개발 기간의 기존 대비 약 3분의 1 이하로의 단축화와 코딩에 있어서의 미스 혼입의 완전 배제를 실현 -

주식회사 후지쯔(Fujitsu, 富士通) 연구소는 서버 등 ICT 기기용 디지털 제어 전원 전용으로 개발 프로세스를 효율화?고신뢰화하는 개발 환경 구축을 세계에서 처음으로 실현하였다고 한다.

전원의 고성능화?기능 고도화에 수반하는 제어의 복잡함에 대응하기 위하여 소프트웨어에 의한 전원 제어가 유망시되고 있지만 설계 시 시뮬레이션과 실제 기기 동작과의 차이나 코딩량의 증대와 거기에 따르는 미스에 의한 버그 혼입으로 디버그?시험 공정수가 증대하여 개발의 효율화가 과제가 되고 있다.

이번에 전원 제어에 필요한 최대 150 kHz 이상의 빠른 동작의 제어 신호를 150 피코초의 높은 분해능으로 모델로 생성할 수 있는 고속?고분해능 IO 보드를 개발하였다. 그리고 조립 코드 자동 생성 기술과 조합하는 일로 코딩 작업을 불필요하게 하여 전원 실제 기기에 대한 소프트 제어 동작의 타당성 검증과 마이크로컴퓨터로의 실장을 실현하는 개발 환경을 구축하였다. 이것에 의해 개발 공정수를 기존 수법의 약 3분의 1로 할 수 있을 전망이다.

향후 본 기술을 적용하여 개발 공정수를 삭감하는 것으로 고성능 ICT 기기용뿐만 아니라 자동차의 고도 전원 제어 등 다양한 전원의 필요성에도 시기적절하게 대응하는 것이 가능하게 된다.

개발의 배경으로 ICT 기기의 고기능화나 자동차의 전장화(電裝化)가 진행되고 있어 이러한 기기에 안정된 에너지를 공급하기 위한 전원은 중요한 인프라이다.최근 전원에 대해서는, 높은 에너지 변환 효율이나 서버 등 ICT 기기와의 밀접한 제휴라는 기능 고도화가 요청되었기 때문에 전원에 마이크로컴퓨터를 탑재하여 소프트웨어로 제어하는 디지털 제어 전원에 의한 대응이 진행되고 있다(<그림 1>). 그러나 기능의 고도화에 수반해 시스템이 복잡하게 되어 설계 시 시뮬레이션과 실제 기기 동작의 차이가 나는 많은 문제의 소재가 제어 대상의 회로에 있는지, 제어 논리에 있는지 또는 코딩 시 인위적인 미스에 있는지가 구분이 곤란하게 되어 개발 공정수가 계속 증가하고 있다.

향후 ICT 기기를 비롯한 다양한 전원에서의 필요성에 시기적절하게 대응하기 위해서는 전원 개발 프로세스를 발본적으로 효율화?고신뢰화하기 위한 기술개발이 불가결하다다.전원 등 조립 제어 시스템의 개발 프로세스를 효율화?고신뢰화하기 위한 수법의 하나로서 제어 논리의 사양을 실행 가능한 요소 모델의 조합으로 표현하여 계산기 상의 설계?시뮬레이션으로부터 실제 기기 테스트까지 단계적으로 검증을 실시하면서 개발을 진행시키는 모델 베이스 개발 수법이 유망시되고 있다. 디지털 제어 전원의 개발에 모델 베이스 개발 수법을 도입하기 위해서는 제어 모델을 계산기 상에서 동작시켜 실제 전원 회로를 동작시키는 프로세스를 실현할 필요가 있다(<그림 2>).

모델 베이스 개발 수법은 자동차 분야나 항공 우주 분야 등에 있어서 조립 제어 시스템의 개발 현장에서 유효성이 실증되고 보급이 진행되고 있다. 서버 등 ICT 기기의 전원에 요구되는 제어 주파수는 자동차 분야나 항공 우주 분야의 제어 시스템이 약 10kHz 이하인데 100 kHz~150 kHz 정도로 짧기 때문에 10배 이상의 속도로 제어 신호를 처리할 필요가 있다.

이런 이유로 전원 개발용 모델 베이스 개발 환경의 구축은 곤란하였다.

개발한 기술은 이번에 고속의 계산기 상에서 제어 모델을 작동시켜 전원 제어 신호를 발생시켜 실제 전원에서의 회로 동작을 가능하게 하는 고속?고분해능인 IO 보드와 조립 코드 자동 생성에 의한 ICT 기기용 디지털 제어 전원개발 전용의 모델 베이스 개발 환경을 실현하였다(<그림 3>). 이것에 의해 시뮬레이션으로 검증된 제어 모델의 전원 실제 기기에 대한 타당성 검증까지의 과정에서 코딩 작업이 불필요하게 되면서 타당성의 검증된 제어 모델을 마이크로컴퓨터 상에서 고속으로 실행하는 코드를 자동 생성할 수 있게 되었다.

개발한 기술의 특징은 자동차 분야 전용으로 구축된 모델 제어 동작환경을 전원 전용으로 적용하기 때문에 부족한 능력을 보충하여 전원의 제어 신호를 생성하는 고속?고분해능 IO 보드를 독자 개발하였다.

전원의 출력을 안정시키려면 현재 출력하고 있는 전압값을 취득하여 그 값으로부터 다음의 제어량을 결정하면서 일정 주기로 제어하는 것이 필요하다. 매회 일정 주기 내에 전압값 취득으로부터 제어 신호 출력까지를 완료시키기 위하여 제어량의 계산 처리와 제어 신호의 출력을 오버랩시키는 처리 방식을 새롭게 개발해 전원 제어 신호를 최대 150kHz 이상의 속도(제어 주기)와 150 피코초의 시간 분해능으로 생성하는 기능을 세계에서 처음으로 실현되었다.

그리고 자동 코드 생성된 코드의 실행 시간은 모델 제어에 있어서의 동작 확인 후 실제 전원 회로의 제어 마이크로컴퓨터 상에서도 일정 주기 시간 내에 처리를 완료할 필요가 있다.

제어 모델은 요소 모델의 조합으로 구성되어 있지만 처리 시간이 긴 요소 모델을 마이크로컴퓨터 제어에 적절한 코드를 출력하는 독자 요소 모델로 변환하여 처리 시간을 단축하고 있다.

고속?고분해능 IO 보드에 의해서 제어 대상을 실제 전원 회로로 하여 컨트롤러는 가상적인 제어 모델을 기초로 고성능 계산기에 생성시킨 제어 신호를 가하는 테스트를 실시하는 것으로 문제 발생 시 회로 모델과 실제 전원 회로의 차이만큼 분리할 수 있다. 그리고 문제 해결 후 튜닝에 의해 제어 논리의 성능 추구가 가능하게 된다. 또한 조립 코드 자동 생성에 의해 IO 보드에 의해 실제 전원 회로에 대해 성능을 확인할 수 있던 제어 논리를 기초로 조립 코드를 작성할 때의 인위적인 미스 혼입을 완전 배제할 수 있다. 이번에 개발 기술을 제품 개발에 적용하는 것으로 고성능, 고기능의 전원을 신뢰성을 유지하면서 기존 수법의 약 3분의 1의 단기간으로 개발이 가능하게 되어 시기적절한 전원 요구에 대응할 수 있다.

향후에는 2015년도를 목표로 본 기술의 실용화를 진행시켜 제품의 개발에 적용할 예정이라고 한다. 또한 고성능 ICT 기기용뿐만 아니라 무선 기지국이나 자동차의 고도의 전원 제어 등 다양한 전원의 요구에도 시기적절하게 대응할 수 있도록 검토를 진행시켜 나갈 예정이라고 한다.

 출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』