 더 낮은 자본 지출과 설비 비용, 더 낮아진 전력 사용과 냉각비, 부품 재고 하락, 유지보수 비용 하락을 의미한다. 장비 밴더의 경우 BOM이 줄어든다는 것은 개발 및 지원비의 감축으로써 더 낮은 가격 및 마진 증가로 해석될 것이다.
여러 소프트웨어 로드의 적용으로 많은 제품으로 전환할 수 있는 "개방 플랫폼" 네트워크 요소의 사용은 사업자와 장비 밴더 비용을 훨썬 더 떨어뜨릴 수 있다. 수많은 개별화된 시스템을 통합 플랫폼으로 대체함으로써 CAPEX를 10:1까지 감축 가능하고 이는 초기 비용을 더 떨어뜨려 매출과 시장 점유를 가속화한다.
멀티코어 기술
성능 문제를 해결하고자 네트워크 프로세서 밴더들은 멀티코어 기술을 도입 중이며, 멀티코어 프로세서의 성능 잠재력을 활용하는 소프트웨어를 개발 중이다. 과거 싱글 프로세서 기술은 클럭 스피드 증대, 프로세싱 알고리듬 최적화, 캐쉬 사이즈 및 CPU까지의 거리를 가깝게 함으로써 네트워크의 대역폭 성장 속도를 맞출 수 있었다.
하지만 이러한 전략은 난관에 봉착했다. 마이크로프로세서 트랜지스터 수량의 통합은 계속해서 증가하고 있지만 고성능을 위한 클럭 속도 증가는 한계에 다 달았다. 전력 소모와 열밀도에 의해 한계에 봉착한 것이다. 그 결과 싱글 마이크로 프로세서 기술은 10Gb/s 라인율이라는 성능 요구를 수용하지 못하고 있다. 복수 싱글 프로세서 적용으로 성능 문제를 어느 정도 해결하지만 너무나도 비용이 많이 드는 솔루션이다.
복수 프로세서 솔루션은 멀티코어 솔루션보다 더 큰 물리적 공간을 필요로 하여 전력 소모도 커지고 더 많은 관리를 필요로 한다.
멀티코어 프로세스 기술(다이당 두개 이상의 프로세서)는 중요한 네트워킹 기능을 활성화하는데 필요한 성능을 제공한다. 이 기술은 복수의 싱글 프로세서 솔루션과 비교해보면 더 높은 프로세서 성능과 더 효과적인 전력 사용이 가능하며 서킷 보드 공간도 덜 필요로 한다. 하지만 설계가 복잡해진다는 어려움을 감수하여야 한다. 멀티 코어를 사용한 개발 프로젝트에서는 멀티코어의 성능과 유연성 등의 장점을 살리기 위해 소프트웨어의 개발 방식을 바꾸어야 한다.
멀티코어 솔루션 전략
멀티코어 솔루션의 복잡성 때문에 기업은 프로세서와 OS 설계의 전문 지식을 획득하고 이를 발전시켜야 한다. 오늘날처럼 경쟁이 극심한 임베디드 시스템 시장에서 NEP는 이 분야 뿐만 아니라 네트워크 인프라 및 어플리케이션 개발과 네트워크 전문 서비스 부문의 경쟁력을 유지하기 위해 균형을 잘 맞추어야 하는 어려움이 직면해 있다.
사업자들은 어플리케이션에 최고의 가치가 있다고 생각한다. 하지만 너무나도 자주 NEP의 연구 개발(R&D) 투자는 ROI가 더 높은 고부가가치 어플리케이션에서 보다 런타임 스택에 훨씬 깊은 수준으로 이루어졌다. 더욱이 한정된 R&D 예산에 대한 NEP내에서의 경쟁 때문에 충분한 투자가 이루어 지지 않고 초점도 흐려지는 경우가 많아 경쟁력 축소 및 시장 잠식이라는 결과도 초래하곤 하였다. 신속하고 낮은 가격으로 시장에 최고의 시스템 도입을 보장하기 위해서 필요한 NEP 전략은 제3자 협력사와 파트너 관계를 맺고 4G와 pre 4G 시스템을 위한 중요한 기본 구성 요소를 제공하는 일이다.
아래 그림은 우수한 NEP R&D 투자 전략을 보여준다.
조기 시장진입을 위해 NEP는 시스템 설계자이면서 기성품인 서브시스템들을 통합하는 역할을 수행해야 한다. 이러한 접근법은 통신 사업을 잘 이해하여 이러한 서브 시스템들이 필요할 때 개발되어 준비되도록 할 수 있는 써드 파티 밴더와 긴밀한 업무 파트너쉽 육성을 필요로 한다. 서브 시스템 설계들은 반드시 최고의 설계 품질과 쉽고 빠른 설계를 위한 설계 지원툴을 갖추어야 하며, 통합 테스트를 해야 한다. 그리하여 처음부터 문제 없이 바로 동작 할 수 있어야 한다. 이러한 전략이 대형 개발 프로젝트에 적용되면 6개월 내지 9개월 정도 새로운 제품 도입 시간을 줄일 수 있다. 즉 NEP는 최고의 임베디드 시스템 기술의 가치를 R&D 비용 또는 리스크 부담 없이 누리게 되는 것이다.
이러한 NEP 전략을 지원하기 위한 윈드리버의 접근법은 다음과 같은 성공 요소들로 구성된다.
표준 부합 솔루션: 여러 제품과 여러 개발 프로젝트에 재사용과 재이식성 가능. 이로인해 제품, 개발, 지원 비용과 개발 주기가 감축과 단축
성능 최적화: 임베디드 소프트웨어는 싱글 코어와 멀티코어 아키텍쳐의 상이함을 극복하고, Concurrnet 소프트웨어를 통한 멀티코어 프로세서의 컴퓨팅 파워를 극대화하기 위해 OS와 미들웨어 소프트웨어의 변화를 필요로 함.
안정성과 보안: 고가용성, 강건성(robu stness) 및 보안성 달성하기 위해 솔루션의 장애율은 낮아야 하고 포괄적인 장애 처리와 보안 기능을 갖추어야 함. 전체 시스템의 재부팅이 필요없는 부분적인 초기화, 오버로드 방지, 인서비스 소프트웨어 업그레이드를 위한 지원 등 여러 기능이 포함됨.
지원: 개발 환경에 통합된 개발툴과 전문가의 전문적인 지원 및 충분한 지식을 갖춘 직원들은 훌륭한 ?계 품질 보장과 개발 비용과 주기 절감 및 단축에 필수임.
Partnering: NEP와 타 서브시스템 제공자와의 파트너쉽은 시스템 레벨에서의 접근법을 취함으로써 설계 리스크를 줄일 수 있도록 함. 그리고 제품시장출시 소요시간과 개발 비용을 줄임.
멀티코어 임베디드 솔루션
그림 2는 윈드리버의 멀티코어 솔루션의 개념도이다. 솔루션에는 오퍼레이팅 시스템과 미들웨어가 포함된다. 솔루션은 어플리케이션 소프트웨어 개발의 모든 측면을 포괄하는 개발 환경과 툴이 지원한다.
윈드리버 솔루션 고객들은 상용급이자 기성품인 어플리케이션 플랫폼을 구매하여 고객들이 필요로 하는 부가가치 있는 어플리케이션에 시간, 자원, 돈을 집중할 수 있기 때문에 경쟁자들과 차별화 하는 것이 가능하다. 통합 수평 미들웨어는 IPv4, IPv6, RADIUS, and Diameter와 같은 네트워킹 기능으로 구성되어 있다. 이러한 기능들인 일상적으로 사용하는 네트워킹 플랫폼에는 기본이 되는 기능들이다. 또 보안 기능인 SSL (Secure Socket Layer), IKE (Internet Key Exchange), IPsec, 이동성 및 Wi-Fi, WiMAX 과LTE의 무선 기능을 포함한다. 윈드리버의 플랫폼은 SNMP (Simple Network Management Protocol) 과 CLI(commandline interface)와 같은 네트워크 관리 표준을 지원한다.
윈드리버 솔루션은 어플리케이션 요건에 따라 한 개 이상의 오퍼레이팅 시스템을 운영할 수 있는 유연성을 제공한다. 윈드리버 시스템은 VxWorks과 윈드리버 리눅스를 둘 다 제공한다. VxWorks는 확실한 응답시간 기능을 갖춘 업계 선도적인 실시간 운영 시스템이다. 윈드리버는 NEP의 OS 요구사항에 따라 Linux도 제공한다.
윈드리버 리눅스 시스템은 실시간에 가까운 정도의 솔루션이 필요한 경우를 대비하여 플랫폼에 모든 preempt kernel 루틴을 통합하여 갖추고 있다. 하지만 NEP가 리눅스 기반 솔루션에서도 확실한 하드 실시간 기능이 필요한 경우 실시간 코어를 갖춘 리눅스 플랫폼도 제공하고 있다.
윈드리버는 주요 하드웨어 아키텍쳐에 대해 세계에서 가장 광범위하고 가장 포괄적인 지원을 제공한다. 윈드리버는 ARM 아키텍쳐, IBM 셀 아키텍쳐, 인텔 아키텍쳐, 밉스(MIPS), PowerPC 및 SPARC를 지원한다. 윈드리버는 윈드리버 리눅스에 대해 175개 이상의 여러 보드 팩키지를 지원하고 VxWorks의 경우 200개가 넘는다.
멀티코어 구성 유연성
그림 3은 윈드리버의 구성 유연성을 보여준다. 다양한 멀티코어 구성 조합이 가능하지만 2개의 아키텍쳐가 주를 이룬다. SMP와 AMP이다.
SMP 모드에서는 동일 코어가 코어들 사이에서 균형을 이루고 있으며 프로세싱 로드를 공유한다. 심지어 로드가 빠르게 변화할 때도 프로세싱 로드를 공유한다. 코어들은 메모리 액세스가 동일한 공동 메모리를 공유한다. 싱글 SMP 운영 시스템은 모든 프로세서와 인터럽트(interrups), 어플리케이션을 관리한다. 멀티쓰레딩은 프로그램내의 다중 작업 실행을 말하는 것으로써 동시에 실행된다. 확장성이 좋아 코어가 추가되면 속도의 증가가 선형으로 이루어진다. SMP 구성은 다수의 쓰레드가 종종 데이터 공유는 하지만, 멀티코어의 성능을 완전히 이용하기 위해서는 어플리케이션의 멀티쓰레딩을 필요로 한다.
AMP 모드에서는 코어는 특정 업무에 배정되고 서로 독립적으로 운영된다. 각 코어는 프라이빗 메모리를 일부 가지며 각각 독자적인 OS인스턴스를 가지고 운영된다. 각각에 대해서 오퍼레이팅 시스템은 다를 수 있다. 예를 들면 VxWorks와 리눅스는 동일 멀티코어의 다른 프로세서에서 따로 운영된다. 프로세싱 로드는 전담 작업별로 파티션되어야 한다. 이러한 시스템은 SMP 솔루션보다 훨씬 잘 확장되며 운영 시스템의 분리 때문에 AMP는 장애 제어와 격리에 우수하다. OS 장애가 발생하더라도 다른 OS는 계속 운영된다.
AMP 솔루션은 데이터 공유가 최소한이며 프로세싱 기능간의 인터랙션이 적은 어플리케이션의 경우에는 최적이라고 할 수 있다.
윈드리버의 SMP와 AMP 시스템의 중요한 측면은 SMP 모드의 태스크 작업 조율과 AMP 모드에서 서로간의 상태 확인을 위한 통신에 필요한 프로세싱 오버헤드를 최소화 하는 고속 통신 기능이다.
컴퓨팅 자원의 추상화인 가상화의 결과는 설계의 단순함과 프로세서 파워의 활용 개선이며 구성상의 유연성을 가능하게 한다. 윈드리버의 Virtualization 소프트웨어는 하이퍼바이저(hypervisor) 기능을 사용한다.
이는 실시간 및 범용 운영 환경의 혼합을 포함하여 복수의 운영 시스템이 복수의 코어에서 동시에 운영될 수 있도록 한다. 이러한 구성은 운영 시스템간의 신속한 로드밸런싱이 가능하다.
멀티코어는 AMP와 SMP의 혼합 구성으로 설정할 수 있다. 여기서 일부 코어는 특정기능에 전담 배치될 수도 있고, 일부는 로드 공유 모드 운영에 할당된다.
마지막으로 "bare metal" 구성은 보통 AMP/SMP 구성과 함께 사용되며 극단적인 고성능과 확장성을 제공한다.
신속 포워딩
IP 패킷의 포워딩은 네트워크 프로토콜 스택을 채용하여 도착하는 패킷이 종료될 것인지, 포워드 될 것인지, 암호화 할 것인지, 전환될 것인지 등의 여부를 판단한다. 이는 어플리케이션 프로세싱에서 사용될 수 있는 귀중한 클럭 주기를 소진해 버리는 프로세싱 오버헤드를 발생 시킨다. 신속 포워딩은 네트워크 오프로드를 사용하면 가능하다.
네트워크 오프로드는 네트워크 스택을 거치지 않고 IP 포워딩 성능을 강화하는 테크닉이다.
패킷 포워딩은 유저와 컨트롤 프레인 트래픽과 각기 다른 보안 운영, 실시간 니즈, 안정성 우선순위의 결합물이다. 네트워크 오프로드 테크닉은 패킷 분류가 필요하고, 그 후 각 패킷 클래스는 서로 독자적으로 프로세싱한다. 그 결과 유저와 컨트롤 플레인 패킷은 각기 달리 프로세스 될 수 있고 포워딩 필요성에 따라 프로세서별로 프로세싱이 가능하다.
윈드리버의 멀티코어 소프트웨어 솔루션은 네트워크 오프로드 테크닉에 매우 적합하다. 데이터 플레인 기능은 성능 중심적이어서 단순하고 효율적인 알고리듬이 나온다. 이 알고리듬은 본디 패러랠(parallel)이라 SMP 모드에서 운영되는 멀티코어의 로드 공유 특성을 잘 활용할 수 있다.
윈드리버 네트워크 오프로드 솔루션은 빠른 경로와 느린 경로를 사용하는 이중 포워딩 접근법이다.
그림 4는 네트워크 샘플 구성 두 가지를 보여준다. 코어는 네트워크 스택을 필요로 하는 패킷을 위한 느린 경로 포워딩을 수행할 수 있도록 할당된다. 이는 유저와 컨트롤 플레인 트래픽 둘 다 포함한다.
빠른 경로는 OS에 독립적으로 신속 포워딩 기능을 운영한다. 글로벌 라우팅 테이블의 엔트리에 매치되지 않는 유저 플레인 패킷은 신속 경로 가상 인터페이스를 경유하여 스택으로 전달된다.
그렇지 않은 경우는 OS를 방해하지 않고 바로 포워드된다. 직접 포워딩과 시스템의 느린 경로 포워딩 워크로드 밸런싱을 통해 상당한 성능 향상을 얻을 수 있다. 이 솔루션은 프로세서 성능 강화 기능을 제공한다.
예를 들면, 효율적인 인터코어 커뮤니케이션 시스템을 통해 컨트롤 플레인과 느린 경로 및 빠른 경로 사이의 일치화(synchronization), IP 흐름 분류, 패킷 리오더링 방지, 패킷과 큐 요소(queue element) 할당 등이다.
윈드리버의 신속 포워딩 솔루션을 사용하여 포워딩 성능을 상당히 개선할 수 있다. 예를 들면 유니코어에서 전통적인 IP 포워딩을 사용하면 64바이트 프레임의 원패킷 플로우는 겨우 18Mb/s 정도의 쓰루풋을 확보한다. 싱글 포워딩 코어(멀티코어 포워딩)을 사용하면 64 바이트짜리 동일한 패킷 플로우는 762Mb/s의 와이어 스피드 쓰루풋에 접근할 수 있다. 멀티플 플로우 처리를 위한 코어 추가는 쓰루풋을 저해하지 않고 선형 확장할 수 있다.
장치 소프트웨어 최적화
일부 네트워크 시스템이 개발되는 방식에 관련된 중대한 리스크가 있을 수 있다. 오늘 날의 경향을 보면 써드 파티 서브 시스템이 새로운 NEP 제품으로 통합되어야 한다.
특히 소프트웨어의 상호의존성을 주로 다루는 설계의 복잡성 때문에 개발 주기 내내 문제가 될 수 있는 해결이 어려운 불량이 생길 뿐 아니라 비용이 많이 드는 재작업이 필요할 수도 있다. 이로인해 발생하는 리스크는 안정성 부실 및 유지보수 내지는 개선이 어렵고 비용 또한 많이 요구되는 설계라고 할 수 있다.
장치소프트웨어 최적화(DSO)는 이러한 문제에 대해 윈드리버가 제시하는 해답이다. DSO는 OS와 어플리케이션 소프트웨어의 효율적이고, 신속한 고품질 설계와 실행을 달성하기 위한 툴지원 프로세스이다.
핵심 DSO에는 프로젝트 전반의 기술과 활동의 표준화, 최적의 멀티코어 구성 선정, 24/7 전문가 서비스와 지원이 포함된다. 이는 윈드리버 워크벤치 온-칩 디버깅 컴파일러와 JTAG 가속기도 포함된다.
DSO는 고급 설계 기능을 제공한다. 즉 브레이크 포인트 없이 컨커런트 멀티쓰레드(concurr ent, multithreaded) 어플리케이션 소프트웨어를 개발할 수 있는 어플리케이션 소프트웨어와 디버깅 기능 등이 제공된다.
복수의 코어상에서 운영되는 하드웨어와 소프트웨어 간의 인터랙션 디버깅에 사용가능하며 멀티코어 정지/시작을 싱크 하여 분석하는 온-칩 시스템 모드 디버깅을 수행하여 모든 코어상의 모든 소프트웨어 프로세스를 언제나 들여다볼 수 있다.
시스템 전체의 데이터값을 추적할 수 있으며 공동 자원 경쟁 문제를 해결하며 동적/정적 라우팅 인터럽트에 대한 프로세서 할당을 보여준다.
윈드리버의 24/7 전문 서비스는 DSO의 핵심이다. 제품 개발에서 구현 및 운영에 이르기까지 모든 구성에 대해 전문적인 설계 엔지니어링 지원을 제공한다.
윈드리버의 DSO는 NEP로 하여금 단기간에 아주 높은 수준의 품질과 안정성을 가지고 멀티코어 개발을 마스터 하게끔 한다. 솔루션은 향후에도 사용할 수 있는 것으로 가장 최신의 멀티코어 기술을 쉽게 다른 제품 설계에도 적용 가능하다.
차별화 요소
장치 소프트웨어는 시장 차별화에 기여할 수 있는 핵심 구성요소이다. 윈드리버의 진보된 기술은 장치 최적화 업계의 다양한 요구 사항을 충족시킬 수 있도록 설계되었다. 윈드리버 솔루션은 VxWorks와 윈드리버 리눅스, 어플리케이션 개발을 단순화하는 공동 API, IPv6, IKE, IPsec 같은 광범위한 범위의 프로토콜을 위한 공통 네트워킹을 구현한다.
윈드리버는 설계자가 공동 미들웨어의 표준화를 진행할 수 있는 다수 플랫폼을 제공하며, 최적화된 임베디드 환경은 오픈 소스 소프트웨어로부터 포팅(porting)을 필요로 하지 않는다.
그림 5는 ASN-GW WiMAX 시스템을 위한 윈드리버 최신 기술 디자인 중 하나를 보여준다.
윈드리버 스택은 모바일 노드 IPv4와 IPv6 모빌리티를 지원하는 홈 에이전트와 외부 에이전트를 실행한다. 모빌리티 지원은 연결을 중단시키지도 않고, 네트워크의 다른 노드로의 접근성을 변경하지 않고도 한 노드로 한 네트워크 링크에서 다른 링크로 이동할 수 있다. 윈드리버에서 제공하는 모바일 IP 개선점은 아주 낮은 핸드오프 레이턴시(handoff latency)로 유저들이 한 네트워크에서 이동할 때 서비스 품질 악화를 겪지 않고 동일한 IP 어드레스를 유지할 수 있도록 한다. 이는 고대역폭, 실시간 4G, pre-4G 어플리케이션에서 매우 중요한 기능이다.
윈드리버 무선 솔루션은 IPNET을 포함한다. 이는 하이엔드 네트워크 장비를 위해 모든 것이 갖추어진 확장 가능한 IT 라우팅 스택이며, 무선에 맞추어 최적화 된 EAP(확장가능한 인증 프로토콜)을 포함하는 supplicant에 부합한다.
윈드리버는 LTE, WiMAX 및 기타 차세대 네트워크 (NGN) 솔루션에 대해 현재 노텔, 알카텔-루슨트, 와이코러스와 같은 4G NEP와 파트너 관계이다. 무선 부문에서 당사는 많은 주력 회사들과 좋은 파트너쉽을 유지해 오고 있다.
당사는 Airvana와 긴밀한 협력속에서 세계 최초의 CDMA2000 1xEV-DO 초고속 솔루션을 공급했으며 이 솔루션은 케리어 그레이드급의 성능과 안정성을 제공한다.
당사는 Airvana에 여러 플랫폼을 아우르는 공통 개발 환경을 제공할 수 있었으며 이를 통해 Airvana 설계자들은 생산성 향상, 개발비 절감등을 이루며 시장에 최우선으로 진입할 수 있었다. Airvana는 컴퓨팅 플랫폼 설계의 경우 윈드리버에 의뢰함으로써 자신의 전문지식과 개발 노력을 시스템 설계와 어플리케이션에 집중할 수 있었다.
차별화 요소
향후 몇 년 동안, 4G는 수십억 불에 달하는 시장으로 성장할 것이다. NEP는 4G 사업을 위해 성공적으로 경쟁해야 하는 중대한 도전을 맞이하고 있다. 시장을 이끌어 나가는 메이져 벤더가 되기 위해 NEP는 새로운 초고속 멀티미디어 서비스에 필요한 성능을 충족시키는 경쟁력 있는 제품으로 시장에 조기 진입할 필요가 있고 또한 최저 비용으로 이를 수행할 수 있어야 한다.
네트워크 프로세서는 NGN을 위한 컴퓨팅 엔진이다. 이는 라우터, 서버, 스위치, 기지국, 무선 액세스 노드 등에 들어있다. 싱글 프로세서 솔루션은 대역폭 급증 및 실시간 니즈 등 4G 네트워크가 필요로 하는 경향을 맞출 수 없다. 다수의 싱글 프로세서 솔루션이 너무나도 비용이 많이 들기 때문에 여러 코어를 싱글 다이에 통합하는 멀티코어 프로세서 사용 경향이 나타나게 되었다. 멀티코어 솔루션은 보안, 장애, 네트워크 관리 등 4G와 pre 4G 고속 및 다양한 컴퓨팅 기능에 이상적으로 적합하다.
하지만 멀티코어 컴퓨팅 기술에는 약점이 있다. 설계 복잡성이 증가한다는 것이다. OS와 어플리케이션 소프트웨어 개발 방식은 Concurrent 프로그래밍 모델을 적용할 수 있도록 변화해야 한다.
따라서 멀티코어 임베디드 솔루션은 SMP와 AMP의 다양한 조합을 지원하는 OS와 미들웨어 소프트웨어가 적용되어야 한다. 이러한 시스템은 재사용을 지원할 수 있도록 모듈로 디자인 되어야 하며, 어플리케이션 개발 과정과 멀티코어를 4G 장비에 통합하는 과정에서의 복잡성을 줄여 줄 수 있는 개발환경과 툴도 지원되어야 한다.
윈드리버의 멀티코어 솔루션은 NEP가 4G 시장을 겨냥한 고성능 저가 솔루션으로 최초 시장진입을 할 수 있도록 설계되었다.
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