웨어러블 컴퓨터 / 유비쿼터스 컴퓨팅 / 인텔 에디슨 및 쿼크

웨어러블 컴퓨터(wearable computer) 또는 착용 컴퓨터는 유비쿼터스 컴퓨팅 기술의 출발점으로서, 1966년, MIT에서 제안했다. 독일의 의류회사 ‘로즈너’와 ‘인피니온’이 공동 개발한 mp3blue가 대표적인 사례이다. 입는 컴퓨팅이란, 이처럼 컴퓨터를 옷이나 안경처럼 착용할 수 있게 함으로써 컴퓨터를 들고 다니기 거추장스러운 것에서 인간 몸의 일부로 만드는 데 기여하는 기술이다.

 

입는 컴퓨팅은 기술 개발 업체뿐만 아니라, 의류, 섬유, 안경 산업분야에서도 공동으로 미래 원천기술 보유를 위해서 개발하고 있는 분야이다. 패션쇼에서도 휴대용 PC, MP3, 디지털카메라 등의 기능이 부착된 형태의 유비쿼터스컴퓨팅 접목 패션을 선보이고 있다.

 

한국에서는 2006년 10월에 열린 전국체육대회에서 웨어러블 컴퓨팅이 적용된 ‘바이오 셔츠’를 선보인 적이 있다. 이 셔츠는 전도성 섬유를 기반으로 선수의 심박수, 호흡수, 체온, 운동량 등의 생체정보를 측정하는 센서 기술을 운동복에 적용하여, 경기 중에 변화하는 선수의 건강상태를 체크하는 용도로 사용되었다.

 

앞으로는 머리 장착형 디스플레이와 같은 지능형 보조기기의 형태로 발전해오던 입는 컴퓨팅 기술이 체내 이식형 컴퓨팅(implant Computing) 기술로 한 단계 더 나아갈 것이다. 하지만 아직까지는 의류 및 기타 보조기기에 부착하는 데 있어서 크기의 제한 사항이 많으며, 입는 컴퓨팅을 활용한 다양한 애플리케이션 개발이 필요하다.

 

마크 와이저의 3가지 철학

사라지는 컴퓨팅 (disappear computing):‘사라진다(disappear)’의 개념은 일상의 사물과 컴퓨터가 구분이 안 될 정도로 사물의 특성이 사라지는 것을 의미한다. 예를 들면, 머그컵이 기존의 것과는 달리 위치정보 알림 기능을 내장해 단말기로 머그컵의 위치 정보를 받거나, 온도에 따라 머그컵의 색상이 변할 수 있는 것이다.

 

보이지 않는 컴퓨팅 (invisible computing):‘보이지 않는(invisible)’다는 개념은 이용가능한 다수의 컴퓨터를 물리적 환경에 배치해, 기존 컴퓨터의 능력을 향상시키고 사용자의 능률도 높이는 것을 의미한다. 그렇게 컴퓨팅이 인간의 현실 공간 속에서 보이지 않으려면 소형모터나 실리콘 칩을 내장할 수 있는 기술이 있어야 한다.

 

조용한 컴퓨팅 (calm computing):‘조용한, 무의식적(calm)’인 컴퓨팅은 인간의 지각과 인지 능력에 대한 개념이다. 기술적인 점보다는 인간이 어떻게 컴퓨터의 정보 환경과 상호 작용할 수 있을까에 대한 고민을 하게 된다.

 

유비쿼터스 컴퓨팅의 개념

끊김 없는 연결 (Seamless Connectivity; HC Infra Network) :모든 사물들이 네트워크에 연결되어 끊기지 않고 항상 연결되어 있어야 한다.

 

사용자 중심 인터페이스 (User Centered Interface):사용자가 기기 사용에 있어서 어려움이 없이, 처음 접하는 사람을 포함해 누구나 쉽게 사용할 수 있는 인터페이스가 제공 되어야 한다.

 

컴퓨팅 기능이 탑재된 사물 (Smart Things) :가상공간이 아닌 현실 세계의 어디서나 컴퓨터의 사용이 가능해야 한다.

 

의미론적 상황인지 동작 (Semantic Context awareness):사용자의 상황(장소, ID, 장치, 시간, 온도, 날씨 등)에 따라 서비스가 변해야 한다.

 

1966년, 웨어러블 컴퓨팅 (매사추세츠 공과대학교)
1984년, TRON (Tokyo)
1988년, 유비쿼터스 컴퓨팅 (제록스 팰러앨토 연구소)
1991년, 사라지는 컴퓨팅 (제록스 팰러앨토 연구소)
1993년, 보이지 않는 컴퓨팅 (제록스 팰러앨토 연구소)
1995년, 노매딕 컴퓨팅 (캘리포니아 대학교 로스앤젤레스)
1998년, 환경지능 (필립스)
1999년, 스며드는 컴퓨팅 (IBM)
2001년, 사라지는 컴퓨터 (EU)
2001년, 오토노믹 컴퓨팅 (IBM)

 

[ 웨어러블 디바이스 ]

 

 

 

4월 15일. 미국 구글의 웨어러블 컴퓨터 프로젝트 구글 글래스에 대한 세부 정보가 공표됐다. 

 

구글 글래스는 802.11 b/g 무선 규격 및 Bluetooth에 준거한 Wi-Fi 접속을 지원하고 메모리는 12GB, 구글의 클라우드 스토리지와 동기화가 가능하여 메모리 용량은 합계 16GB가 된다.

 

일반적인 사용시 배터리는 하루 정도의 연속 사용이 가능하고, 영상 촬영등 일부의 기능은 통상적인 사용보다 배터리를 많이 소비하며 충전은 함께 포함되는 마이크로 USB 케이블과 충전기를 사용한다. 구글은 시장에 많이 존재하는 마이크로 USB 충전기 보다는 구글 글래스에 포함된 순정 충전기의 사용을 권장 하고 있다.

 

또, 구글 글래스는 Bluetooth 대응의 휴대 전화와 호환성도 갖추고 있다. GPS나 SMS 메시징을 사용할 수 있는 관련 어플 MyGlass 를 동작시키려면 Android 4.0.3 및 그 이상의 버전이 필요하다.

 

구글은 한정된 개발자에게 Google Mirror API 의 프리뷰도 제공하고 있다. 개발자는 이 API(Application Programming Interface)와 함께 글래스웨어 라고 불리는 Web 베이스 서비스를 개발해 구글 글래스와 연계할 수 있다.

 

 

 

유저 익스피리언스(experience)의 중심은 텍스트나 HTML, 사진, 영상등의 모습을 취하는 타임 라인상의 카드로 여기에 유저가 직접 보는 컨텐츠가 표시된다. 개발자는 타임 라인 카드의 메뉴 아이템을 지정해 음성독이나 음성에 의한 답신, 네비게이션 툴등의 액션등 개발자가 제공하는 서비스에 특화된 커스텀 액션을 탑재할 수 있다.

 

글래스웨어(Glassware)는 연락처에 포함되어 있는 지인이나 다른 글래스웨어와의 컨텐츠 공유가 가능하고, 사용자의 적절한 허가에 의해 유저의 위치를 특정할 수도 있다.

 

개발자 전용의 사용 규약에는 자작 프로그램의 다운로드에 과금하거나 가상 상품을 판매하는 것을 금지하는 취지가 명시되어 있다. 그 밖에 Glassware 클라이언트를 통해 광고를 표시하는 클라이언트로부터 얻은 데이터를 광고 목적으로 사용하는 데이터 중개 회사나 광고 네트워크등의 써드파티에 대해 개발자가 애플리케이션을 사용해 모은 유저 정보를 매각하는 것도 금지되어 있다. 

 

 

 

인텔의 CEO 브라이언 크르자니크는 일반 청중 앞의 대규모 강연이 처음이라고 생각되지 않을 만큼 차분한 모습으로 등단해,"오늘밤은 새 시대의 컴퓨팅에 대해서 이야기를 하고 싶다. 그러나 그것은 책상 위에 있거나 주머니 속에 들어있는 것이 아니라 어떤 체험을 제공하느냐다"라고 밝히며 일반 소비자에게 인텔이 어떤 체험을 제공할 수 있는지에 초점을 맞춰 이야기를 시작했다."우리가 제공할 수 있는 체험에는 3가지 혁명이 있다고 생각한다. 그것은 Live(삶), Work(일), Play(놀이) 3개다"라고 밝히며 각각의 분야에 대해 설명해 나갔다.

 

첫번째 Live는 "사람들의 생활을 스마트하게 하려면 테크놀로지를 이용해 어떤 일이라도 간단하게 할 필요가 있다"고 밝히며 사람들의 생활을 보다 풍요롭게 하기 위해 이용하고 있는 디바이스를 더 쉽게 만들어 사용할 필요가 있다고 설명했다.

 

그 예로서 센서가 들어 있어 건강 상태를 체크하는 이어폰이나, 그 이어폰이 꽂혀 있는 오디오 잭에서 충전하는 기술, 또 미세한 전력으로 동작하는 무선 이어폰을 이용하여 인간의 목소리를 항상 스마트폰이 체크해 자연 음성 인식을 진행할 수 있는 모습 등을 소개했다.

 

크르자니크는 "이러한 기기의 보급은 웨어러블이 되어야 한다. 여기서 인텔은 패션 브랜드와 제휴를 맺고 협력하여 이러한 기기의 보급을 목표로 한다"고 설명하며 Barneys New York, the Council of Fashion Designers of America, Opening Ceremony와 같은 미국의 패션 브랜드와 공동으로 웨어러블 디바이스의 개발과 보급을 진행 할 것이라고 밝혔다.

 

그러한 웨어러블 기기를 실현할 수 있는 플랫폼으로서 개발 코드 네임 "Edison(에디슨)"이라 불리는 SD 카드 크기의 소형 기판을 소개했다. 에디슨은 2013년 9월 IDF에서 인텔 발표한 22nm 프로세스로 제조되는 초 저전력 SoC 쿼크를 탑재하고 있어 블루투스 LE, Wi-Fi 기능이 탑재되고 리눅스 등이 동작한다고 밝혔다. 이를 이용함으로써 OEM 업체들은 초소형 IoT(INTERNET OF THING) 기기를 제조하는 것이 수월하게 된다는 장점이 있다. 크르자니크는 이 에디슨을 올해 중반까지 출하할 예정임을 밝혔다.

 

 

 

 

이 에디슨을 이용한 데모로 아기의 체온을 재는 온도계와 전자 커피 컵이 연결되어 동작하는 모습 등을 공개하며 "에디슨을 베이스로 하면 지금까지는 불가능했던 새로운 용법이 가능하게 된다. 거기서 우리는 웨어러블 컨테스트(Make it Wearable challenge)를 개최할 예정으로, 인텔이 진행하는 이러한 콘테스트 시장에서 합계 130만 달러를 준비한다"고 밝혔다.

 

또, IoT에 대한 이야기 끝에 크르자니크는 "웨어러블이 나아가면 보안의 확보가 이전보다 중요하다. 인텔은 그것을 진지하게 생각하고 있으며 iPhone, iPad, Android 등의 모든 모바일 기기에 향후 무상으로 제공해 나갈 것임을 밝히며 어떠한 형태로 제공되는지는 향후 몇 개월 내에 별도로 발표할 것임을 밝혔다.

 

 

Intel Quark 좌, Intel Atom E3800 우

 

인터넷에 접속하는 초소형 기기용 프로세서 쿼크 X1000

IDF의 기조 강연에서 인텔의 CEO Brian Krzanich가 갑자기 발표한 것이 쿼크 X1000 이다. 이는 통상적인 PC 혹은 내장 기기 전용보다 더 소형으로 예를 들면 센서 등과 조합해 쓰는 용도를 위한 제품이라고 설명 했다.

 

IDF 첫날의 기조 강연에 등장한 Brian Krzanich		아톰 보다 더 저전력인 Quark X1000 칩 공개

 

 

이른바 IoT(Internet-of-Thing:사물간 인터넷)으로 불리는 시장 전용의 제품, 지금까지는 네트워크에 연결하지 않고 단독으로 동작하던 기기나 비용/성능면 등에서 네트워크에 연결하는게 어려운 기기들도 점차 인터넷을 연결해 나간다는 취지.

 

IDF의 기조 강연 슬라이드. IoT에 요구되는 조건으로서 초 저전력, 접속성, 에너지, 보안을 충족

 

 

이러한 용도로 네트워크에 연결하려면 최소한 TCP/IP을 이해하고, 가능하다면 데이터 정리나 데이터 전송, 간단한 서버를 만들 정도의 능력을 갖추는 것이 바람직하다. 또, 저렴하고·저전력·에너지를 실현하는 것이 요구된다.

 

이러한 용도로 인텔의 아톰도 고가, 고전력, 큰 사이즈로 분류되어 이러한 시장을 타겟으로 투입된 것이 이 쿼크(Quark) X1000 이라는 것.

 

	Quark X1000의 패키지 사이즈는 15mm×15mm, 다이 사이즈는 5.324mm×5.817mm의 약 31kmm

 

 

이미 Makers Community에서 데이터 시트는 공개되고 있고, 기조 강연이나 이후의 경영진과의 인터뷰, 또 이를 탑재한 인텔 갈릴레오 보드의 상세한 정보가 공개되는 등의 자세한 부분이 나타나고 있다.

 

	갈릴레오보드. 11월 말부터 발매를 시작할 예정. Arduino(아두이노)라 불리며 8bit 마이크로 보드와 I/O 및 소프트웨어 호환성을 유지한 제품

 

쿼크는 펜티엄 기반 코어 향후 아톰 기반이 될 가능성 커

Quark X1000의 사양을 간단히 열거하면 다음과 같다.

 

• X1000은 Quark 패밀리 최초의 실리콘. 아직 후속 제품이 나올 가능성은 작다 .
• X1000은 SoC 구성. CPU 코어 뿐 만 아니라 주변 회로까지 모두 탑재하고 있다.
• 다이 사이즈는 대략 Atom의 5분의 1, 소비 전력은 Atom의 약 10분의 1. 
• 이미 레퍼런스 디자인을 준비하고 있으며 특정 고객에게 제공도 시작됐다. 일반용으로는 갈릴레오 보드도 곧 발매할 예정.
• 코어는 Full-Synthesizable. 즉 인텔 이외의 파운드리를 이용해 제조도 이론상으로 가능
• CPU 코어는 펜티엄 기반을 사용.
• 온 다이 512KB의 SRAM 탑재.
• 외부에 16bit/800MHz의 DDR3 I/F 탑재。
• 주변 회로로 PCIe Gen2×1, USB× 2,10/100BASE-T Mac, SDIO, UART× 2, SPI× 3(중 하나는 LSPI대응), I2C, GPIO를 탑재.

 

이 부분들에 대해 좀 더 설명하면 Quark 시리즈에 이용되는 CPU 코어에 대해 Rani N. Borkar(Vice President, General Manager, Intel Architecture Development Group)는 "Atom 그룹의 일종" 이라는 막연한 설명을 했다.

 

한편, 갈릴레오 보드 문서에는 "400MHz 32-bit Intel Pentium instruction set architecture(ISA)-compatible processor"(400MHz 구동, Pentium과 호환 명령 세트를 지원하는 32bit 프로세서)로 설명되고 있어 앞선 설명과 모순되고 있다.

 

Pentium 호환이란 요컨대 64비트 확장은 Pentium Pro 이후에 탑재된 확장 명령류까지 지원한다는 의미다. 아톰은 SSSE3에 지원했고 그런 의미에서 메롬 세대의 Core 2와의 호환성이 있다. 만약 Quark X1000이 정말 아톰 기반이라면 이러한 확장 명령을 무효로 하는 의미가 전혀 없다. 그러나 이것은 Borkar의 설명과 앞뒤가 맞지 않는다.

 

Quark X1000 자체는 Atom과 무관한 Pentium 코어를 그대로 가져 온 것이다. 다만 인텔은 이 Quark의 미래 제품을 예정하고 있어 이것은 Atom 기반으로 전환 될 가능성이 높다. 그러므로 Borkar는 설명을 흐지부지하게 했다고 생각하는 것이 옳을 것이다.

 

왜 Pentium인 것인가 하면, 기본 Claremont라는 CPU코어를 인텔은 2012년에 발표하고 있기 때문이다. 이것은 제품이 아니라, 인텔의 R&D 부문이 개발해 2012년에 ISSCC(International Solid-State Circuits Conference) 학회에서 발표한 것이다.  

 

	소형 태양 전지로 움직이는 CPU의 시작품 Claremont=클레어몬트

 

 

이 Claremont는 Pentium의 코어를 바탕으로 NTV(Near Threshold Voltage)이라는 기술을 사용하면서 3MHz00.28V~915MHz@1.2V 라는 넓은 동작 주파수/전압 범위에서 동작할 수 있는 것을 실증하고 있다.

 

인텔의 R&D팀은 아무래도 Pentium을 좋아하는 것으로 보이며 현재의 제온파이도 기반이 되는 것은 역시 Pentium 으로 인텔에게는 아무래도 Pentium의 핵심은 반복적으로 사용하는데 적당한 것 같다.

 

다만 Claremont 그 자체는 순수하게 CPU 코어만으로 IoT 를 생각하면 여러가지 주변 회로를 추가할 필요가 있다. 이렇게 만들어진 것이 쿼드 X1000 이라고 하는 것은 필자의 상상이다.

 

참고로 소비 전력이 아톰의 10분의 1이라는 것은 아마 CPU코어만을 이야기 하는 것으로 보인다. Claremont의 경우 3MHz 00.28V의 소비 전력은 2mW, 915MHz@1.2V의 경우는 737mW로 발표되고 있다. 이번 경우, 작동 주파수는 400MHz 정도여서 코어 전압은 1V를 조금 밑도는 정도로 보인다. 소비 전력은 불명이지만 200mW는 억지로 해도 400mW를 밑도는 정도가 되도 무리는 아니다. 그 의미에서 CPU 코어 전체가 2W에 가까우며 초대 아톰과 비교하면, 코어 소비 전력이 10분의 1이라는 것은 그리 무리한 숫자가 아니다.

 

마찬가지로 Claremont발표 때의 핵심 다이 크기(CPU 코어+1차 캐시만의 면적)은 1.1mm×1.8mm에서 거의 2mm2으로 알려져 있다.

 

초대 아톰이 대개 25mm2의 다이 사이즈지만 절반 이상이 2차 캐시와  I/O 가 차지하고 있는 것을 감안하면 순수한 CPU 코어의 크기는 10mm2 정도로 이것은 정확히 5분의 1이다. Claremont를 그대로 이용했다고 생각하면 여러 숫자가 맞고 역시 Clearemont 베이스가 맞다는 방증이다.

 

다음 Full-Synthesizable에 대해서도 지금까지 Claremont가 원래 Full-Synthesizable이라 그것을 그대로 계승했다고 생각하는 것이 타당하다.

 

그리고 Full-Synthesizable란 "어느 파운드리에서도 만들 수 있는" 이라는 의미로 파악하는 것이 옳다. 인텔은 지금까지 자사의 제조 프로세스에 최적화한 형태로 회로 설계를 하고 있어 전혀 Full-Synthesizable이 아니었다.

 

쿼크가 지원하는 주변 기기

그런데 CPU 코어는 Pentium 이지만 마이크로 컴퓨터적인 방법을 사용하게 되면 주변 기기는 통합해야만 한다. 여기에는 이하의 요건이 필요하다.

 

• 보통의 경우 외부에 DRAM은 접속하지 않으므로 내부에서 동작할 수 있는 SRAM이 필요
• 가능하면 프로그램 저장용 Flash Memory(NOR Flash)를 내장하고 싶지만 어려우면 SPI등을 써서 외부로 접속

 

"어떤 주변 회로를 통합하는가"는 물론 제품 목표에 따라서 다르기 때문에 통틀어 말할 수는 없지만, 이번에는 IoT용 네트워크 접속은 충실할 필요가 있다.

 

한편, 통상적인 개인 컴퓨터에 필요한 아날로그 입출력(A/D컨버터, D/A컨버터, 타이머를 연동시킨 PWM모듈, 연산 증폭기등)은 반드시 필요한 것은 아니다.

 

다만 완전히 IOT 전용만이 아니라 어느 정도 범용적으로 쓰라는 의미로 필요에 따라서 외부에 DDR3 SDRAM을 연결하여 보다 대량의 메모리를 필요로 하는 어플리케이션(예를 들면 OS를 움직이는 등)에도 대응할 수 있도록 한 것으로 여겨진다.

 

아래의 사진이 쿼크의 내부 구조다. 

	Quark의 내부 구조. Quark X1000의 Hardware Reference Manual에서 발췌. 참고로 이곳에는 Quark CPU 코어의 내부 설명이 있어 아무래도 Pentium 그 자체로 보였다

 

 

I/O는 AMBA Fabric(아마 APB:Advanced Peripheral Bus를 이용하고 있는 것)으로 보이며 8259와 8254, APIC 등은 인텔의 독자 내부 버스를 사용하고 있는 것으로 보인다. 

 

그런데 Quark X1000이 사실 어떻게 될지는 잘 모른다. 이 제품은 인텔의 첫 32bit 마이크로 컴퓨터로 인텔로서는 "앞으로 시장을 개척" 하기 위한 첨병이라 할 만한 취급이다.

 

반대로 말하면 후계 제품은 당연히 Quark X1000 고객들의 응답을 반영할 필요가 있는 것으로, 그러한 응답이 어느 정도 보일 때까지는 차기 제품에 대해 이러쿵 저러쿵 하는 이야기는 인텔 자신도 할 수 없는 상황이라고 생각된다.

 

실버몬트 코어 탑재의 클라이언트 전용 SoC 아톰 E3800시리즈

X1000 만으로는 완전히 커버할 수 없기 때문에 이와 짝을 이루는 것으로 발표된 것이 베이트레일-I "Atom E3800"시리즈다. 

	Bay Trail-I "Atom E3800"시리즈. 여전히 ball수는 많다. 인텔의 발표 사진 발췌

 

 

이것은 이미 발표된 Bay Trail-D/M의 조립용이라고 규정하지만 약간 사양이 다르다. 코어 수는 1~4개, 동작 주파수는 1.33GHz~1.91GHz로 상당한 차이가 있다, TDP도 5W~10W의 범위며 Turbo Boost는 CPU/GPU 모두 제거가 되고 있다. 전체적으로 TDP를 낮추기 위해 동작 주파수를 낮게 한 것이 특징이다.

 

	Bay Trail-I 의 구성 개요

 

 

하지만 그런 만큼 가격도 내려갔다. 예를 들면 Bay Trail-T 기반의 Celeron J1850(4코어, CPU 2GHz/GPU 688~792MHz)가 트레이 가격으로 82달러인 것에 비해 마찬가지로 4코어 구성 Atom E3845(CPU 1.91GHz/GPU 542MHz)는 52달러로 30달러 정도 가격이 낮춰져 있다.

 

Quark X1000이나 Atom E3800이 어떻게 조합되는지는 10월 4일 인텔의 발표를 보면, 공조 기기 등에는 Quark X1000을 탑재하고 이것이 온도 제어 및 온도 측정을 직접 하고 혹은 이미 존재하는 온도 제어부/온도 측정부와 연계 하면서 게이트 웨이에 탑재된 Atom E3800과 통신, E3800은 각각의 공조 기기로부터의 데이터를 정리하거나 반대로 이러한 기기에 지시를 내려 집중 관리할 것이라는 사례를 소개하고 있었다.

 

지금까지 이러한 용도에 인텔은 Xeon의 로우 엔드 제품을 투입했으나 이를 Atom E3800으로 대체한다는 것이 인텔의 큰 메시지의 첫번째로 2번째는 지금까지 게이트 웨이가 종점이었던 솔루션을 엔드 디바이스까지 확대한다는 것이다.

 

이것이 잘 될것인가는 역시 최종적으로 Quark X1000이 어디까지 수용될지에 따라 다르고 아직 이에 대한 명확한 로드맵은 공개 되지 않은 상태다.