영국 반도체 설계자산(IP) 기업인 ARM은 VORAGO Technologies(보라고 테크놀로지)와 함께 우주 전자 장비 분야의 새로운 발전을 이뤄냈다고 발표했다. ARM은 미 항공우주국(NASA)이 국제 우주 정거장(International Space Station, ISS)에 물자를 보급하기 위해 발사한 SpaceX CRS-10에 ARM Cortex-M0 프로세서 기반의 VORAGO 테크놀로지 마이크로컨트롤러(MCU)가 탑재됐다고 밝혔다. 이 MCU는 SpaceX CRS-10에 탑재된 중요한 실험용 전자 장치를 제어하는데 사용된다. 

▲ 미 항공우주국(NASA)이 국제 우주 정거장(International Space Station, ISS)에 물자를 보급하기 위한 SpaceX CRS-10 발사에 성공했다. 〈출처: NASA〉

우주 산업 분야에서 ARM 기술은 무서운 기세로 성장하고 있다. 최근에 NASA는 차세대 우주 전자 장비를 개발하기 위해 ARM Cortex A-53 프로세서를 채택한 바 있다. NASA와 미국공군연구소(Air Force Research Laboratory)가 지원하는 이번 실험프로젝트는 ARM Cortex-M0 기반의 방사선에 내성을 가지게 개발된 MCU가 우주 사업에 채택된 첫 번째 사례이며, 혹독한 주변 환경에서 견딜 수 있도록 특수 설계됐다. 

RHEME: 우주 공간에서 메모리 기능 모니터링  

RHEME(Radiation Hardened Electronic Memory Experiment)은 혹독한 우주 환경에서 직면하는 문제를 해결함으로써 차세대 우주 컴퓨팅을 구현할 수 있는 중요한 실험이다. 이 실험은 VORAGO가 보유한 방사선 내성을 강화한 칩 설계 기술을 활용했다.

우주 공간에서는 전자 메모리가 높은 에너지를 가진 양성자와 방사능 입자에 노출될 수 있으며, 이러한 입자가 메모리나 다른 미세 회로와 충돌하면 메모리 비트에 저장된 정보가 손상될 수 있다. 손상된 데이터는 전자 장비에 장애를 일으키거나 임무 자체를 위험에 빠뜨릴 수도 있어 매우 심각한 문제다.

RHEME는 향후 1년 간 메모리에 입자가 충돌하면서 발생하는 영향을 모니터링할 계획이다. RHEME는 방사선과 가혹한 온도 환경에 견딜 수 있도록 하드웨어의 신뢰성을 높여주는 VORAGO HARDSIL^® 특허 기술이 적용된 VORAGO ARM Cortex-M0 기반 마이크로컨트롤러에 의해 제어된다. 이번 실험을 통해 낮은 전력으로도 우주선 전자 장비의 오류를 검출하고 이를 보정하며 또한 그러한 오류가 발생하지 않는 메모리를 개발할 수 있을 것으로 기대한다.

우주 비행의 혁명을 이뤄낼 ARM 기반 칩

과거의 우주선에서 사용되는 전자 장비는 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 활용한 맞춤 설계를 채택해 우주선을 발사할 때 마다 이에 맞는 설계 제작을 해왔다. 따라서 재사용한다는 개념이 없었다. 그러나 우주 탐사 분야의 기술이 지속적으로 발전하고, 발사용 로켓을 재사용할 수 있는 단계에 이름에 따라, 사용되는 전자 장비 역시 확장성과 신뢰성을 높이고 가격은 더 저렴하게 할 필요가 생겼다. 표준 ARM 아키텍처는 이러한 요구 사항에 유연하게 대응할 수 있다.

▲ Cortex-M0 기반 칩

ARM의 첨단 기술 마케팅 담당 이사인 닐 스트라우드(Neil Stroud)는 “이번 실험을 통해 우주 산업 분야에서 방사선 내성 시스템을 설계하는 방식을 변화시키는 동시에, 이러한 애플리케이션에 사용되는 칩 설계에도 혁신을 가져다 줄 것이다. 이와 함께 더 많은 MCU 기반의 전자 장비가 저렴한 가격에 우주선에 탑재되어 핵심적인 제어?안전 기능을 수행할 수 있을 것”이라고 말했다.

VORAGO 테크놀로지의 마케팅 담당 이사인 로스 반나타인(Ross Bannatyne)는 “방사선 내성 마이크로컨트롤러는 우주선 컴퓨팅 애플리케이션 설계자들 사이에서 인기가 높아지고 있는 기술이다. 특히, 소형 인공위성 부문에서 각광을 받고 있다. ARM 은 이러한 요구를 충족시킬 수 있는 기술을 보유하고 있다”면서 “전력 소모량이 많지 않다는 점은 태양광 전력에 의존하는 우주선에 매우 중요하다. 이와 함께, 개발 지원을 위한 광범위한 생태계와 공간에 대한 제약 사항이 많은 우주선에 사용할 수 있는 소형의 칩을 구현할 수 있는 기술 또한 중요하게 작용한다. 이번 실험으로 향후 우주 시스템에 사용될 칩 개발에 있어 매우 중요한 데이터를 제공할 것으로 기대한다”고 말했다. 

이러한 방사선은 지구와 가까이에 위치한 장비에도 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 오작동이 허용되지 않는 안전이 무엇보다 중요한 애플리케이션을 위해 많은 ARM CPU가 사용되었다. 이러한 애플리케이션에서 사람이나 환경에 해를 끼치지 않도록 방사선에 의한 영향이 검출되고 이러한 영향을 완화시킬 수 있는 기능을 갖추는 것이 매우 중요하다. ARM은 이러한 기능을 갖춘 다양한 CPU 포트폴리오를 보유하고 있다. 이를 통해, 설계자들이 우주 탐사 임무부터 차량 내 ADAS 시스템, 의료 기기까지 ISO26262와 IEC61508 등 다양한 산업 분야의 안전성 인증 표준을 충족시키는 시스템을 개발할 수 있다.