IoT 애플리케이션용 임베디드 SIM

  • 2017년 08월호
  • Eduardo Andres Morral Fuentes, Product Marketing Manager M2M, 인피니언 테크놀로지스


다양한 커넥티비티 요구에 따라 SIM 카드의 한계를 극복하고자 도입된 임베디드 SIM(eSIM)은 여러 가지 이점을 제공하고 있다.

  Eduardo Andres Morral Fuentes, Product Marketing Manager M2M, 인피니언 테크놀로지스 

성공적인 IoT 애플리케이션을 위해서는 신뢰할 수 있는 머신-대-머신 통신이 전제되어야 한다. 통신을 하기 위해서는 송신 측과 수신 측을 보안적으로 식별해야 하며, 애플리케이션의 안전성 요구와 환경적 특성에 따라서 커넥티비티(Connectivity) 요구가 다양하다. 예를 들어, 셀룰러 M2M 통신은 원격지에 있어서 케이블을 사용해서 접근하기가 어려운 장비를 연결하기 위한 용도로 적합하다. 또한 휴대전화에서부터 커넥티드 카(Connected Car)에 이르기까지 데이터를 주고받는 다양한 유형의 모바일 기기에 사용하기에도 적합하다. 

셀룰러 통신에 사용되는 전통적인 착탈식 SIM(Subscriber Identity Module) 카드의 한계를 극복하고자 도입된 것이 임베디드 SIM(eSIM)이다. eSIM은 IoT 디바이스 및 관련 서비스에 셀룰러 커넥티비티를 매끄럽게 통합할 수 있도록 하는 여러 가지 이점들을 제공한다. eSIM의 채택을 가속화하기 위해서 업계는 현재 국제적으로 적용할 수 있는 표준을 개발하고 있다. 하지만 현재로서 eSIM은 다양한 품질 수준과 폼팩터로 제공되고 있으므로 특정 애플리케이션에 따라서 적합한 솔루션을 선택하는 것이 중요하다.

IoT의 핵심을 이루는 것은 지능적인 커넥티비티다. 예를 들어, 산업 제조는 지능적인 머신을 사용해서 정보를 교환할 수 있으며, 커넥티드 카는 교통이나 기상 조건에 관해서 업데이트를 전송하고 수신할 수 있다. 유선 통신은 넓은 대역폭을 제공하나, 인프라에 대한 대대적인 투자를 필요로 한다(유리 섬유 설치 등). 이와 달리 셀룰러 네트워크는 어디에서든 사용할 수 있으며 각종 디바이스로 셀룰러 커넥티비티를 통합하기가 쉬우므로, 연결하기가 까다롭거나 비용이 많이 드는 원격지의 제조 현장을 편리하게 연결할 수 있다.

그럼으로써 새로운 IoT 애플리케이션이 속속 등장하는 가운데, LTE-M 같이 셀룰러 네트워크를 머신 통신용으로 최적화하고자 하는 움직임이 탄력을 받고 있다. 표준화와 더불어서, 많은 수의 모바일 네트워크 사업자들(MNO: Mobile Network Operator)이 셀룰러 커넥티비티를 좀 더 매력적이도록 다듬어 자사의 M2M 통신 제공을 향상시키고 있다.

M2M 시장에서 SIM 카드에 관한 과제들을 해결하기 위해 GSMA에서는 eSIM 또는 eUICC(embedded Universal Integrated Circuit Card)를 도입하고 정의했다(그림 1). GSMA의 임베디드 SIM 규격은 M2M 연결의 원격 프로비저닝 및 관리에 관한 단일적인 사실 상의 표준 메커니즘을 제공하며, 초기 사업자 가입(Subscription)의 ‘Over-The-Air(무선)’ 프로비저닝을 가능하게 하며, 후속적으로 한 사업자에서 다른 사업자로 가입을 변경할 수 있다. 


[그림 1] 먼저 출시되는 CoolSiC™ MOSFET 제품들

기본적으로 말해서, eSIM은 전통적인 SIM 카드와 동일한 기능을 하지만, 후자와 달리 어느 때나 사업자 프로파일을 원격으로 변경할 수 있으며 극히 소형화된 솔더링 가능 폼팩터로 제공된다. eSIM은 개념적으로 전혀 새로운 것이 아니다. 실제로 eSIM은 수년 전부터 M2M 애플리케이션에 이미 사용되고 있으며, 많은 eSIM 업체들이 ‘Over-The-Air’로 가입을 관리하기 위한 솔루션들을 제공하고 있다. 인피니언은 2008년부터 고품질 eSIM 솔루션을 제공하고 있다.

eSIM이 제공하는 이점들은 M2M 애플리케이션에 잘 맞는다. 밀봉되어서 제공되고 디바이스의 회로 보드 상으로 직접적으로 솔더링할 수 있기 때문이다. 그러므로 충격, 부식, 여타 환경적 요인으로 인한 오작동을 줄일 수 있다는 점에서 신뢰성을 높인다. 또한 eSIM은 수명이 통상적으로 10년 이상이므로 표준 폼팩터 SIM보다 길다. 그러므로 디바이스의 수명 동안에 eSIM을 교체할 필요가 없다.

eSIM의 또 다른 중요한 이점은 물리적 보안이다. SIM을 직접적으로 회로 보드 상으로 솔더링함으로써 SIM을 제거하고 디바이스를 무단조작하거나 도용하려는 것을 못하게 한다.

오늘날 M2M 애플리케이션용의 eSIM은 일반적으로 소형 표면실장 MFF2 패키지(5.0×6.0×0.9 mm)로 제공된다. 이 표면실장 형식은 풀 사이즈 2FF 및 3FF SIM 카드와 동일한 전기 인터페이스를 제공하나, 다만 제조 프로세스 중에 회로 보드 상으로 솔더링할 수 있다. M2M 애플리케이션은 SIM 카드를 변경할 필요가 없으므로, 이렇게 하면 커넥터가 필요하지 않게 된다. 그러므로 설계, 신뢰성, 보안을 향상시킬 수 있다.

임베디드 SIM이 M2M 시장의 견인차 역할 

오늘날에도 여전히 대다수 많은 임베디드 시스템(사물)이 오프라인으로 있다. 하지만 2020년에 이르면 300억 개 이상의 사물이 온라인으로 연결될 것이며, 이 중에서 적어도 120억 개의 사물은 모바일 네트워크를 통해서 연결될 것으로 GSMA는 전망하고 있다. 이러한 성장의 가장 큰 부분이 커넥티드 M2M 디바이스로부터 비롯될 것이다.

현재 모든 유형의 디바이스들을 연결하기 위해서 모바일 네트워크를 사용하고 있다. 이러한 예로는 공장 자동화에 사용되는 기계 장비, 각종 요금 계량기의 자동화 리딩, 승용차와 상업용 차량의 지능적인 커넥티비티, 교통 표시등, 주택 보안, 생활비서 등의 다양한 것을 들 수 있다.

산업용 분야에서 eSIM은 산업용 장비로 셀룰러 커넥티비티를 구현하는 것을 향상시킨다. 또한 현장에서 이러한 장비들을 관리하는 문제를 해결한다. 많은 M2M 디바이스는 원격지에 위치하고 있고 대개 밀봉되어 있으며, 판매 후의 위치가 제조 시에 알려지지도 않고 제품 수명도 꽤 길다.

산업 자동화 이외에도 eSIM을 도입할 수 있는 여러 많은 흥미로운 사례들이 있을 수 있다. 그 하나가 ‘냉장 체인(Cold Chain)’ 모니터링이다. 이 경우에는 eSIM을 사용해서 전체적인 물류 과정에 걸쳐서 온도에 민감한 제품을 모니터링할 수 있다. 머스크(Maersk)의 컨테이너 리더 용의 전용적 솔루션은 전 세계적으로 28만 개 냉장 컨테이너의 위치와 온도를 위성을 통해서 제어할 수 있다.

또한 모바일 네트워크 사업자인 AT&T는 탱크 내의 액체 수위를 확인하고 특정한 수위 아래로 낮아졌을 때 업체에게 알려주는 상품을 제공한다. 엘리베이터 회사인 오티스(Otis)는 실시간 데이터 교환을 사용해 유지보수를 하기 위한 적합한 시점을 결정한다.

또 eSIM은 에너지 미터나 스마트 미터 용의 제품에 사용하기에 유용하다. 그럼으로써 주택, 제조 현장, 발전소 등에서 에너지 소모/생산을 원격적으로 모니터링할 수 있다.

또한 산업용 장비 업체들이 eSIM을 사용하면 설계 유연성을 높일 수 있다. 풋프린트가 소형이기 때문이다. 또한 세계 각지로 내보내기 위한 제품에 단일 부품을 사용할 수 있으므로 제조 프로세스를 간소화한다. 특정 장비에 따라서 SIM 카드를 따로따로 구매하고 배포할 필요가 없으므로 운용비용을 절감할 수 있다. 또한 고객이 언제든 서비스 사업자를 변경할 수 있다. 하지만 산업용 및 자동차 환경으로 이와 같은 모든 이점들을 실현할 수 있기 위해서는 eSIM의 품질과 보안성이 이들 애플리케이션의 까다로운 요구를 충족해야 한다(그림 2).


[그림 2] M2M 시장은 다양한 품질 수준과 다양한 보안 요구로 파편화되어 있다. 그러므로 적합한 eSIM 솔루션을 선택할 때 이 점을 고려해야 한다.

품질과 신뢰성을 중요하게 요구

전통적으로 SIM 카드는 컨슈머 디바이스에 사용되어 왔다. 그러므로 많은 경우에 거칠고 혹독한 산업용 환경으로 동작하기에 적합하지 않다. SIM 같이 크기는 작지만 필수적으로 중요한 부품이 산업용 환경의 품질 요구를 따라주지 못한다면, IoT 기술을 사용한 고도로 자동화되고 최적화된 산업 프로세스의 잠재력을 실현하지 못할 것이다.

업체들은 eSIM을 서로 다른 품질 수준과 폼팩터로 제공하고 있다. 그러므로 설계 의사결정을 할 때 산업용 장비 업체가 eSIM 업체와 머리를 맞대고 eSIM의 신뢰성에 영향을 미치는 3가지 중요한 측면을 고려해야 한다. 그것은 기술, 애플리케이션, 환경 조건이다.

실리콘 기술은 비슷한 동작 조건으로 서로 다르게 반응할 수 있다. 예를 들어, 어떤 기술은 고온일 때 결함 비율이 더 높고, 또 어떤 기술은 저온일 때 결함 비율이 더 높을 수 있다. 기술적인 영향을 이해하기 위해서는 장비 업체가 eSIM 업체와 협력해 자사에 적합한 솔루션을 선택해야 한다.

또한 첨단 테스트, 엄격한 공정 관리, 품질 검사, 메모리를 과도한 스트레스로부터 보호하기 위한 첨단 메커니즘에 이르기까지, 선택하고자 하는 eSIM이 약속하는 품질을 보장할 수 있는 적합한 조치들을 취하고 있는지 확인해야 한다. 애플리케이션, 달리 말해서 미션 프로파일은 eSIM을 어떻게 사용하느냐에 관한 것으로서, eSIM의 전반적인 결함 비율에 중대하게 영향을 미친다. 미션 프로파일을 이해하기 위해서는 동작 시간, 업데이트 빈도, 사용되는 메모리 크기 같은 것을 이해해야 한다.

환경적 조건은 수분, 습도, 부칙, 기계적 및 전자기적 충격 같은 변수들에 의해서 결정된다. 그 중에서도 가장 중요한 변수는 동작 온도다. 전통적 SIM 카드의 -25~85℃ 온도 범위는 이 분야에는 적합하지 않다. 그러므로 -40~105℃ 온도 범위로 동작할 수 있는 eSIM을 필요로 한다.



M2M 애플리케이션용으로 적합한 보안 컨트롤러

인피니언은 혹독한 환경 조건으로 동작할 수 있는 다양한 유형의 산업용 등급 보안 컨트롤러 제품군을 제공한다. 이들 제품은 산업용 M2M 애플리케이션으로 보안적이며 신뢰할 수 있는 셀룰러 커넥티비티를 가능하게 한다.

SLM 제품군은 산업용 M2M 애플리케이션용으로 최적화된 16비트 및 32비트 보안 컨트롤러 제품들이다.

16비트 SLM 76 컨트롤러는 많은 다양한 M2M 애플리케이션의 요구를 충족하도록 설계됐다. -40~105℃ 확장 온도 범위, 극히 견고한 E2PROM 셀, 페이지 당 최대 50만 사이클, 진동이나 습도 같은 혹독한 환경 조건에 대한 높은 내성, 10년의 수명, 10년의 데이터 보존, 낮은 결함 비율을 특징으로 한다. 또한 SLM 76 제품은 소형 표준 MFF2 패키지와 전용적인 M2M 칩 카드 모듈 같은 최적화된 패키지들로 제공된다.

SLM 97(그림 3)은 산업용 M2M 애플리케이션용인 인피니언의 고성능 32비트 제품 세대다. 이들 제품은 확장 온도 범위, 최대 1MB SOLID FLASH™ 메모리, 32 kB RAM, 하드웨어 암호화 코프로세서, Common Criteria EAL 5+ High 인증을 특징으로 한다. SLM 97 제품군은 ETSI 및 GSMA의 eUICC 규격을 완벽하게 충족한다. 

커넥티드 산업용 장비의 보안을 더더욱 향상시키기 위해서 eSIM과 함께 OPTIGA™ Trust™ 인증 칩을 결합할 수 있다. OPTIGA Trust E 제품은 I2C 인터페이스를 제공하고, 확장 온도 범위(-40~85℃)로 동작하고, 고가 제품에 대한 투자를 보호하도록 설계됐다.

 

[그림 3] SLM 97은 M2M 산업용 애플리케이션용의 고성능 32비트 제품 세대로, 베어 다이, M2M4.7, ETSI MFF2(DFN8/SON8/VQFN-8), VQFN32 패키지로 제공된다.

자동차 시장의 부상

M2M은 자동차 산업으로 엄청난 기회를 가져올 것이다. ‘커넥티드 카’라는 용어는 엔진 관리, 원격 자동차 모니터링, 운전자가 의식을 잃었을 때 대신 제어하는것, 사고 발생 시에 자동으로 응급 호출을 하는 것 같은 다양한 애플리케이션을 모두 포괄한다.

자동차에서 eSIM의 성장 동력의 하나로 응급 호출 시스템을 들 수 있다. 유럽 위원회에서는 차내 응급 호출 서비스(eCall) 용으로 eUICC 형식을 선택하고 2018년부터 유럽 연합에서 출시되는 신차에 의무적으로 시행한다. 그러면 사고가 발생하고 운전자가 의식을 잃었을 때 자동차가 스스로 응급 호출을 한다.

또한 셀룰러 커넥티비티를 통합하면 실시간 교통정보, 인터넷 접속, 원격 지원 같은 하이엔드 커넥티드 카 서비스가 가능하다(BMW의 Connected Drive, Audi의 Connect, Mercedes의 Me Connect 등).

커넥티드 카는 자동차 업계에 다양한 기회를 가져오기도 하지만 특정한 과제들을 제기하기도 한다. 컴퓨터나 모바일 디바이스의 사용 수명은 대개 수년을 목표로 하고 다음 세대 제품으로 새로운 기능들을 통합할 수 있으나, 자동차 회사들은 훨씬 더 멀리까지 내다 보아야 하며 제품 수명이 길게는 15년까지도 갈 것이라는 점을 고려해야 한다.

커넥티드 카에서는 eSIM을 사용해서 자동차와 외부 세상을 연결할 수 있다. 자동차 회사들은 최대의 품질 수준을 달성하는 것에 중점을 두고, 모바일 네트워크 사업자들은 보안 기밀을 도용이나 복제로부터 보호하는 것에 중점을 둔다. 또한 eSIM의 원격 관리 기능을 활용함으로써 자동차 회사들이 물류 복잡성을 줄일수 있는데, 예를 들어 자동차 수명 동안에 소프트웨어 ‘Over-The-Air’(SOTA) 업데이트를 사용해 고객들을 위한 새로운 서비스를 편리하게 구축할 수 있다.

바로 이 점에서 셀룰러 통신의 품질과 신뢰성이 빛을 발한다. 바로 이러한 요구를 충족하도록 인피니언에서 내놓은 제품이 SLI 76/97 제품군이다(그림 4). SLI 제품군은 자동차 M2M 애플리케이션용으로 최적화된 16비트(SLI76) 및 32비트(SLI97) 보안 컨트롤러 제품들을 제공한다. SLM 제품과 마찬가지로 SLI도 엄격한 자동차 표준을 충족한다.


[그림 4] SLI 보안 컨트롤러 제품군은 16비트(SLI76) 및 32비트(SLI97) 제품을 포함하며, SLM 제품군과 기능은 거의 비슷하면서 eCall, 커넥티드 카, 자동차-대-자동차 통신 같은 자동차 M2M 애플리케이션용으로 최적화된 제품들이다.

이들 eSIM 제품은 더 넓은 범위의 성능대를 제공하며, PPAP 도큐멘테이션을 제공하고, AEC-Q100을 충족한다. 또한 SLI 97은 모든 해 

당되는 암호화 방식을 지원하는 일련의 하드웨어 암호화 코프로세서를 포함하며 Common Criteria EAL 5+High 인증을 취득함으로써 보안 자동차 커넥티비티에 사용하도록 완벽한 솔루션을 제공한다.

맺음말 

무수히 다양한 디바이스와 솔루션들로 이루어진 IoT는 M2M 통신을 위해서 유연하면서 신뢰할 수 있는 솔루션을 필요로 한다. 셀룰러 기반 솔루션은 유선 애플리케이션에 대해 보안적이며 경제성 뛰어난 대안을 제시한다. 특히 원격지 장비와의 통신이나 커넥티드 카와 같은 모바일 애플리케이션에 사용하기에 유용하다.

인피니언은 20년 넘게 SIM 칩을 공급하고 있으며 다양한 유형의 전문적인 eSIM 제품을 개발했다. 그 동안 축적된 시스템에 대한 이해와 보안 전문성을 바탕으로 셀룰러 M2M 통신용으로 뛰어난 품질의 솔루션들을 제공한다.

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