NI PXI 컨트롤러 설계의 장점

NI의 PXI 컨트롤러는 PXI Express(PXIe) 측정 시스템을 위한 고성능 소형 섀시 임베디드 컴퓨터 솔루션을 제공합니다. PXI 컨트롤러는 외부 PC 없이 PXI 시스템을 실행하는데 필요한 모든 기능을 제공하며 PXI 시스템어 내의 모든 계측기에 대한 중앙 처리 및 제어 허브 역할을 합니다. 이 문서에서는 매우 안정적인 고성능 컨트롤러를 제공할 수 있는 NI 역량의 토대가 되는 NI의 설계적 특징에 대해 알아봅니다.

• 프로세서 제조업체와의 파트너십을 통해 임베디드 컨트롤러에 최신 기술을 통합하여 최고의 성능을 제공합니다.
• 극한 온도의 운영 조건과 연중무휴 작동을 지원하고, 시스템 신뢰성 향상을 위한 리얼타임 OS 옵션을 제공하여 높은 안정성을 보장합니다.
• 사전 구성된 유연한 OS 옵션과 어플리케이션 소프트웨어 및 디바이스 드라이버의 공장 설치 기능을 제공하고 벤치탑 DUT(Device Under Test) 검증부터 장기 테스트 스테이션까지 모두를 지원합니다.
• 다양한 서비스 플랜과 표준 주변 I/O 세트를 제공하여 새로운 임베디드 컨트롤러로 이전 세대를 완전히 교체할 수 있으며 장기적인 지원을 보장합니다.

25년 이상 PXI 컨트롤러를 출시해 오고 있는 NI는 Intel 및 Advanced Micro Devices(AMD)와 같은 주요 프로세서 제조업체와 긴밀한 파트너십 관계를 구축하고 있습니다. 예를 들어, NI(Emerson Test & Measurement)는 Intel Partner Alliance의 티타늄 등급 멤버로서 최신 Intel 제품 로드맵과 샘플에 대한 액세스를 제공합니다. 이러한 관계를 통해 NI는 신규 PXI 컨트롤러를 출시할 때 주요 컴퓨터 제조업체가 자사 제품에 사용하는 것과 동일한 최신 데스크탑 CPU를 사용합니다. 이러한 추세는 NI의 설계 전문성과 Intel Core i7 또는 Xeon 프로세서와 같은 최신 기술에 기반한 고성능 PXI 컨트롤러를 계측 산업에 제공하고자 하는 노력을 보여줍니다. 연산 성능 외에도 I/O 대역폭은 계측 시스템 설계에서 중요한 역할을 합니다. 최신 테스트 및 측정 시스템이 더욱 복잡해짐에 따라 계측기와 시스템 컨트롤러 간에 점점 더 많은 데이터를 교환해야 할 필요성이 증가하고 있습니다. PCI Express(PCIe) 및 PXI Express(PXIe)가 도입되면서 NI 임베디드 컨트롤러는 이러한 요구를 충족시켰으며, 최대 24 GB/s의 시스템 대역폭을 PXI Express 섀시 백플레인에 제공합니다.

^{그림 1: 18코어 Intel Xeon 프로세서를 특징으로 하는 NI PXIe-8881 임베디드 컨트롤러는 고성능, 높은 처리량, 계산 집약적인 테스트 및 측정 어플리케이션에 이상적입니다.}

PCI Express 표준이 PCI Express 3.0으로 발전함에 따라 PXI Express는 계속해서 새로운 기능을 활용하고 있습니다. NI PXIe-8881 임베디드 컨트롤러는 PCI Express 기술의 발전을 이용하여 PXI 섀시 백플레인과의 연동을 위한 X8 및 X16 Gen 3 PCI Express 링크를 각각 1개씩 제공합니다.

NI PXIe-8881 임베디드 컨트롤러를 NI PXIe-1095와 같은 PXI Express 섀시와 함께 사용하면 24GB/s의 총 시스템 데이터 처리량을 제공합니다. 이 높은 대역폭을 통해, 차세대 무선 통신 설계 및 프로토타이핑, RF 기록 및 재생 등 높은 처리 속도를 요구하는 계산 집약적인 어플리케이션을 손쉽게 구현할 수 있습니다.

테스트, 측정 및 제어 응용 분야의 요구 사항이 달라짐에 따라 NI는 최적의 성능을 보장하기 위해 PXI 컨트롤러의 액세서리 포트폴리오를 지속적으로 확장하고 있습니다. 메모리 집약적인 응용 분야를 위해 NI는 최대 64GB RAM의 임베디드 컨트롤러 메모리 업그레이드 옵션을 제공합니다.

NI는 여러 메모리 업그레이드 옵션을 제공할 수 있을 뿐 아니라, 다양한 하드 드라이브 업그레이드 옵션도 제공합니다. 이러한 옵션은 고용량 표준 하드 디스크 드라이브(HDD)에서 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)에 이르기까지 다양합니다. 어플리케이션의 계측 데이터를 저장할 경우 임베디드 컨트롤러의 내장 HDD에 저장하는 것이 편리합니다. NI는 원하는 모든 데이터를 저장하기에 충분한 공간을 확보할 수 있도록 표준 HDD를 더 큰 용량의 HDD로 업그레이드할 수 있는 옵션을 제공합니다.

기밀 구역에 테스트 및 측정 시스템을 배포하면이러한 시스템의 기밀 해제 프로세스가 필요한 경우가 많습니다. PXI 시스템의 기밀 해제를 위해서는 섀시, 컨트롤러, 모듈을 포함한 시스템의 모든 메모리 구성요소에 대한 지식이 필요합니다. PXI 컨트롤러는 시스템 전원이 꺼진 후에도 사용자 및 시스템 정보를 유지하는 하드 드라이브 또는 플래시 드라이브 형태의 비휘발성 저장 장치를 갖추고 있습니다. PXI 컨트롤러가 작동하려면 비휘발성 저장 장치가 필요합니다. 따라서 착탈식 하드 디스크 드라이브(RHDD)가 포함된 NI PXIe-8862에서는 이 저장 매체를 분리하여 안전한 환경에 보관할 수 있습니다. 또한 NI PXIe-8862 RHDD 임베디드 컨트롤러는 동일한 스테이션 하드웨어에 별도의 고유한 소프트웨어 이미지를 로드할 수 있는 기능을 추가합니다.

^{그림 2: 착탈식 저장 옵션을 사용하기 위해 전면 패널에서 접근할 수 있는 하드 드라이브 캐리어를 통해 하드 드라이브에 손쉽게 접근할 수 있습니다.}

열악한 환경에서 컨트롤러를 작동하거나 데이터를 저장해야 하는 경우 SSD도 사용할 수 있습니다. 이러한 드라이브는 움직이는 부품이 없으므로 기계적 고장의 위험을 크게 줄여 시스템 안정성이 높아집니다. 또한 심한 충격, 높은 고도, 진동 및 기타 열악한 작동 환경도 견딜 수 있습니다. SSD는 열악한 작동 환경에 대한 내성과 안정성이 더욱 우수할 뿐 아니라 표준 회전형 하드 디스크 드라이브에 비해 읽기 및 쓰기 검색 시간이 더 짧습니다. 이는 순차 및 임의의 데이터 읽기/쓰기 속도가 더 빠르다는 것을 의미합니다. SSD를 사용하는 어플리케이션은 파일 I/O 속도가 더 빠르기 때문에 어플리케이션 로딩 시간이 빨라져 전체 테스트 시간이 단축됩니다.

첨단 계측 시스템은 까다로운 작동 조건에서도 높은 안정성을 유지해야 합니다. 따라서 NI는 1년 내내 중단 없이 작동 가능한 온도 확장형 PXI 컨트롤러 버전을 제공합니다. 이러한 임베디드 컨트롤러는 극한의 저온과 고온 환경에서 안정성을 유지하도록 설계된 견고한 하드 드라이브를 사용하며 주기 점유율이 100%이고 연중 쉬지 않고 작동합니다. 이러한 임베디드 컨트롤러의 표준 버전에서 사용되는 하드 드라이브는 5~50°C의 작동 범위에서 작동하며, PC 및 노트북과 마찬가지로 하루 8시간, 주 5일 20%의 주기 점유율로 작동할 수 있습니다. 1년 내내 중단 없이 작동 가능한 온도 확장형 버전의 작동 온도는 0~55°C이고 주기 점유율은 최대 100%로, 1년 내내 중단 없이 작동해야 하는 응용 분야에 사용할 수 있습니다. 또한 회전형 하드 드라이브 대신 솔리드 스테이트 하드 드라이브를 선택하면 전체 시스템의 안정성을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 특히 열악한 환경에서 그 효과가 두드러집니다. 이러한 NI의 고유한 설계 고려 사항 덕분에 PXI 기반 계측기를 더 까다로운 사용 분야에 배치할 수 있습니다.

계속해서 PXI 컨트롤러는 시장에 출시되는 최신 프로세서를 탑재하고 있습니다. 임베디드 컨트롤러가 전체 작동 범위에서 최적의 성능을 발휘할 수 있도록 NI는 광범위한 열, 기계, 전기 테스트를 수행하여 NI PXI 컨트롤러의 CPU를 극한 환경에서 사용하는 경우에도 프로세서 성능이 저하되지 않도록 합니다. CPU의 적절한 성능과 신뢰성을 보장하면 PXI 시스템의 전반적인 안정성이 향상됩니다. NI는 임베디드 컨트롤러 개발에 대한 전문성을 활용하고 고급 설계 시뮬레이션 및 맞춤형 열 싱크 설계와 같은 기술을 적용하여 이러한 목표를 달성합니다.

결정론적 특성을 보장하고 더 높은 신뢰성을 제공하기 위해 NI는 표준 Windows OS 대신 리얼타임 OS, NI Linux Real-Time, NI LabVIEW Real-Time Module 소프트웨어를 실행하는 PXI 컨트롤러를 제공합니다. Windows 또는 다른 범용 OS를 실행하는 시스템은 OS가 병렬로 실행되는 다른 시스템 프로세스와 프로세서를 공유하기 때문에 지정된 시간 내에 특정 태스크가 완료된다고 보장할 수 없습니다. 임베디드 컨트롤러에서 NI Linux Real-Time을 실행하면 전체 프로세서가 특정 어플리케이션 실행을 전담하므로 결정론적 특성과 안정적인 동작을 보장합니다.

드물지만 컨트롤러 하드웨어의 오작동이 발생할 경우를 대비하여, NI 임베디드 컨트롤러는 하드 드라이브, 메모리와 같은 주요 구성요소를 보증에 대한 영향 없이 현장에서 신속하게 교체할 수 있도록 설계되었습니다. 소프트웨어 오작동을 더욱 신속하게 복구하기 위해, NI의 모든 Windows 기반 PXI 컨트롤러에는 하드 드라이브의 공장 상태 이미지를 저장하는 숨겨진 파티션이 포함되어 있습니다. 이 이미지를 사용하여 컨트롤러를 공장 설치 상태로 신속하게 복구할 수 있습니다. 최신 컨트롤러를 사용하면 하드 드라이브의 사용자 정의 이미지를 생성하여 추후 소프트웨어 충돌 시 기본 공장 이미지 대신 복구에 사용할 수 있습니다. 이러한 NI PXI 컨트롤러 기능은 시스템 가동 중단 시간을 줄이고 PXI 기반 자동화 테스트 또는 계측 시스템의 생산성을 극대화하는 데 도움이 됩니다.

시스템 복구 기능뿐 아니라, 외부 타사 도구 없이도 하드 드라이브와 메모리에 대한 in-ROM 진단 기능에 신속하게 액세스할 수 있어 PXI 컨트롤러의 사용성이 향상됩니다. 이러한 진단을 실행하여 하드 드라이브 또는 메모리 교체 여부를 판단할 수 있습니다. 이러한 컨트롤러 설계 덕분에 보증에 영향을 미치지 않으면서 하드 드라이브 및 메모리와 같은 주요 구성요소를 현장에서 신속하게 교체할 수 있습니다. 예비 부품 구매 과정을 간소화하기 위해 임베디드 컨트롤러에는 하드 드라이브 및 메모리 업그레이드 옵션이 함께 제공됩니다. 이러한 모든 기능을 결합하면 임베디드 컨트롤러의 사용성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

NI PXI 컨트롤러는 Windows OS, 리얼타임 OS 등 다양한 운영 체제를 지원하며, 사용 환경에 따라 OS 미설치 옵션도 제공됩니다. 

• Windows: 다양한 응용 분야에 사용되는 Windows OS는 높은 안정성과 활용성을 갖춘 사용자 친화적 운영 체제입니다. 대부분의 컨트롤러에는 Windows 10 또는 11이 사전 설치되어 있으므로 신속하게 시작할 수 있습니다. 
• NI Linux Real Time: 이 OS는 리얼타임 어플리케이션을 위해 설계된 특수 OS입니다. 결정론적 성능을 제공하고 일반적으로 제어 및 자동화 시스템에 사용되며 LabVIEW Real-Time Module 소프트웨어를 사용하여 프로그래밍할 수 있습니다. LabVIEW Real-Time Module은 NI LabVIEW용 소프트웨어 애드온으로, 임베디드 하드웨어 디바이스에서 실행되는 안정적인 독립형 어플리케이션을 만들어 배포하는 데 사용할 수 있습니다. 
• OS 미설치: 또한 OS가 설치되지 않은 컨트롤러를 구입하고 NI 소프트웨어 및 드라이버가 지원하는 Ubuntu 또는 Red Hat Enterprise Linux와 같은 자체 Linux 배포판을 설치할 수도 있습니다.

이 컨트롤러는 LabVIEW, C/C++, C#/.NET, Python을 포함한 개발 환경도 지원합니다. NI는 LabVIEW와의 언어 통합, NI 하드웨어 및 소프트웨어와 Python 사용 등 다양한 주제에 대한 온라인 리소스를 제공합니다. 또한 모든 PXI 컨트롤러는 PXI Platform Services가 설치된 상태로 제공됩니다. 이 NI 드라이버를 사용하면 온도, CPU 부하, 메모리, 디스크 용량 등 PXI 컨트롤러의 상태를 모니터링할 수 있습니다.

신뢰할 수 있는 플랫폼 모듈(TPM), 즉 보안 암호 처리기는 선택한 임베디드 컨트롤러의 구성요소로, 주요 작업 및 기타 보안에 중요한 태스크를 위한 보호 공간을 제공하여 현재 소프트웨어의 기능보다 강화된 플랫폼 보안을 제공하도록 설계되었습니다. 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 TPM은 암호화되지 않은 일반 텍스트 형태로 암호화 키와 서명 키가 사용되는 가장 취약한 단계의 작업에서 이러한 키를 보호합니다. TPM은 암호화되지 않은 키 및 플랫폼 인증 정보를 소프트웨어 기반 공격으로부터 보호하도록 특별히 설계되었습니다. NI PXIe-8881 및 NI PXIe-8862/42/22 모델에는 모두 최신 버전인 TPM 2.0이 장착되어 있습니다(그림 3의 #3 참조).

^{1. 64GB DDR4 RAM | 2. 고대역폭 스트리밍 | 3. TPM v1.2로 보호 | 4. 최대 Xeon 18 코어 프로세서 | 5. ThunderboltTM 포트 2개 | 6. GPIB 포트 | 7. 기가비트 이더넷 포트 2개 | 8. USB 포트 4개 | 9. 디스플레이 포트 | 10. USB 3 포트 2개 | 11. 외부 SMB 워치독/트리거}

^{그림 3: 최대 Xeon 18 코어까지 선택할 수 있는 프로세서 옵션이 특징인 PXIe-8881 임베디드 컨트롤러는 고성능, 높은 처리량, 계산 집약적인 테스트 및 측정 응용 분야에 이상적입니다.}

1965년, Intel의 공동 설립자인 고든 무어는 집적 회로의 트랜지스터 수가 24개월마다 두 배씩 증가할 것이라는 경험적 예측을 남겼습니다. 현재 무어의 법칙으로 알려진 이 예측은 지금까지 Intel, AMD와 같은 칩 제조업체에서 지켜졌으며, 그 결과 단일 실리콘 칩의 트랜지스터 수는 기하급수적으로 증가했습니다.

이처럼 급속한 성장에 발맞춰 매년 더 빠르고 효율적인 최신 프로세서를 꾸준히 도입하고 있습니다. PXI 기반 계측기도 이러한 발전의 수혜를 입을 수 있지만, 새로운 프로세서의 도입은 기존 프로세서의 노후화와 직접적인 관련이 있다는 사실에 주의해야 합니다.

노후화의 영향을 최소화하기 위해 NI는 임베디드 컨트롤러를 평균 5년간 시장에 공급할 수 있도록 최선을 다하고 있습니다. 지원 기간 연장이 필요한 경우 NI 서비스 팀이 고객과 협력하여 고객의 구체적인 지원 요구 사항에 적합한 서비스 계획을 수립할 수 있습니다. 해당 계획에는 예비 부품 제공 및 신속한 교체, 장기 수리 및 (제품의 상업적 수명 종료 이후) 교정, 연간 수명 주기 및 노후화 보고서, NI 기술 리소스를 활용한 기술 갱신 계획 등의 서비스가 포함될 수 있습니다. 최신 기술로 마이그레이션할 수 있는 응용 분야를 위해 NI는 USB, 이더넷, GPIB, 시리얼 등 주변 I/O의 표준 세트를 제공하여 새로운 임베디드 컨트롤러가 이전 세대 제품을 거의 바로 교체할 수 있도록 최선을 다해 지원합니다. 따라서 임베디드 컨트롤러를 설계할 때, 최고의 성능을 제공하고 컨트롤러의 수명 기간 전반에 걸친 가용성을 보장하는 프로세서를 선택하는 것이 중요합니다.

NI는 두 곳의 주요 프로세서 제조업체와 장기적으로 긴밀한 협력 관계를 맺고 장기적인 로드맵에 따라 PXI 컨트롤러용 프로세서와 칩셋을 선택합니다. 따라서 컨트롤러의 수명 기간 전반에 걸쳐 수리 또는 교체가 필요한 경우 언제든지 해당 부품을 쉽게 조달할 수 있습니다. 이는 최종적으로 임베디드 컨트롤러의 가치를 높이고 전체 PXI 기반 계측 시스템의 수명을 연장합니다.

결론적으로, NI의 PXI 컨트롤러는 테스트 시스템을 위한 작지만 성능이 뛰어난 솔루션을 제공합니다. 이 컨트롤러는 중앙 처리 및 제어 허브 역할을 하므로 외부 PC가 필요하지 않습니다. NI의 설계 기능은 프로세서 제조업체와의 파트너십을 통해 최신 기술을 통합하고, 극한의 작동 조건을 지원하고, 리얼타임 OS 옵션을 통해 연중 중단 없이 작동함으로써 안정성과 성능을 보장합니다. 플랫폼 표준화를 위한 파트너십과 장기적 노력을 바탕으로 NI PXI 컨트롤러는 테스트 및 측정 요구 사항에 맞는 뛰어난 성능과 유연한 접근 방식을 제공합니다.  

• PXI 타이밍 및 동기화에 대해 더 자세히 알아보기
• PXI 시스템 구성
• 테스트 시스템 구축의 기초에 대해 알아보기

^{Linux®는 미국 및 기타 국가에서 Linus Torvalds의 등록 상표입니다.}