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엣지에서 클라우드까지 혁신을 통해 도시를 보다 스마트하고 안전하게 만드는 방법

입력 : 2020.03.27 11:45

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[첨단 헬로티]


스마트 시티는 기술과 인프라를 접목하여 안전성 및 효율성을 높임으로써 시민의 삶을 개선한다. 그러나 대도시 지역의 인구 증가로 인해 인프라 관리 및 능동적 시민 보호의 측면에서 도시의 당면 과제는 갈수록 심화되고 있다. 도시 인구의 이동성 증가와 더 많은 사람들이 그 어느 때보다 장거리 이동이 많아지면서 추가 기술 솔루션을 활용하고, 기존 기술을 개선해야 할 필요성이 높아지고 있다. 


보다 안전한 도로를 만들려면?

고해상도 카메라…이미지 센서의 결합


도로공사와 경찰은 교통 혼잡을 모니터링하고, 사고에 대응하고, 도심에서의 위협적 행동을 파악하기 위해 비디오 시스템을 이미 광범위하게 사용하고 있다. 그렇다면 이러한 시스템을 최적화하여 도로를 더 안전하게 만들 수는 없을까?


보다 뛰어난 카메라 해상도를 갖춘다면 가능할 것이다. 차량번호판 인식 성능이 높아지면, 보다 강력하게 교통법규를 집행할 수 있으며, 궁극적으로는 운전자가 적발 가능성을 충분히 이해함으로써 혼잡을 유발하는 특히 신호등이나 교차로 규제 위반 행위가 줄어들게 될 것이다. 또한 교통정보 수집 카메라 및 과속단속 카메라를 개선하면 혼잡을 줄이고 안전 운전을 장려하는데 도움이 된다. 카메라가 제공하는 정보의 품질을 향상시킬 수 있는 또 다른 요소는 일반적으로 시야각을 넓히고, 나이트-비전(Night-Vision) 성능을 개선하는 것이다. 두 가지 모두 여러 이미지 센서를 결합하여 달성할 수 있다.


또한 사람의 몸짓을 디코딩하는 뛰어난 지능형 기술을 갖춘 고해상 스마트 카메라는 폐해를 미연에 방지할 수 있도록 도움을 줄 수 있다. 이를 위해서는 시스템의 프론트-엔드 및 백-엔드 모두 개선이 필요하다. 4K 센서와 같은 고해상 이미지 센서로 간단히 업그레이드하게 되면 엣지 장치에서 수집 및 처리되어, 저장 및 분석을 위해 클라우드로 전송해야 하는 각 프레임과 관련된 데이터는 크게 증가하게 된다.


그림 1. 지능형 교통 시스템의 스마트 카메라


급증한 데이터량 처리 해법은?


FPGA(Field Programmable Gate Array)는 실시간으로 여러 고속 데이터 스트림의 대규모 병렬 신호 처리가 가능한 것으로 잘 알려져 있다. 자일링스의 징크 울트라스케일+(Zynq UltraScale+TM) MPSoC(Multi-Processor System-on-Chip) 디바이스는 최첨단 16nm 공정기술로 생산되고 있으며, 칩-투-칩 통신과 관련한 일반적인 신호 지연을 방지하는 하드 IP로 구현된 4K 비디오 인코더를 내장하고 있는 단일 칩 솔루션이다.


또한 자일링스는 레인 당 2.5Gbps의 새로운 MIPI IP를 제공함으로써 빠르게 주변장치 인터페이스를 지원하고 있다. 더불어 스마트 시티 애플리케이션을 위한 나이트-비전 카메라와 스테레오 교통 스냅 카메라, 파노라마 카메라, AI 박스와 같은 다양한 시스템 개발 프로젝트에 참여하고 있다.


자일링스는 AI 기술을 프론트-엔드 및 백-엔드 비디오 장비에 통합함으로써 전체 시스템의 정확도 및 효율성을 향상시킬 수 있다. 스마트 카메라와 연결되는 일반적인 백-엔드 시스템은 스마트 NVR(Network Video Recorder) 및 스마트 서버, VMS(Video Management Software)로 구성된다.


AI 기반 지능형 비디오 분석 기술은 이러한 제품에 필수적이며, 스마트 NVR/서버는 메타 데이터로 실시간 비디오 분석을 제공한다. 또한 스마트 NVR은 이벤트 별 지능형 인덱스를 지원하며, 정밀 리코딩이 가능하고, 저장 공간을 절감할 수 있도록 해준다.

이러한 성능을 향상시키기 위해 자일링스는 클라우드 가속을 위한 460GB/s 대역폭의 HBM2(High-Bandwidth Memory) 칩과 16nm 울트라스케일+ FPGA를 통합한 혁신적인 알베오(Alveo™) U50 적응형 가속기 카드를 개발했다.


최신 적응형 컴퓨팅 가속 플랫폼인 버설(Versal™) ACAP(Adaptive Compute Acceleration Platform)은 초당 멀티 테라비트 성능의 NoC(Network on Chip) 인터커넥트와 수백 개의 VLIW SIMD 프로세서가 긴밀하게 통합된 첨단 AI 엔진을 갖추고 있어 컴퓨팅 성능을 초당 100테라급 수준으로 향상시켰다(TOPS@ INT8). 이를 통해 지능형 비디오 시스템의 AI 성능을 대폭 개선하고, 엣지 및 클라우드에서 AI 애플리케이션을 크게 가속화할 수 있게 되었다.


그림 2. 스마트 비디오 감시 시스템 - 엣지와 클라우드 간의 협업


자일링스는 이러한 첨단 디바이스를 프로젝트에 적용해야 하는 개발자들을 위해 애플리케이션 개발을 위한 바이티스(Vitis™) 및 머신러닝 추론을 가속화하고 최적화할 수 있는 바이티스 AI(Vitis AI™)와 같은 툴을 비롯해 혁신적인 에코시스템을 구축하고 있다.



그림 3. 통합 소프트웨어 플랫폼인 바이티스(Vitis) 개요


다가올 미래 시티


AI 기술은 도시의 스마트 안전, 스마트 인프라, 스마트 교통으로 나아가는 발전 과정을 촉진시킬 수 있다. 혁신적인 FPGA와 MPSoC, ACAP 디바이스를 비롯해 엣지 및 클라우드 애플리케이션 구축을 가속화하기 위해 이러한 디바이스를 통합한 AI 가속기 카드와 같은 다양한 첨단 기술을 통해 스마트 시티가 생성하는 엄청난 양의 데이터를 실시간으로 처리할 수 있는 자율 AI 플랫폼을 구현할 수 있다.


미래 세대의 AI는 우리가 이해하고 있는 스마트 시티의 기본적인 개념에 반응하는 것을 넘어 교통 센서, 주차 센서, 대기질 센서, 날씨 센서, 주변광 센서 등 광범위하게 배치된 수천 또는 수백만 개에 이르는 여러 유형의 센서 데이터들을 도입하여 자원관리에 대한 예측까지 수용 가능하게 될 것이다. 오늘날의 스마트 시티는 다가올 미래의 초기 버전에 불과하다.


글 / 트레버 웽(Trevor Weng) 자일링스 산업, 비전, 헬스케어 및 과학 마케팅 매니저

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