머신러닝 추론 지원으로 모든 궤도에 걸친 완벽한 방사선 내성 제공
[데이터넷] 적응형 및 지능형 컴퓨팅 부문 선두주자 자일링스(Xilinx)는 위성 및 우주 애플리케이션을 위해 완벽한 방사선 내성과 초고 처리량 및 대역폭 성능을 제공하는 업계 최초의 20nm 우주 품질등급 FPGA를 출시했다.
새로운 20nm 방사선 내성(RT: Radiation Tolerant) 기능을 갖춘 킨텍스 울트라스케일(Kintex UltraScale) XQRKU060 FPGA는 궤도상에서 제한 없는 재구성이 가능하고, 페이로드 애플리케이션에 이상적인 10배 이상의 DSP(Digital Signal Processing) 성능을 비롯해 모든 궤도에 걸쳐 완벽한 방사선 내성을 제공한다.
특히 우주 애플리케이션에 고성능 머신러닝도 처음으로 제공한다. 텐서플로우(TensorFlow) 및 파이토치(PyTorch)를 비롯한 업계 표준 프레임워크를 지원하는 다양한 머신러닝 개발 툴 포트폴리오를 통해 완벽한 ‘프로세스 및 분석’ 솔루션을 구현해 우주 공간에서 실시간 온보드 프로세싱을 위한 신경망 추론 가속화가 가능하다.
XQRKU060은 고밀도의 전력 효율적인 컴퓨팅 성능과 확장 가능한 정밀도 및 대용량 온칩 메모리를 통해 딥러닝에 최적화된 5.7 TOPs(Tera Operations per Second)에 이르는 최고 INT8 성능을 제공하며, 이는 이전 세대에 비해 약 25배 증가했다.
자일링스의 우주 분야에 대한 경험과 성공적인 65nm 우주 품질등급 디바이스를 기반으로 구현된 우주 애플리케이션을 위한 최초의 20nm 제품은 3세대에 이르는 프로세스 노드를 통해 우주 산업을 발전시킬 것으로 기대된다. 크기, 무게, 전력을 크게 줄인 것은 물론 강력한 방사선 내성 기능을 제공하도록 설계됐고, 우주내성(Space-Resilient) 기능을 갖춘 디바이스를 통해 고객들이 열악한 우주 환경에서 단기 및 장기 미션을 처리할 수 있도록 지원한다.
자일링스 항공우주 및 방위산업 버티컬 마케팅 부문 시스템 설계자 미날 사완트(Minal Sawant)는 “자일링스는 최첨단 방사선 내성 기술 개발 및 안정적인 우주 품질등급 솔루션 구축에 대한 방대한 경험을 토대로 세계에서 가장 진보된 우주용 프로세스 노드를 출시하면서 계속해서 선두를 달리고 있다”며 “20nm RT 킨텍스 울트라스케일 디바이스는 고대역폭 페이로드와 우주탐사 및 연구 임무를 위한 높은 컴퓨팅 요건을 충족할 수 있도록 업계 표준을 뛰어넘는 새로운 벤치마크를 수립했다”고 밝혔다.
새로운 XQRKU060은 업계에서는 유일하게 완벽한 궤도상에서 제한 없는 재구성이 가능한 솔루션이다. 궤도 재구성 기능과 함께 실시간 온보드 프로세싱 및 머신러닝 가속화 기능을 통해 위성을 실시간으로 업데이트하고, 복잡한 알고리즘을 처리할 수 있도록 온디맨드 비디오 및 온디맨드 컴퓨팅을 수행할 수 있다.
머신러닝 기능은 과학적 분석 및 객체 감지를 비롯해 구름 탐지와 같은 이미지 분류 등 다양한 문제를 해결하는데 적합하며, 우주 공간 및 지상에서 모두 프로세싱 효율성을 향상시키고, 의사결정 지연시간을 단축할 수 있다. 또한 적응형 컴퓨팅 아키텍처는 고객들이 제품을 출시하기 전에 또는 궤도에 배치된 이후에도 무한 궤도 재구성을 통해 제품을 업데이트할 수 있어 계속해서 변경되는 프로토콜과 애플리케이션을 지원할 수 있다.
XQRKU060은 고밀도의 전력 효율적인 컴퓨팅에 최적화된 풍부한 DSP 기능을 제공한다. 이 디바이스는 2760개의 울트라스케일 DSP 슬라이스를 갖추고 있으며, 이전 세대에 비해 10배 이상 증가한 최대 1.6 TeraMACs의 신호처리 컴퓨팅 성능을 제공하는 것은 물론 부동소수점 연산 효율성도 크게 향상됐다. 또한 우주 공간에서 향상된 컴퓨팅 성능을 제공하기 위해 최대 12.5Gbps의 실행 속도로 최대 400Gbps의 총 대역폭을 지원하는 32개의 고속 트랜시버(SerDes)의 방대한 I/O 대역폭도 함께 제공된다.
XQRKU060은 또한 혹독한 궤도 환경에서 발사 및 방사선 영향을 견딜 수 있는 진동내성 및 처리능력을 갖춘 견고한 40x40mm 세라믹 패키지로 설계됐다. 이 아키텍처는 SEE(Single Event Effect)를 완화할 수 있는 혁신적인 설계를 갖추고 있어 LEO(Low Earth Orbit) 및 MEO(Medium Earth Orbit), GEO(Geosynchronous Orbit), 그리고 딥 스페이스 미션 등 모든 궤도를 위한 산업 요건을 충족한다.
XQRKU060은 자일링스의 비바도 디자인 수트(Vivado Design Suite)를 통해 새롭고, 단순화된 개발 환경을 제공한다. 재설계된 라우팅 아키텍처는 일반적인 산업 병목현상 문제를 해결할 수 있도록 광범위한 라우팅 용량을 제공한다. 비바도 디자인 수트를 이용해 프로그램하면, 라우팅 정체를 제거하고, 성능저하 없이 디바이스를 90% 이상 사용할 수 있다. 시스템 설계자와 방사선 팀은 비바도를 통해 생산성을 극대화하고, 개발시간을 단축하고, 급박한 발사 일정을 지원할 수 있다.
또한 통합 소프트웨어 개발 플랫폼인 바이티스(Vitis)는 TMR(Triple Modular Redundant) 기능을 갖춘 마이크로블레이즈(MicroBlaze) 소프트 프로세서 상에서 임베디드 소프트웨어를 개발할 수 있도록 지원한다. 자일링스는 향후 확장판에서 자일링스 디바이스 및 프로덕션 카드 상에서 AI 추론을 구현할 수 있는 자일링스 통합 소프트웨어 플랫폼인 바이티스 AI에 대한 지원을 추가할 예정이다.
XQRKU060을 위한 에코시스템 파트너들의 강력한 호환 솔루션도 현재 제공되고 있다. 에코시스템 파트너 솔루션은 시제품 제작 보드와 우주 품질등급의 전력 및 메모리, 구성 솔루션과 SEU(Single Event Upset) 완화 툴 및 IP에 이르기까지 다양하며, 고객들이 우주 애플리케이션 설계를 가속화할 수 있는 광범위한 자산이 지원된다.
20nm RT 킨텍스 울트라스케일 우주 품질등급 XQRKU060-1CNA1509 FPGA의 플라이트 유닛(Flight Unit)은 올해 9월부터 MIL-PRF-38535 규격에 따라 자일링스 클래스 B 및 클래스 Y 테스트 공정을 거쳐 공급될 예정이다. 기계식 샘플 및 시제품용 유닛은 현재 제공되고 있다. 고객들은 KCU105 평가 키트나 킨텍스 울트라스케일 우주 개발 키트를 사용해 시제품 제작을 시작할 수 있다.
