"우주탐사 시대 개막, 자일링스 FPGA가 최적의 솔루션"

[인터뷰] 미날 사완트 자일링스 우주 부문 책임자 "ASIC으론 즉각 대응 어려워"

우주탐사기업 스페이스X가 지난달 민간기업 최초로 유인 우주선 크루 드래건을 쏘아올리면서 민간 우주탐사 시대의 개막을 알렸다.

스페이스X의 성공은 과학적 탐사영역에 머물렀던 국가주도의 우주산업이 민간주도의 상업적 '우주경제 시대'로 탈바꿈하는 계기로, 향후 제조부터 서비스 영역까지 다양한 파생산업을 창출할 것으로 기대된다.

특히, 반도체는 첨단기술의 집약체인 우주기기 제작에 필요한 핵심요소로 그 수요가 급증할 것으로 전망된다. 우주라는 극한의 환경에서 오류 없이 동작해야하는 우주용 반도체의 경우, 일반 반도체와 비교해 높은 내구성과 고성능을 요구한다. 이에 최근 시장에서는 용도에 따라 칩셋 형태를 최적화할 수 있는 '프로그래머블 반도체(FPGA)'가 주목을 받고 있다.

지디넷코리아는 FPGA 분야 세계 1위 자일링스의 우주 애플리케이션 담당 책임자 미날 사완트로부터 우주탐사 시대의 FPGA 역할과 전망을 들어봤다.

미날 사완트 자일링스 우주 애플리케이션 부문 시스템 설계 및 마케팅 책임자. (사진=자일링스)

-최근 스페이스X가 민간 우주탐사 시대의 문을 열었습니다. FPGA 선두주자인 자일링스의 기대감이 클 것 같습니다.

"시장조사업체 프로스트앤설리번에 따르면 전 세계 위성제조 시장은 2019~2030년까지 3천660억6천만달러(약 443조424억원)에 이르는 매출 기회가 발생할 것으로 전망되고 있습니다. 자일링스의 세부적인 매출 수치나 시장 점유율에 대한 구체적인 정보를 제공할 수는 없지만, 우주 애플리케이션에서 자일링스 FPGA는 상당한 강점을 가지고 있습니다. 우선 재프로그래밍이 가능하고, 탁월한 디지털신호처리(DSP) 성능과 주문형반도체(ASIC)에 비해 짧은 설계 주기, 그리고 현재 위성에 탑재된 머신러닝 추론 등을 강점으로 꼽을 수 있습니다. 자일링스는 또한 업계에서 유일하게 궤도 상에서 제한없는 재구성이 가능한 솔루션을 제공하는 유일한 회사입니다.

자일링스는 최근 우주용 FPGA '킨텍스 울트라스케일 XQRKU060'를 선보였습니다. 킨텍스 울트라스케일 XQRKU060 FPGA는 20나노미터(nm) 파장대의 방사선 내성을 갖춘 업계 최초의 우주 품질등급 FPGA입니다. 위성 및 우주 애플리케이션을 위해 완벽한 방사선 내성과 초고 처리량 및 대역폭 성능을 제공합니다. 이는 궤도 상에서 제한 없는 재구성이 가능하며, 페이로드 애플리케이션에서 10배 이상의 DSP 성능과 모든 궤도에 걸쳐 완벽한 방사선 내성을 갖추고 있습니다.

XQRKU060은 처음으로 우주 애플리케이션에서 고성능 머신러닝도 제공합니다. 텐서플로우 및 파이토치를 비롯한 업계 표준 프레임워크를 지원하는 다양한 머신러닝 개발도구로 완벽한 프로세스 및 분석 솔루션을 구현할 수 있으며, 우주 공간에서 실시간 온보드 프로세싱을 위한 신경망 추론 가속화가 가능합니다. 또 고밀도의 전력 효율적인 컴퓨팅 성능과 확장 가능한 정밀도 및 대용량 온칩 메모리를 통해 딥러닝에 최적화된 5.7TOPS(초당 5조7천억번의 연산)에 이르는 데이터 연산성능(INT8)을 제공하며, 이는 이전 세대 대비 거의 25배 증가한 것입니다."

-우주시장 공략에 나서는 반도체 기업들이 늘어날 것 같습니다. 업계 동향은 어떻습니까.

"우주 애플리케이션의 새로운 트렌드는 실시간으로 수백 기가비피에스(Gbps)의 데이터 스트림을 처리하고, 궤도상에서 데이터를 처리할 수 있는 성능과 위성발사 전후에 변경이 가능한 유연한 시스템 아키텍처에 대한 요구가 높아지고 있다는 점입니다. 위성을 우주로 보내기 위해서는 세계에서 가장 선도적인 첨단 컴퓨팅 기술이 필요합니다. 우주공간에서 데이터를 처리하고 전송하는 기술과 칩셋은 지구 상에서 사용하는 것과는 환경이 매우 다르기 때문입니다. 이러한 기기는 발사(진동, 열, 힘)을 견뎌내고, 극한의 방사선 내성을 갖춰야합니다. 또 영하 55도의 추위와 영상 125도의 고온에서 안정적으로 동작할 수 있어야하는 것은 물론 최적화된 크기와 무게, 전력이 필요합니다.

최근 미국 정부에 의해 새로운 우주군(SFC)이 구성되고, 달과 화성 등 우주를 탐사하기 위한 임무가 마무리되고 있습니다. 모든 나라들이 더 많은 위성과 연결하기 위한 노력을 기울이고 있습니다. 또 상업 분야에서 새로운 대역을 사용할 수 있도록 연방통신위원회(FCC)의 정책도 변화하고 있습니다. 지금은 엄청난 우주 혁신의 시기라고 할 수 있습니다. 이러한 새로운 요구에 따라 새로운 기술을 채택하기 위해서는 일반적으로 위험을 회피하려는 시장의 도전이 뒤따르게 됩니다. 전통적으로 정보를 한 주파수에서 수신하고, 다른 주파수로 재전송하는 반사관형 중계구조에서 위성 통신은 변화하고 있습니다.

대신 보드상에서 가능한 프로세싱이 새로운 요구로 부상하고 있습니다. 이는 우주의 위성에서 부호화·복호화, 변조 및 복조를 처리하는 것입니다. 데이터가 폭발적으로 증가하고, 짧은 지연시간과 높은 대역폭(주문형 비디오 및 실시간 트래픽 탐색 등)에 대한 필요성이 증가함에 따라 오늘날의 과제는 광대역 위성과 원활하게 연결할 수 있도록 궤도 상에서 수백 Gbps의 성능을 얻는 것입니다. 또 완벽한 프로세스 및 분석 솔루션을 통해 우주 상의 실시간 온보드 프로세싱을 위해 머신러닝 추론을 통한 인공지능을 적용하는 문제 또한 도전과제로 제기되고 있습니다."

-우주시장에서 자일링스가 확보하고 있는 차별화된 경쟁력이 궁금합니다.

"앞에서 말씀드렸지만, 우주시장에서는 다양한 도전 과제와 함께 온보드 전자장치에 대한 새로운 요구사항을 충족시키기 위해 성능 병목현상을 해결해야 합니다. 우주산업은 최신 기술과 최첨단 기술 노드를 선택하고, 지상이 아닌 우주에서 데이터를 프로세싱 할 수 있는 최신의 혁신 기술을 활용할 수 있습니다. 또 새로운 알고리즘과 표준이 끊임없이 진화함에 따라 아키텍처를 유연하게 변경할 수 있어야 합니다. 전통적으로 주문형반도체(ASIC)가 적용돼 왔지만, FPGA의 즉각적인 적응성을 제공하지는 못합니다. 차세대 우주 임무와 위성을 위해서는 혹독한 환경의 요구조건을 충족시킬 수 있는 안정적인 컴포넌트가 필요하며, 크기, 무게, 전력 간의 상충관계 또한 고려해야 합니다. 각각의 환경은 임무 수명과 프로필에 따라 서로 다른 요구사항을 가지고 있습니다.

자일링스 '킨텍스 울트라스케일 XQRKU060'. (사진=자일링스)

자일링스는 20년 이상 혁신적인 첨단 우주 품질등급의 기술을 제공해 왔습니다. 이리듐 넥스트(통신위성)와 같은 위성 외에도 자일링스 솔루션은 화성탐사로봇(차기 화성탐사로봇 발사는 7월 중순 예정)과 태양궤도선(현재 우리 은하의 태양에 가장 가까이 근접하고 있음)을 비롯한 50개 이상의 다른 프로젝트를 통해 우주 임무를 실현하고 있습니다. 또 발사 시의 조작 및 진동을 견딜 수 있도록 우주 환경에 적합한 세라믹 패키지도 보유하고 있습니다. 이는 우주 애플리케이션을 위한 최고의 품질 표준인 MIL-PRF-38535에 따라 전기 테스트를 완료했습니다. FPGA 아키텍처 측면에서도 자일링스는 디바이스의 중요 부분에 SEE(Single Event Enhancement)를 구현함으로써 향상된 방사선 내성을 제공합니다. 특히 자일링스는 FPGA와 함께 동작하는 개발도구와 주변장치 컴포넌트를 위해 다양한 파트너들과 협력하고 있습니다. 또 아날로그디지털변환회로(ADC), 전력 솔루션, 지식재산, 비휘발성 메모리 등 다양한 솔루션을 제공하고 있습니다."

-신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)의 세계적인 확산이 비대면 사회로의 진입 등 다양한 변화를 일으키고 있습니다. 자일링스는 이에 대비해 어떤 활동을 하고 계신가요.

"코로나 19의 장기적인 영향에 대해 구체적으로 예측하기는 어렵지만, 자일링스 또한 모든 회사들과 마찬가지로 변화하고, 적응해야 합니다. 자일링스는 적응형 기술의 선도주자로서 DNA 자체에 적응성을 가지고 있기 때문에 보다 신속하게 조정해 나갈 수 있을 것으로 생각합니다. 비즈니스 측면에서는 코로나 19와 싸우고 있는 고객들에게 우선적인 서비스를 제공하기 위해 별도의 대응팀을 구축했습니다. 또한 도움이 필요한 사람들을 돌보고, 바이러스 백신을 개발하는데 도움을 주고 있는 여러 자선단체에 기부금을 전달하기도 했습니다. 이것이 저희가 진행한 두 가지 사례입니다. 직원들 측면에서 보면, 이러한 변화의 과정을 잘 관리했다고 말할 수 있게 돼 정말 기쁘게 생각합니다. 자일링스 직원들은 정교하고, 효율적이며, 창의적입니다. 이들은 사무실에서와 마찬가지로 집에서도 효과적이고 효율적으로 업무를 수행하는 것으로 나타났습니다. 우리는 앞으로도 직원들이 재택근무를 진행할 수 있도록 더 많은 유연성을 제공할 계획입니다."