엣지 성능의 안정적 구현을 위한 슈퍼 커패시터와 산업용 컴퓨터의 결합 ①
다양한 컴퓨팅 환경이 발전하고 자동화되며 실시간 데이터를 활용해 세상을 변화시키고 있다. 공장, 키오스크, 경기장, 패스트푸 드점, 기차역과 기차 같은 인프라 시설, 그리고 그 외 수많은 비전 통적인 컴퓨팅 환경이 바로 엣지 native 애플리케이션이 순간적 으로 데이터를 수집, 공유, 사용하는 분산형 컴퓨팅 시스템에 의존하는 러기지 엣지(rugged edge)를 설명하는 환경이다.
자동화 애플리케이션은 정보기술(IT) 시스템과 운영기술(OT) 시스템의 융합을 강조한다. 즉, 전자기계 장치 및 기계의 물리적 세계와 애플리케이션을 실행하고 데이터를 처리하는 서버 및 네트워킹 장치의 디지털 세계가 결합된 것이다. 이는 미션 크리티컬한 안정성과 24시간 연중무휴 기능이 요구되는 컴퓨팅의 세계로, IT-OT 융합 및 관련 데이터의 필수적인 특성을 고려하여 전원 백업 또는 이중화를 통합한다.
Super capacitor는 안정적인 엣지 성능을 구현하는 데 중요한 역할을 한다. 견고한 엣지 시스템과 결합하여 무중단 전력을 공급 하며 전압 및 전류 안정화, 전원 이중화, 전원 백업 기능을 제공한 다. 엣지 컴퓨팅 시스템의 경우, 이는 최고의 안정성과 전력 이중 화를 보장하는 또 하나의 특징이다. 실시간 처리가 보호되며, 고부가가치 머신 러닝 및 인텔리전스를 위해 IoT 센서에 가깝게 작동한다.
Super capacitor란 무엇이며 기존 배터리와 어떻게 다른가?
Super capacitor(슈퍼 커패시터) 기술은 새로운 것이 아니다. 이부품은 1960년대 후반에 발명되어 특허를 받았으며, 상업적으로 대중화되기까지 10년이 더 걸렸다. 결국 과학자들이 제동 시 발생 하는 에너지를 차량 동력 및 가속에 재사용할 수 있는 가능성을 탐구하면서 전기 자동차(EV)에 대한 연구가 이 기술을 발전시켰다.
하지만 수십 년 동안 사용되어 그 기술적 가치가 입증되었음에도 불구하고 Super capacitor는 여전히 다소 오해를 받고 있다. 성숙했지만 상대적으로 과소평가된 부품인 Super capacitor는 배터리와 너무 자주 비교된다. 실제로 이 장치는 에너지 저장 분야에서 상당한 발전을 이루었다. 오늘날 Super capacitor는 에너지를 수집하고 재사용할 수 있는 까다로운 자동화 및 운송 애플리케이션에서 사용하기에 최적화되어 높은 충전및 방전 주기를 안전하게 유지할 수 있는 능력을 갖추고 있다.
리튬 이온과 같은 기존 시스템 배터리는 이러한 유형의 중요하거나 열악한 컴퓨팅 환경에서 안전한 전원으로 입증되지 않았다. 화학 물질, 오염 물질, 작동 온도가 배터리 성능에 위험을 초래하거나 엄격한 제한을 가하는 제한적이거나 위험한 환경을 생각해 보자. 이러한 제한된 환경에서 Super capacitor는 안전한 대안을 제공하며, 미션 크리티컬 데이터 처리 및 관리를 위한 경보 및 종료 프로세스를 적절히 작동할 수 있을 만큼 충분한 시간 동안 이중화 및 백업 전원을 공급한다.
<표1> Super capacitor와 납축 배터리의 비교
Super capacitor의 가치
전력은 특정 컴퓨팅 시나리오에서 안정성 문제를 야기한다. 따라서 전원 손실 시 시스템이 어떻게 작동하는 지는 러기지 엣지 시스템을 설계할 때 중요한 관심 영역이 됐다. 오늘날의 엣지 디바이스가 통제된 환경에서 점점 더 멀어짐에 따라 전원 백업 및 이중화는 성능을 최적화한다. 이러한 전력 이점은 엣지 시스템이 ITOT 운영의 컨버전스를 지원하는 기능을 제공하기 때문에 중요한 것으로 간주된다.
Premio의 ECO-1000 EDGEBoost 에너지팩은 견고한 엣지에서 Super capacitor의 목적과 기능을 보여 준다. 배터리 기반 무정전 전원 공급 장치(UPS)를 대체하도록 설계된 ECO-1000 시리즈는 예기치 않은 전력 중단 및 변동으로 인한 데이터 손실로부터 연결된 장치를 보호하는 유사한 전기적 기능을 제공한다. 이장치는 UPS처럼 작동하여 전압 및 전류 안정기와 전원 이중화 및 전원 백업을 추가한다.
ECO-1000 시리 즈는 예기치 않은 시스템 중단을 초래하는 전력 변동을 견딜 수 없는 시스템에 중요한 12V 또는 24V 전류를 일정하게 공급할 수 있다. 방전 시간은 모델에 따라 다르며, 사용 가능한 8배 또는 16배 Super capacitor 에 따라 시간 간격이 정해진다.
예를 들어 100W 부하에서 8개의 Super capacitor는 방전 시간 동안 12V 또는 24V에 대한 전원 이중화를 제공할 수 있다. 16개의 Super capacitor를 제공하는 시스 템은 방전 시간 동안 최대 200W 부하를 지원할 수 있다. 전반적으로 애플리케이션 유형에 따라 실시간 데이터 처리 및 원격 측정이 가장 중요한 환경에서 전력 이중화를 위해 시간 제한 방전을 사용할 수 있다.
그러나 Premio의 ECO-1000 시리즈는 기존 UPS와 크게 다른 점이 있어 러기지 엣지에서 그 가치를 높인다. ECO-1000의 배터리 셀은 Super capacitor 셀로 교체되어 가연성 또는 폭발 위험이 없다. AC/DC 변압기가 없는 ECO-1000은 기존 배터리 백업보다 높은 효율성을 자랑한다. 이 경량 시스템은 충격과 진동에 더잘 견디며 일반적으로 더 넓은 작동 온도를 허용한다.
ECO-1000은 머신 러닝 및 인텔리전스를 위해 IoT 센서에 가까운 실시간 처리를 촉진한다. 예를 들어 이 시스템은 까다로운 차량 내 애플리케이션에서 사용하기 위해 점화 전원 제어 및 타이머와 통합되어 있다.
<표2> ECO-1000 방전 시간
빠른 충전과 일반 충전 옵션을 모두 제공하는 ECO-1000 시리즈는 사용 환경에 따라 달라질 수 있는 에너지 수요에 맞는 동적 충전도 지원한다. 60W 또는 120W 전원 공급 장치로 작동하는 일반 충전 모드와 함께 빠른 충전 모드는 220W, 280W, 306W의 빠른 전원 입력으로 성능을 향상시킨다. 최종 사용자의 경우 시스 템 효율성, 성능 및 수명을 저하시키지 않으면서도 시간에 민감한 특정 요구 사항을 충족하는 에너지 보충을 조정할 수 있다.
<표3> ECO-1000 일반 및 급속 충전 가이드
ECO-1000 시리즈는 환경적 특성으로 인해 배터리 성능을 신뢰할 수 없는 열악한 환경에서 작동하도록 특별히 설계됐다. 산업용 컴퓨터와 결합된 Super capacitor 기술을 사용하여 정전이나 전력 변동 시 적절한 셧다운을 보장한다. 이 기능은 중요한 데이터가 시스템 성능의 핵심이며 데이터 손실을 방지하기 위해 캡처 하고 보호해야 한다는 점을 인식하여 안전한 시스템 재시작에 이상적이다.
이 장치에는 백업, 배터리, 점화 모드 등 세 가지 프로그래밍 가능한 모드가 기본으로 제공된다. 또한 LCM(액정 모니터) 디스 플레이를 통해 직접 프로그래밍할 수 있으며, 사용자는 대화형 GUI(그래픽 사용자 인터페이스) 대시보드를 통해 상태나 구성을 쉽게 모니터링할 수 있다. 예를 들어 정전이 발생하면 특정 시간 간격으로 안정적인 전원이 공급되도록 카운트다운을 프로그래밍 하여 완전하고 적절한 데이터 캡처, 알람 경고, 적절한 시스템 종료가 이루어지도록 할 수 있다.
ECO-1000 EDGEBoost 에너지팩은 Super capacitor 자체에서 바로 모니터링하고 설정할 수 있는 디스플레이 바를 옵션으로 제공하여 애플리케이션의 가동 시간을 개선한다.
Super capacitor와 러기지 엣지 시스템의 페어링
엣지 시스템에 Super capacitor 통합으로 지원되는 추가적인 안정성이 필요한가? 이에 대한 답을 찾기 위해 시스템 통합업체는 컴퓨팅 환경의 전력 특성을 고려해야 한다. 데이터 무결성이 중요한 경우, 지속적인 변동과 중단이 있는 ‘dirty’ 전원 환경에서 작동하는 시스템은 Super capacitor 성능의 이점을 누릴 수 있다. 시스 템이 미션 크리티컬하거나 열악한 환경에서 실시간 또는 고성능 데이터 스토리지를 통합하는 경우 최고의 안정성을 위해 Super capacitor를 사용하는 것이 좋다.
자동화 프로세스가 정교한 만큼 러기지 컴퓨팅의 본질은 깨끗하고 평온한 데이터센터와는 크게 다른 환경에 의해 정의된다. 온도가 매우 높거나 낮을 수 있고, 먼지와 오염 물질이 존재하며, 시스템이 로컬 센서 데이 터를 활용하여 놀라운 새로운 프로세스와 기능을 구동 하더라도 충격과 진동으로 인해 위험이 가중될 수 있다.
가장 중요한 것은 전력 스트림이 불안정할 수 있다는 점이다. 데이터 손실을 방지하려면 시스템이 예기치 않은 전원 중단에 직면했을 때 데이터를 올바르게 캡처하고 처리해야 한다. Super capacitor는 이러한 필수적인 신뢰성 계층을 추가하여 전원 중단 시 모든 데이터를 저장할 수 있을 만큼 오랫동안 엣지 컴퓨터를 유지해줄 뿐만 아니라 전력 변동 시에도 전력 안정성을 제공한다.
Premio는 산업용 컴퓨팅 솔루션과의 Super capacitor 통합을 비롯한 스마트 하드웨어 전략으로 소프트웨어 및 데이터 발전을 지원하여 어디서나 풍부한 데이터를 컴퓨팅할 수 있는 견고한 고성능 시스템을 제공한다. 외부 인클로저부터 내부 구성 요소에 이르기까지 러기지 엣지 컴퓨터의 모든 요소는 강한 진동, 혹독한 온도, 습기나 먼지와 같은 환경 문제를 해결하기 위해 기계 및 열 공학의 조합을 통해 특수 제작됐다.
이러한 산업용 등급의 컴퓨터는 뛰어난 처리 능력과 저장 용량으로 기능을 실행하여 가동 중단 시간을 없애고 연중무휴 24시간 안정적인 운영을 보장하는 것으로도 검증됐다.
Super capacitor 작동 방식
Premio는 Super capacitor 기술을 통합하여 자동화 애플리케이션에 미션 크리티컬 성능을 보장하는 더 스마트한 전원 옵션을 통합해야 한다는 점을 인식하고 있다. 슈퍼 커패시터 기술을 통합한 ECO-1000 시리즈는 데이터 보호를 위한 진정한 의미의 견고한 UPS 솔루션을 제공한다. DC-DC 연결과 맞춤형 소프트웨어 인터페이스는 열악한 환경에서 성능을 최적화하여 Premio 의 광범위한 러기지 및 fanless 엣지 컴퓨터 포트폴리오에 가치를 더한다.
산업 자동화, 보안 및 감시, 지능형 교통 시스템에 구축된 사례는 슈퍼 커패시터와 결합된 Premio의 러기드 엣지 시스템의 매력을 잘 보여준다.
(☞ 다음 5월호에 계속)
자료제공: Premio(www.premioinc.com)
