통합 스마트 홈의 잠재력을 완벽하게 실현하기 위해서는 해결해야 할 과제들도 여전히 남아 있다. 스마트 홈이 대중화되기 위해서는 이러한 과제를 충족할 수 있도록 연결 솔루션이 계속해서 진화해야 한다. 매터(Matter) 프로토콜과 저전력 무선 기술이 이러한 발전을 주도하고 있다.



보다 향상된 자동화 기능과 에너지 절감 및 편의성을 제공하는 무선으로 연결된 수많은 스마트 기기들이 가정에 도입되면서 우리의 일상생활이 크게 변화하고 있다. 이제 스마트폰이나 전용 홈 어시스턴트를 이용해 커넥티드 스피커와 스마트 조명, 자동 윈도우 블라인드 및 스마트 HVAC 등과 같은 기구들을 원격으로 조정할 수 있게 되었다. 

스태티스타(Statista)에 따르면, 2028년까지 전 세계적으로 스마트 홈에 거주하는 인구 수가 7억 8,500만 명을 넘어서면서 관련 시장이 크게 활성화될 것으로 예상되고 있다.(참고자료 1)

하지만 통합 스마트 홈의 잠재력을 완벽하게 실현하기 위해서는 해결해야 할 과제들도 여전히 남아 있다. 먼저, 서로 다른 에코시스템을 기반으로 구현된 스마트 홈 기기들 간의 상호 동작이 상시적으로 원활하게 동작하지 못한다는 점이다. 또한 제한적인 칩 리소스로 인해 첨단 애플리케이션을 지원하는 소프트웨어를 충분히 활용하지 못하고 있다. 이외에도, 기기의 배터리 수명에 영향을 미치는 부적절한 에너지 효율성과 지속적으로 클라우드와 액세스해야 하는 스마트 홈 에코시스템에서 우려되는 보안 위험 또한 해결해야 할 문제로 지적되고 있다.

스마트 홈이 대중화되기 위해서는 이러한 과제를 충족할 수 있도록 연결 솔루션이 계속해서 진화해야 한다. 매터(Matter) 프로토콜과 저전력 무선 기술이 이러한 발전을 주도하고 있다.



새로운 스마트 홈 표준, 매터

CSA(Connectivity Standards Alliance)에서 개발한 스마트 홈을 위한 오픈소스 연결 표준인 매터는 개별화된 에코시스템으로 인해 발생하는 기기 간의 단절 문제를 해결하는데 도움을 준다. 매터는 아마존(Amazon), 애플(Apple), 삼성과 같은 스마트 홈 공급업체들이 제공하는 기존의 연결 프로토콜 간의 상호 운용성을 지원함으로써 개발자와 소비자 모두 상당한 이점을 누릴 수 있도록 해준다.

매터는 기존 스마트 홈 무선 연결 기술인 블루투스 LE(Bluetooth Low Energy), 와이파이(Wi-Fi), 스레드(Thread, 스마트 홈을 위해 개발된 안전한 무선 메시 네트워크) 및 이더넷 유선 프로토콜 상단에 구현되는 통합 애플리케이션 계층을 통해 작동한다.

저전력 매터 기기는 일반적인 스마트 홈 설정에서는 스레드 네트워크를 통해 실행되는 반면, 더 높은 출력 및 데이터 대역폭이 필요한 기기의 경우에는 와이파이를 이용하게 된다. 매터는 기기 간 통신에 필요한 스레드, 와이파이 및 이더넷 프로토콜을 지원하는 반면, 블루투스 LE는 네트워크에 새로운 기기를 등록하고, 구성하는데 사용된다.

매터는 표준화된 사양을 기반으로 작성된 공통의 데이터 모델을 제조업체에게 제공함으로써 궁극적으로 다른 제조사 제품과의 호환성 및 상호 운용성을 보장한다. 이를 통해 소비자들은 훨씬 더 간편하게 새로운 제품을 설정하고, 사용할 수 있게 된다.

성능, 효율, 보안 개선

블루투스 LE 분야의 시장 점유율 선도 기업인 노르딕 세미컨덕터(Nordic Semiconductor)와 같은 주요 칩 제조사들은 매터 사양을 준수하기 위해 실리콘 및 소프트웨어 대한 최적화 작업을 완료했다. 특히, 노르딕 고객들은 이미 몇 년 전부터 스레드와 블루투스 LE를 동시에 지원하는 nRF52 및 nRF53 시리즈 SoC를 이용해 매터 기기를 개발하고 있다. 개발자들 또한 최신 매터 개발 툴이 통합된 노르딕의 nRF 커넥트(nRF Connect) SDK(Software Development Kit)를 기반으로 보다 간편하게 설계 작업을 수행하고 있다.


첨단 매터 애플리케이션을 지원하는 무선 SoC는 매터 애플리케이션 계층을 실행하는 것은 물론, 연결에 필요한 무선 프로토콜 및 애플리케이션 소프트웨어를 구동하고, 윈도우 블라인드, 조명 또는 커넥티드 스피커 등과 같은 기기들을 작동시키는데 필요한 컴퓨팅 성능과 메모리 용량을 갖추고 있어야 한다.

이러한 요구에 부합하는 노르딕의 5세대 SoC인 nRF54H 및 nRF54L 시리즈는 혁신적인 매터 제품의 시장 출시를 가속화하고 있다. 이 SoC는 노르딕의 입증된 nRF52840 및 nRF5340 SoC에 기반하고 있지만, 개발자들이 기술적 역량을 더욱 강화할 수 있도록 보다 강력한 프로세싱 성능 및 메모리 기능을 제공한다. 새로운 SoC는 이전 세대 칩에 비해 더 발전된 스마트 홈 제품을 구현하게 될 것이다.

높은 프로세싱 성능 제공

예를 들어, nRF54H 시리즈의 첫 번째 SoC인 nRF54H20은 다중 Arm Cortex-M33 프로세서와 RISC-V 코프로세서를 모두 통합하고 있다. 특히 nRF54H20의 애플리케이션 프로세서 성능은 현재 노르딕의 주력 제품인 nRF5340 SoC에 내장된 프로세서보다 두 배 더 높은 프로세싱 성능을 제공한다.

nRF54H20의 Arm Cortex 및 RISC-V 프로세서는 각각 특정 유형의 작업부하에 따라 최적화할 수 있다. 따라서 대부분의 무선 SoC 프로세서가 효율성 또는 성능에 따라 최적화되는 것과 달리, nRF54H20을 이용하는 개발자들은 각 구성을 동적으로 변경하여 효율성 및 성능 이점을 모두 활용할 수 있다.

또한 2MB의 비휘발성 메모리와 1MB의 RAM을 통합하고 있는 nRF54H20은 노르딕의 현재 주력 SoC 제품보다 더 큰 메모리 용량을 갖추고 있다. 이러한 내부 메모리 할당으로 외부 메모리보다 훨씬 더 적은 전력소모를 지원한다.


프로세서와 메모리 및 기타 첨단 리소스를 갖춘 이러한 새로운 SoC는 보다 정교한 스마트 홈 애플리케이션을 실행하는데 완벽한 솔루션이다. 또한 nRF54H20은 이전 세대보다 더 긴 도달거리와 뛰어난 안정성을 제공하는 동급 최상의 새로운 멀티 프로토콜 무선 기능을 갖추고 있어, 소비자들이 기기 네트워크를 확장하여 실외를 포함한 스마트 홈 전반에 걸쳐 더욱 강력한 통합 환경을 구축할 수 있도록 지원한다.

nRF54L 시리즈의 첫 번째 SoC인 nRF54L15는 nRF54H20을 보완하여 엔트리 및 중급 매터 애플리케이션을 지원하기 위해 개발된 솔루션이다. 특히 nRF54L15는 nRF52840 SoC의 절반 수준에 불과한 무선 RX(수신) 전류를 소모하도록 업그레이드됨에 따라 장시간 수신 모드에 있는 스마트 홈 제품의 경우 상당한 에너지 절감 효과를 얻을 수 있다.

두 nRF54 시리즈 SoC 모두 보안 부팅과 보안 펌웨어 업데이트, 보안 스토리지 및 물리적 공격에 대한 보호 기능 등 PSA 인증 레벨 3(IoT 보안 표준인 PSA 인증 중 가장 높은 수준)의 요구사항을 넘어서는 최첨단 보안 기능을 갖추고 있다. 따라서 이러한 SoC를 이용해 구현된 스마트 홈 제품은 시장에서 가장 안전한 기기 중 하나가 될 것이다.

머신러닝 구현

오늘날의 스마트 홈 제품에는 아직 머신러닝이 도입되지 않았지만, 미래의 제품에는 상당 부분 적용될 것이다. nRF54H 및 nRF54L은 개발자들이 머신러닝 기술을 활용할 수 있도록 지원한다.

이 SoC의 강력한 프로세서를 이용하면, 사물의 변화 추세를 식별하는데 필요한 엣지 컴퓨팅을 손쉽게 처리할 수 있다. 엣지 컴퓨팅은 소프트웨어를 이용해 센서 트렌드의 편차를 찾아내고, 추가 조치에 필요한 핵심 정보만을 전달하는 머신러닝 모델을 실행할 수 있다. 이를 통해 에너지를 절감하고, 배터리 수명을 연장할 수 있다.

 

이러한 모델은 외부 요인에 따라 스마트 홈 제품의 성능을 최적화하는데 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 가족 구성원이 모두 집에 있으면, HVAC의 습도 설정을 수정하거나, 아이들이 숙제를 하는 동안 LED 색온도를 변경하여 조명을 조절할 수도 있다. 또는 해가 지는 시간에 따라 블라인드 닫는 시간을 점진적으로 조정할 수도 있다. nRF54H 및 nRF54L 시리즈의 머신러닝 지원은 스마트 홈 분야에 혁신을 불러일으킬 것이다.

스마트 홈에 최적화된 솔루션

매터는 스레드 네트워크 계층에서 실행되고, 네트워크 등록을 위해 블루투스 LE를 이용하기 때문에, 노르딕의 새로운 멀티 프로토콜 nRF54 시리즈 SoC는 새로운 애플리케이션 프로토콜 기반 스마트 홈 제품에 최적화된 솔루션이다. 매터를 지원하는 nRF54H20 및 nRF54L15 칩은 타사 기기 및 앱과 스마트 홈 에코시스템 전반에 걸쳐 원활한 상호 운용성을 지원하며, 노르딕의 nRF70 시리즈 와이파이 컴패니언 IC(Companion IC)는 매터 제품에 와이파이 지원을 추가할 수 있는 옵션을 제공한다.

밴티지 마켓 리서치(Vantage Market Research)에 따르면, 글로벌 스마트 홈 시장은 2022년 913억 달러 규모에서 2030년까지 1,957억 3천만 달러 규모로 확대될 것이며, 이 기간 동안 연평균 성장률(CAGR)은 10%에 이를 것으로 예상되고 있다(참고자료 2). 개발자들이 더 나은 제품을 개발할 수 있도록 매터와 같은 이니셔티브 조직과 노르딕 세미컨덕터와 같은 칩 제조사들의 노력이 이어지면서, 전 세계에 걸쳐 스마트 홈의 잠재력을 완벽하게 활용할 수 있는 시대가 도래하고 있다.



참고 자료

1. “Number of users of smart homes worldwide from 2019 to 2028”,
https://www.statista.com/forecasts/887613/number-of-smart-homes-in-the-smart-home-market-in-the-world
2. “Smart Home Market ? Global Industry Assessment and Forecast”, https://www.vantagemarketresearch.com/industry-report/smart-home-market-1063 


저자 소개


빈스 하겐(Vince Hagen)은 노르딕 세미컨덕터(Nordic Semiconductor)의 비즈니스 개발 매니저로,
노르웨이 오슬로에서 근무하고 있다. 그는 다양한 산업 분야의 주요 파트너 및 고객들과 함께
혁신적인 솔루션을 개발하고 있는 노르딕 세일즈 팀을 지원하고 있다.