TI, 미션-크리티컬 MCU에 엣지 AI와 실시간 제어 통합

텍사스 인스트루먼트(Texas Instruments, TI)가 엔지니어가 자동차 및 산업용 애플리케이션에서 더욱 지능적이고 안전한 처리를 구현할 수 있도록 지원하는 새로운 실시간 마이크로컨트롤러(MCU) 시리즈 2종을 공개했다. 

새로운 TMS320F28P55x 시리즈 C2000™ MCU는 NPU(Neural Processing Unit)가 통합된 실시간 MCU이다. 최대 99%의 결함 감지 정확도를 바탕으로 더욱 스마트한 실시간 제어 기능을 구현했다. 이와 함께 TI는 이전 C28 코어보다 실시간 성능이 두 배 이상 향상된 64비트 C29 DSP 코어 기반의 새로운 64비트 F29H85x 시리즈 MCU를 공개했다. F29H85x 시리즈 MCU는 ASIL D와 SIL 3 수준의 안전 무결성을 지원하며 내결함성, 저지연, 안전한 의사결정이 필요한 자동차 애플리케이션에 적합하다. 

150MHz TMS320F28P55x 시리즈의 핵심 차별화 요소는 엣지 AI 하드웨어 가속기를 통합했다는 것이다. TMS320F28P55x 시리즈는 최대 1.1MB 온칩 플래시 메모리, 24개의 PWM 채널, 39개의 ADC 채널을 갖추고 있다. 

200MHz F29H85x 시리즈는 이전 제품보다 2~3배 뛰어난 신호 체인 성능으로 모터 및 전원 제어를 제공한다. 또한 진단, 튜닝, 아크 감지에서 5배 더 빠른 고속 푸리에 변환(FFT) 성능을 제공한다. 실시간 인터럽트는 4배 더 빠르게 실행되며, 범용 코드 실행을 위해 2~3배 더 높은 성능을 발휘한다. 격리된 하드웨어 보안 모듈(Hardware Security Module, HSM)도 포함돼 있다. 

TMS320F28P55x 시리즈, 강력한 NPU 지원

TI의 C2000 제품군은 자동차 및 산업용 애플리케이션에서 실시간 제어를 제공해왔다. 이 제품군에 추가된 TMS320F28P55x 시리즈는 엣지 AI 하드웨어 가속기로서 NPU를 통합했다. NPU를 사용하면, MCU가 기본 코어에서 AI 프로세싱을 오프로드하여 실시간 성능을 크게 향상시킬 수 있다. NPU는 기본 프로세싱 코어에 부담을 주지 않으면서 첨단 AI 기반 의사결정을 제공한다. 
 

기존 MCU는 단순한 로직을 사용해 실시간 결정을 내린다. 즉 ‘if-then’ 또는 상태 기계(state machine)의 조합을 통해 조건을 평가하고 기본적으로 주어진 입력 조건 세트에 따라 부울 논리 결정을 내린다. 센서 입력이 명확하고 정확한 경우 이러한 유형의 시스템은 꽤 잘 작동할 수 있다. 그러나 입력을 제공하는 센서가 많고 조건이 빠르게 변하는 경우 모호성이나 센서 지연으로 인해 잘못된 입력 조건이나 부적절한 결과가 발생할 수 있다. 바로 이 부분에서 엣지 AI가 문제를 개선할 수 있다. 

TMS320F28P55x의 NPU는 다양한 센서 입력이 있는 환경에 적응하도록 훈련할 수 있어, 감지 정확도를 높일 수 있다. 합성곱 신경망(CNN) 모델을 실행해 센서 데이터에서 복잡한 패턴을 학습할 수 있다. NPU는 이러한 계산을 메인 CPU 코어에서 오프로드하고 AI를 사용해 복잡한 결함 조건을 감지하므로 감지 작업의 지연 시간을 5~10배 단축할 수 있다. 

F29H85x 시리즈, 64비트 DSP 및 실시간 제어

F29H85x 시리즈 MCU는 3개의 C29 DSP 코어를 탑재했으며 이전 제품인 C28보다 두 배 이상의 실시간 성능을 제공한다. C29x는 4MB 온칩 플래시 또는 RAM에서 실행되는 32비트  및 64비트 부동소수점 및 고정소수점 신호 처리를 지원하며 실시간 제어 시스템의 핵심인 일반적인 알고리즘의 속도를 높이기 위한 삼각함수 연산 명령어(trigonometric maths instructions)를 제공한다. 
 
F29H85x 시리즈 MCU는 사이클당 최대 8개의 명령어 실행을 지원하는 TI의 VLIW 아키텍처를 채택했다. 시스템을 보호하기 위해 완전히 격리된 HSM을 비롯한 사이버 보안 기능도 제공한다. 또한, 하드웨어 안전 및 보안 장치는 상황 인식(context-aware) 메모리 보호를 사용해 간섭 없이 하드웨어 격리를 CPU 작업으로 확장한다. 이 아키텍처는 나머지 MCU에 성능 저하 없이 보안을 제공한다. 
복잡한 연산 능력을 갖춘 64비트 DSP는 모터 및 전력 제어를 위한 신호 체인 성능을 C28보다 2~3배 향상시킬 수 있다. 푸리에 변환(FFT) 성능은 5배 더 빠르다. 인터럽트 응답은 C28보다 4배 빠르며 범용 프로세싱 코드를 2~3배 더 빠르게 실행할 수 있다.
TI는 ISO 26262와 IEC 61508 자동차 및 산업 안전 표준을 준수하도록 칩을 설계했다.

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