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IoT의 진화, 전력 효율성 개선 방안에 대한 도전과제 ①

사물인터넷(IoT)은 알고리즘으로 상황을 관리하고 행동을 유도하기 위해 사물을 인터넷 클라우드에 연결하는 것을 의미하는 용어다. IoT는 산업과 소비자 영역 전반에 걸쳐 무한하고도 다양한 범위의 서비스를 제공할 뿐 아니라 효율성, 비용, 확장성 및 안정성에 큰 변화를 가져오고 있다. 

전문가들은 향후 몇 년 안에 수십억 개 이상의 IoT 연결 노드가 생겨날 것으로 전망하고 있다. 다른 양자산업 및 소비자 기술의 발전과 마찬가지로 전자, 혁신적인 엔지니어링 및 노하우가 IoT의 핵심 동인이라 할 수 있다. 

IoT의 또 다른 핵심 요소는 에너지와 비용면에 있어 고효율적인 방식으로 감지, 처리, 제어 및 통신할 수 있는 능력이다. 

전자업계는 IoT의 거대한 시장 잠재력을 인식하고 IoT와 관련 지원 생태계에 대한 관심을 높이고 있다. 이는 곧 흥미로운 하드웨어 및 소프트웨어 기술을 통해 많은 혁신을 촉진시키는 결과로 이어지고 있다.

IoT는 현재 전동 공구나 칫솔부터 식물 및 가축에 이르는 모든 것을 포함해 생각치 못했던 분야에까지 뻗어 있을 정도로 그 영향력이 상당히 강력하다. 

그림 1. 사물인터넷(IoT)을 간략히 설명한 도식

스마트 커넥티드 사물이 제공하는 통찰력을 통해 효율성 향상, 운영비 절감, 삶의 질 개선 등 실질적인 효과를 얻을 수 있다. IoT는 마치 뇌 안에 있는 무수히 많은 신경처럼 단일 네트워크 내에서 수십억 개의 사물에 긍정적인 영향을 준다. 

시스템과 시스템 간의 상호연결은 2014년 11월 하버드 비즈니스 리뷰에서 다뤄진 바 있다 (마이클 E. 포터와 제임스 E. 헤플먼이 쓴 ‘스마트 커넥티드 제품이 경쟁하는 법’). 여기서 ‘스마트한’ 사물은 적용 및 실현이 가능하고 심지어 놀랍기까지 하다.

그림 1은 오늘날의 IoT를 간략하게 설명하고 있다. 좌측은 커넥티드 디바이스로 IoT 내에서 가장 잘 보인다. 

우측은 눈에 보이진 않지만 성능 면에서 중요한 역할을 한다. 이는 인공지능이 위치하는 곳이며, IoT 서버와 하드 디스크 드라이브, 클라우드 컴퓨팅, 보안 검사 등이 이뤄지는 곳이다. 

에너지 효율 문제 
IoT 영역의 양 끝단은 그림 2에 나타난 것처럼 고유하며 매우 다른 전력 소비 요구사항을 가지고 있다. 

IoT 노드 수 대비 전력 소모량이 높은 소수의 클라우드 서버가 상시 가동되려면 많은 전력 비용이 소모된다. IoT의 반대쪽은 제한된 전력 요구사항을 가진 수 많은 엔드 노드가 있으며, 실행 중이거나 에너지원을 필요로 할 때 가동 시간이 거의 소요되지 않는다. 

그림 2. IoT 전력 요구사항

2018년 6월 프랑스 낭시(Nancy)에서 열린 2018 세계재료포럼(World Material Forum)에서는 재료 효율을 위한 빅데이터/인공지능을 주제로 전담 세션이 열렸다. 라인홀트 다우스카르트(Reinhold Dauskardt) 스탠포드 교수가 발표한 논문에서는 다음과 같은 지표를 제시했다. 

“미국 전용 데이터 센터의 연간 전력 소비는 900억 kWh로 추정된다. 이는 500MW 핵발전소 34개 또는 프랑스 내 핵 발전소 생산량의 절반(원자로 56기)에 해당한다.” 

2017년 데이터 센터가 전세계 전력 소모량의 3%를 차지했음을 보여주는 통계 자료는 데이터 센터/클라우드 컴퓨팅 서버 리소스의 전력 소모량를 실감하게 한다. 이를 낮은 수치라고 인식할 수 있지만 데이터 생성, 소비, 이동에 대한 전세계적인 요구는 데이터 센터의 전력 소모량이 4년마다 두 배씩 늘어난다는 무어의 법칙을 방증한다. 

이 속도가 지속된다면 이론상으로 2037년까지 컴퓨터가 전 세계 생산량보다 더 많은 전기 에너지를 사용하게 된다. 

라인홀트 다우스카르트 교수는 또한 다음과 같은 결론을 내렸다: “앞으로 20년간 우리 앞에 놓인 큰 과제는 인터넷에 연결돼 있으면서 전기 네트워크와는 연결돼 있지 않은 사물을 설계해 IoT의 에너지 사용량을 줄이는 것이다. 이는 전기 친화적이며 자율적이고 진동, 열, 빛과 같이 우리가 떠올릴 수 있는 모든 에너지원을 사용해야 한다.”

엔드 노드 측면에서 보면 2021년까지 수백억 개 노드가 배치될 것으로 예상된다. 각 노드는 전력 소모량이 매우 적으며 제한적으로 가동돼 개별 에너지 예산이 적게 드는 긍정적 결과로 이어질 수 있다. 

그러나 이를 확산하려면 전세계적으로 많은 에너지가 필요한 상태로 이를 위한 도전과제에 직면하고 있음을 인식해야 한다. 


글 : 브루노 다미엔(Bruno Damien) / 세일즈매니저 / 온세미컨덕터

 

최태우 기자  taewoo@itbiznews.com

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