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무궁무진한 IoT 시장, 반도체 기업들 IoT 주도권 경쟁

입력 : 2016.12.05 09:22

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IoT 개발 보드부터 통합 솔루션까지 출시하며 치열한 경쟁 속으로


빠르게 성장하고 있는 IoT 시장의 애플리케이션들은 무궁무진하다. 반도체 기업들은 앞다퉈 IoT 개발 보드에서부터 모듈 형태의 하드웨어는 물론 소프트웨어, 클라우드, 보안, IoT 생태계까지 아우르는 통합 솔루션까지 내놓으며 수십억 개의 디바이스를 연결하는 IoT 네트워크로의 무한한 가능성을 열고 있다. 최근 반도체 기업들이 출시한 IoT 개발 솔루션을 집중적으로 살펴본다.


전세계적으로 커넥티드 디바이스의 수는 현재 약 150억 개에서 2020년에는 2,000억 개에 이를 것으로 전망되고 있으며, 대부분 IoT 시장의 폭발적인 성장으로부터 기인할 것으로 전망된다. 


이미 많은 제조업체 및 사업가들은 물론, 크고 작은 기업들과 벤처 투자자들까지도 이 시장에 많은 관심을 보이고 있다. 적용 영역 또한 매우 다양하기 때문에 스마트 홈에서 데이터 분석, 보안에 이르기까지 애플리케이션의 한계는 없다. 


글로벌 반도체 기업들은 이러한 아이디어를 발전시키고, 실현시킬 수 있는 하드웨어 및 소프트웨어 툴들을 속속 발표하고 있다. 이 툴들은 다양한 특징을 가지고 있다. 저렴한 비용과 낮은 전력 소모 뿐만 아니라 제조업체들이 더욱 간단하게 무선 솔루션을 습득할 수 있도록 사용 편의성을 강조하고 있다. 즉, 제조업체 및 취미 개발자 커뮤니티들이 다양한 무선 접속 기술을 전자기기 개발 프로젝트에 손쉽게 적용할 수 있도록 적극적으로 지원하고 있다. 


삼성전자, 저전력·경량화 된 아틱(ARTIK) 


삼성전자는 IoT 기기 개발 플랫폼인 ‘아틱(ARTIK)’의 신제품 ‘ARTIK 0’과 ‘ARTIK 7(사진 1)’을 공개하고 본격적인 IoT 시장 공략에 나섰다.


▲ 사진 1. 삼성전자의 IoT 기기 개발 플랫폼 ‘아틱(ARTIK)’ 신제품 ‘ARTIK 0’과 ‘ARTIK 7’


아틱 플랫폼은 모듈 형태의 하드웨어는 물론 소프트웨어, 클라우드, 보안, IoT 생태계까지 아우르는 통합 솔루션으로 IoT 개발자가 제품 개발 프로세스를 가속화하고 출시일정을 앞당기며, IoT 제품의 총소유비용을 개선할 수 있도록 도와주며, 디바이스에서부터 허브, 클라우드, 데이터 관리에 이르기까지 우수한 보안성을 제공한다. 


ARTIK 0는 저전력, 경량화, 저비용의 특성을 갖춘 모듈로 주로 HVAC(Heating, Ventilation, Air Conditioning), 조명, 건강 정보를 모니터링 할 수 있는 제품 등에 특화된 개발 모듈이다. 


이 제품은 개발자들의 요구에 따라 지그비 또는 블루투스 등 저전력 무선 통신 표준 기능과 저전력 마이크로컨트롤러가 탑재돼 고객과 파트너사들이 보다 쉽게 네트워킹 기능을 구현할 수 있도록 했다. 이와함께 ARTIK 7은 강력한 무선 통신 기능은 물론 고사양의 멀티미디어 프로세서와 리눅스 OS, 보안 기능 등이 탑재돼, 복수의 컴퓨터와 근거리 통신망 등을 서로 연결하고 컨트롤하는 고성능 게이트웨이에 적합하다.


삼성전자는 기존 모듈 라인업에 ARTIK 0, ARTIK 7을 추가해 빠르게 확대되고 있는 IoT 시장에서 파트너사와 개발자들에게 좀더 다양한 솔루션을 제공할 수 있게 됐다.


한편, 삼성전자는 지난해 5월 아틱(ARTIK) 모듈 3종 (ARTIK 1, ARTIK 5, ARTIK 10)을 선보였으며, 올해 4월에 열린 ‘삼성 개발자 컨퍼런스 2016’에서는 개방형 데이터 교환 플랫폼인 ‘아틱 클라우드(ARTIK Cloud)’를 공개한 바 있다.


삼성 ARTIK 플랫폼은 새로운 기업용, 산업용, 그리고 소비자 가전용 애플리케이션 개발에 필수적인 하드웨어, 소프트웨어, 툴 및 삼성 ARTIK 클라우드 빌딩블록을 제공한다. 이제 개발자들은 전체 시스템 개발 작업을 처음부터 새롭게 시작할 필요없이, 새로운 애플리케이션과 서비스 설계에 자신들의 전문성을 집중함으로써 제품 출시일정을 앞당길 수 있게 됐다. 


삼성전자 관계자는 “아틱 플랫폼을 통해 IoT 기반의 스마트 제품을 보다 빠르게 시장에 선보이고, 다양한 기기간의 연결을 통해 혁신적인 사용 사례를 만들어 나갈 것”이라고 말했다. 그는 또 “한층 강화된 아틱 모듈 라인업을 통해 고객들에게 더욱 다양해진 옵션과 효율적인 솔루션을 제공해 IoT 시장 성장을 견인해 나갈 것”이라고 덧붙였다.


ST, STM32 에코시스템 기반 무선 IoT 기기용 로라 키트


ST마이크로일렉트로닉스(이하 ST)는 STM32 마이크로컨트롤러 에코시스템을 활용해 로라(LoRa) WLPWAN 연결 기반의 사물인터넷 시제품을 개발할 수 있는 저비용 개발키트 ‘P-NUCLEO-LRWAN1(사진 2)’을 출시했다. 


▲ 사진 2. ST마이크로일렉트로닉스의 STM32 에코시스템 기반 무선 IoT 기기용 로라 키트 


P-NUCLEO-LRWAN1은 초저전력 STM32L073 누클레오 보드와 셈텍(Semtech) 로라 트랜시버 SX1272 기반의 RF 확장 보드를 갖추고 있다. 전력 효율성이 우수한 ARM Cortex-M0+ 코어와 자체 초저전력 기능들을 갖추고 있는 STM32L073 MCU는 계량기, 알람 시스템, 위치추적 장치, 트래커(Tracker), 원격 센서와 같은 기기에서 역할을 담당한다. 모션, 습도, 온도 센싱을 위한 X-NUCLEO-IKS01A1 센서 보드와 같은  확장 보드를 추가하면 기능을 더 확장할 수 있다. 


로라는 기존 셀룰러 통신망에 비해 저전력 소모와 적은 비용 소모와 같은 장점을 갖는 장거리 통신망이다. 또한 다중 통신 모드를 비롯해 정확한 실내/실외 위치 인식, AEX-128 보안 같은 기능을 다양하게 갖추고 있다. LoRaWAN 1.0.1 버전과 호환되는 양방향 단말기 구현에 필요한 요소들을 모두 포함하고 있으며, 클래스 A 및 클래스 C 프로토콜을 지원한다. 단말 기기는 OTAA(Over-The-Air Activation)나 ABP(Activation-By-Personalization)를 통해 활성화가 가능하다.


STM32 에코시스템를 통해 샘플 코드 및 HAL(Hardware Abstraction Layers)을 포함한 소프트웨어 패키지 및 STM 32Cube 툴 등 풍부한 개발 리소스를 활용할 수 있으며 이에 더해 다양한 성능 및 전력, 패키지, 가격대의 700여 종의 STM32 MCU에 포팅이 가능하다. 친숙한 IDE 및 ARM 엠베드(mbed) 온라인 무료 툴을 사용하는 것도 가능하다. 


ST 관계자는 “P-NUCLEO-LRWAN1 키트의 저렴한 비용 이점을 누리며 프리랜서 개발자, 대학생, 취미 개발자 등 다양한 엔지니어들이 하이엔드 로라를 개발해 볼 수 있다”고 말했다.


마이크로칩, IoT용 원거리 RF 트랜시버 및 커넥티비티 개발 키트


마이크로칩테크놀로지는 업계 최초로 FCC 승인을 받은 통합된 RF 트랜시버 및 개발 키트(사진 3)를 출시했다. 이 키트는 IoT용 솔루션 분야의 세계적인 리더인 시그폭스(Sigfox)의 네트워크용 IoT 솔루션 개발을 위해 만들어졌다. 이 키트는 마이크로칩의 고집적 ATA8520E에 의해 구동되며, 이는 AVR 마이크로컨트롤러가 내장된 저전력 RF 트랜시버 제품이다. 또한 최초로 FCC 인증을 받은 보드를 내장하고 있으므로 개발자들은 시그폭스의 원거리 2웨이 글로벌 IoT에 손쉽게 연결할 수 있으며, 저렴하면서도 전력 소모가 적은 디바이스-클라우드 간 연결 솔루션을 개발할 수 있다. 


▲ 사진 3. 마이크로칩의 FCC 승인을 받은 통합된 RF 트랜시버 및 개발 키트


ATA8520E는 미국 지역에서 물류, 농업, 스마트 시티, M2M을 비롯한 다양한 IoT 애플리케이션에 사용하기에 적합하다. 또한 ATA8520E는 업계 최초로 시그폭스 승인을 받은 칩으로 북미와 유럽 지역 모두에서 사용할 수 있다.


마이크로칩에 따르면, 이 솔루션은 두 가지 버전으로  공급된다. 고객들은 이 시그폭스 인증 ATA8520E를 주로 기술 테스트용으로 설계된 독립형 키트 타입으로 구입하거나, 또는 시스템 디자인 솔루션인 Xplained PRO 보드와 결합된 형태로 구입할 수 있다. 두 가지 모두 비인가 ISM 대역으로 동작하는 시그폭스 IoT 네트워크 전용으로 설계됐다. 또한 시그폭스 라이브러리, 변조, ID 및 PAC 코드, 보안 키 등의 일체 필요한 지원을 제공하므로 IoT 개발자들의 개발 시간을 더욱 단축시킬 수 있다.


시그폭스는 현재 24개 국가에 진출해 자사 네트워크로 800만 개 이상의 디바이스를 등록하고 있는 회사로서, 원거리로 소량의 데이터를 주기적으로 전송하는 수십억 개의 디바이스를 어디서나 간편하고도 뛰어난 에너지 효율로 연결할 수 있는 매끄러운 단일 글로벌 네트워크를 구축하고 있다. 시그폭스와 마이크로칩은 IoT 디바이스의 가격과 운용 비용, 전력 소모를 낮춤으로써 궁극적으로 기존의 셀룰러, 블루투스, 와이파이 커넥티비티에 비해서 훨씬 더 긴 배터리 수명을 달성하고자 협력하고 있다.


마이크로칩의 RF 및 자동차 사업부 부사장인 마티아스 케스트너(Matt hias Kaestner)는 “빠르게 성장하고 있는 IoT 시장의 애플리케이션들은 무궁무진하다”라며, “마이크로칩과 시그폭스의 전문성을 결합한 이 새로운 FCC 승인 솔루션은 수십억 개의 디바이스를 연결하는 IoT 네트워크로 무한한 가능성을 열고 있다. 마이크로칩의 이 새로운 시그폭스 솔루션은 IoT 애플리케이션으로 ‘스마트’한 사물들을 ‘연결’하기 위해 필요한 안전한 원거리 무선 커넥티비티를 제공한다. 또한 비용과 전력 소모는 셀룰러 커넥티비티에 비해 수분의 일에 불과하다”고 말했다.


실리콘랩스, IoT 개발자용 썬더보드 센스 키트


실리콘랩스는 배터리로 구동되는 사물인터넷(IoT)용 무선 센서 노드 개발에 필요한 모든 것을 제공하는 센서-클라우드 개발 키트(사진 4)를 발표했다. 


▲ 사진 4. 실리콘랩스의 썬더보드 센스 ‘인스퍼레이션 키트’


새롭고 다양한 기능들을 지원하는 실리콘랩스의 썬더보드 센스 ‘인스퍼레이션 키트’는 멀티프로토콜 클라우드 커넥티비티를 위한 6개의 온보드 센서와 무선 게코 SoC, OTA(over-the-air) 업데이트를 위한 8MB 용량의 외장 플래시 메모리, 그리고 프로그래밍 및 디버깅을 간소화하는 통합 SEGGER J-링크로 구성된다. 썬더보드 센스는 즉시 사용할 수 있는 실리콘랩스의 클라우드 연결 IoT 모바일 앱과 함께 제공돼 클라우드 기반 분석 및 비즈니스 인텔리전스를 위한 풍부한 실시간 센서 데이터를 손쉽게 수집 및 확인할 수 있게 해준다. 


썬더보드 센스와 썬더보드 리액트처럼 필요한 모든 것을 지원하면서 사용하기도 쉬운 개발 키트를 활용하면 초보자든 숙련자든 모든 개발자들이 가정, 사무실, 스마트 시티, 스마트 그리드, 운송, 농업, 자산 추적 애플리케이션을 위해 클라우드에 연결되는 무선 감지 제품을 쉽게 개발할 수 있다. 


실리콘랩스의 썬더보드 패밀리 개발 키트에 가장 최근 새롭게 추가된 썬더보드 센스는 배터리로 구동되는 센서 노드를 클라우드에 연결하는데 필요한 감지 및 처리 기술과 사용자가 선택할 수 있는 커넥티비티 기술을 제공함으로써 IoT 설계를 간소화한다. 


온보드 센서들은 모션, 조명, 환경 조건 같은 데이터를 측정해 결과값을 클라우드에 무선으로 전송한다. 직관적인 안드로이드 또는 iOS 모바일 앱은 이러한 데이터들을 데이터 수집과 클라우드 분석을 위해 개발자의 모바일 기기 상에 표시해 준다.


썬더보드 센스 키트는 한 손에 꼭 맞는 30mm x 45mm 크기의 컴팩트한 보드로 제공되면서 풍부한 기능을 담고 있다. 썬더보드 센스 보드 상의 에너지 효율적인 부품들 덕분에, 개발자는 소형 코인셀 배터리로 구동되는 무선 센서 노드를 개발할 수 있다. 실리콘랩스는 소비전력을 제한하도록 펌웨어와 모바일앱을 최적화했다. 온보드 센서들과 LED는 애플리케이션의 필요에 따라 끄고 켤 수 있다. 


개발자는 USB 마이크로-B 케이블과 온보드 J-링크 디버거를 이용해 썬더보드 센스를 프로그램할 수 있다. USB 가상 COM 포트를 통해 개발하는 애플리케이션에 연결이 가능하다. 썬더보드 센스는 실리콘랩스의 심플리시티 스튜디오 툴에 의해 지원되며, 애플리케이션 개발에 있어 BSP (board support package)를 활용해 쉽고 빠르게 개발을 진행할 수 있다. 


썬더보드 센스를 이용하면 개발자는 RF 설계 전문지식이 없어도 무선 센서 노드 애플리케이션을 개발할 수 있다. 보드와 노트북 컴퓨터를 USB 케이블로 연결한 후, 실리콘랩스의 사용하기 쉬운 심플리시티 스튜디오 툴과 무료 모바일 앱, IoT 데모를 이용해 불과 몇 분 안에 작동시킬 수 있다. 


실리콘랩스 IoT 개발자 경험을 담당하는 라만 샤르마(Raman Sharma) 이사는 “실리콘랩스는 센서 노드에서 클라우드까지 혁신적인, 엔드투엔드 IoT 솔루션을 개발하는 개발자들을 지원하기 위해 썬더보드 센스를 설계했다”며, “썬더보드 센스는 개발자가 IoT에 관한 모든 것을 이해하는데 도움을 준다. 개발자들은 컨셉트 검증에서 최종 제품으로 신속하게 옮겨갈 수 있고, 업계 최고 수준의 클라우드 분석 소프트웨어와 비즈니스 인텔리전스 플랫폼을 활용하는 광범위한 무선 감지 애플리케이션을 개발할 수 있다”고 말했다. 


노르딕, 아두이노 프리모 베이스 보드


노르딕 세미컨덕터는 자사의 nRF52832블루투스 저에너지(BLE) SoC를 기반으로 한 저비용의 최신 IoT 타깃 프로그래머블 싱글 보드 컴퓨터인 ‘아두이노 프리모(사진 5)’를 내놨다.  


▲ 사진 5. 노르딕 세미컨덕터의 IoT 타깃 프로그래머블 싱글 보드 컴퓨터인 ‘아두이노 프리모’


아두이노 프리모 베이스 보드는 블루투스 저에너지 무선 접속 기술을 기본으로 지원하는 것은 물론, NFC, Wi-Fi, 적외선(IR) 기술 또한 모두 포함하고 있다. 기존에는 사용자들이 블루투스 저에너지 무선접속 기술로 업그레이드하기 위해 베이스 보드에 추가 기능을 제공하는 플러그-인 도터 보드(Daughter Board)와 같은 쉴드를 추가해야만 했다. 그러나 아두이노 프리모는 다수의 블루투스 저에너지 센서와 무선으로 연결할 수 있을 뿐만 아니라, 와이파이 기반의 완벽한 TCP/IP 인터넷 클라이언트 및 서버처럼 동작할 수 있다. 또한 보안인증 및 터치-투-페어(Touch-to-Pair)를 위해 노르딕의 nRF52832 SoC에 통합된 NFC 기능을 사용할 수 있으며, 기존 리모콘에 적용된 IR 기술도 지원된다. 


노르딕 세미컨덕터에 따르면, nRF52832는 경쟁 솔루션 대비 일반적인 프로세싱 파워가 최고 60%에 이르고, 10배의 부동소수점 성능과 2배의 DSP 성능을 제공하는 64MHz, 32bit ARM Cortex-M4F 프로세서를 갖추고 있다. 또한 nRF52832의 2.4GHz 무선 멀티 프로토콜은 블루투스 4.2 사양과 호환되며, -96dB의 RX 민감도와 5.5mA의 RX/TX 피크 전류를 갖추고 있다. 


이와 함께, nRF52832는 512kB의 플래시 메모리 및 64kB RAM과 더불어 전력소모를 최적화하는 완전 자동화된 전력관리 시스템을 갖추고 있다. 


노르딕의 nRF52832 SoC의 ARM 프로세서는 블루투스 저에너지 RF 프로토콜 소프트웨어(스택)와 애플리케이션 코드를 제어하는 것은 물론, 아두이노 프리모의 온보드 가속도계, 온도, 습도, 압력 센서를 제어하고 감독할 수 있는 충분한 연산 오버헤드를 갖추고 있다. 


최첨단 기능 및 특성을 구현하고자 하는 전문적인 개발자나 제조업체들을 위해 아두이노 프리모는 노르딕의 nRF52 시리즈와 호환 가능한 모든 SDK를 사용할 수 있도록 지원하고 있다. 예를 들어, IoT를 위한 nRF5 SDK는 경험이 풍부한 사용자들이 nRF52832 SoC를 기반으로 IPv6 기반 블루투스 저에너지 애플리케이션을 개발할 수 있도록 해주며, 와이파이 라우터나 스마트폰과 같은 고가의 게이트웨이나 복잡한 리소스를 사용하지 않고도 아두이노 프리모와 인터넷에 연결된 다른 사물들(Things)과의 통신이 가능하도록 해준다. 


아두이노 프리모에 이어 조만간 웨어러블 기기를 겨냥한 40mm 직경의 원형 베이스 보드 형태의 ‘아두이노 프리모 코어’도 출시될 예정이며, 와이파이를 제외한 대형 제품에서 제공되는 모든 기능이 지원된다. 


노르딕 세미컨덕터의 세일즈 및 마케팅 디렉터인 게이르 랑엘란드(Geir Langeland)는 “노르딕의 전략 중 하나는 제조업체 및 취미 개발자 커뮤니티들이 블루투스 저에너지 무선 접속 기술을 전자기기 개발 프로젝트에 손쉽게 적용할 수 있도록 적극적으로 지원하는 것”이라며, “아두이노 기반 전자기기는 약 70~80% 가량이 아마추어 엔지니어들의 프로젝트로 이뤄지고 있기 때문에 아두이노가 최초로 블루투스 저에너지 무선 기술을 기본으로 지원하는 베이스 보드의 핵심 제품으로 nRF52832 SoC의 공급을 요청했을 때 쉽게 결정할 수 있었다. 아두이노 에코시스템의 인기를 고려했을 때, 조만간 아두이노 프리모를 이용한 수많은 혁신적인 IoT 애플리케이션을 볼 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.


온세미컨덕터, 모듈러 IoT 개발 키트


온세미컨덕터는 엔지니어들에게 산업용, 의료용 및 가정용 IoT 애플리케이션의 평가, 설계 및 구현을 가속화하는데 필요한 하드웨어 및 소프트웨어 빌딩 블록 전체를 제공하는 모듈러 IoT 개발 키트(IDK)를 출시했다.


▲ 사진 6. 온세미컨덕터의 모듈러 IoT 개발 키트


온세미컨덕터는 센서, 파워 매니지먼트, 커넥티비티, 프로세서 및 액추에이터 등을 포함한 스마트 및 커넥티드 IoT 설계용 시장을 선도하는 전력 효율적인 반도체 포트폴리오를 공급해오고 있다. 이 실리콘 솔루션들을 소프트웨어 프레임워크와 통합한 IDK는 개발자들이 클라우드 기반 IoT 설계 개발을 빠르게 하도록 모듈러 방식의 컴팩트한 플랫폼을 제공한다.


온세미컨덕터의 IDK는 센싱, 유무선 연결 및 액추에이션에 필요한 다양한 모듈 옵션을 포함한다. 이 종합 소프트웨어 개발 프레임워크는 임베디드 작동 시스템(ARM? mbed OS), 드라이버, 하드웨어 쉴드용 API, 그래픽 유저 인터페이스(GUI) 및 샘플 애플리케이션 코드 등으로 구성돼 있다. 클라우드 소프트웨어를 위한 빌트-인 기능을 지원하는 이 플랫폼은 분석 등 고부가 서비스를 평가하도록 데이터를 클라우드로 전달해준다. 확장 가능한 이 모듈식 아키텍처는 Arduino나 Pmod™와 같은 다양한 업계 기준 인터페이스를 포함하며 온세미컨덕터 뿐 아니라 타 업체들이 제공하는 기존 및 미래형 모듈도 완벽하게 통합 가능하다.


온세미컨덕터의 IoT 전략 담당 와이렌 페레라(Wiren Perera)는 “당사는 산업용, 의료용 및 가정용 IoT 애플리케이션 등 주요 반도체들을 원스탑으로 구매하도록 다양하게 제공하고 있다. 하드웨어 및 소프트웨어를 모두 통합한 이 IDK는 타사 제품과의 집적도 가능한 단일, 모듈러 및 확장 가능한 플랫폼을 제공함으로써 엔지니어들이 빠르고 쉽게 온세미컨덕터 솔루션의 제품군들을 소싱해 클라우드 기반 애플리케이션의 시제품 제작을 단순화하도록 할 것”이라고 강조했다.  

이 IDK는 산업용 자동화, 지능형 조명, 빌딩 자동화, 스마트 시티를 비롯해 다양한 의료용 모니터링 솔루션 등 다양한 애플리케이션에 적용된다.


김진희 기자 (eled@hellot.net)

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