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뉴 스페이스 시장 위한 고밀도 전력 솔루션
2022-06-01

뉴 스페이스 시장 위한 고밀도 전력 솔루션
20배에 달하는 전력 요건…크기, 무게도 획기적으로 줄여야

광대역 이동통신 서비스는 많은 궤도 위성을 사용하는 위성군(constellation) 네트워크 구축이 필요하며, 이를 위한 위성벤처들의 역할이 활발하다. 궤도 위성은 통과속도가 빠르기 때문에 연속적인 서비스를 제공하기 위해서는 신호를 위성 간 중계하는 많은 수의 또 다른 위성이 필요하다. 또한, 대역폭을 늘리면서 위성의 크기와 비용을 줄여야 하는 과제가 있다. 바이코(Vicor) 내방사선 전력 솔루션은 이런 난제를 해결함으로써 세계 위성 산업의 해법이 되고 있다. 바이코 항공우주 및 방위 사업부 롭 러셀(Rob Russell) 부사장의 글을 통해 첨단 위성 산업의 발전상을 살펴보고자 한다. <편집부>

글 롭 러셀(Rob Russell) 바이코 항공우주 및 방위 사업부 부사장
 
민간주도 우주개발사업인 ‘뉴 스페이스’(New Space) 시장에서 경쟁하고 있는 위성 제조업체들은 향후 10년 동안 인터넷 대역폭을 20배 이상 늘릴 수 있는 솔루션을 제공해야 한다. 이러한 수요를 충족시키기 위해서는 위성을 설계, 개발 및 발사하는데 엄청난 도전과제가 뒤따른다. 
주요 장애물 중 하나는 위성의 크기를 줄이는 동시에, 처리량을 향상시켜야 하는 상충적인 설계 요건을 해결해야 하는 것이다. 이 중 가장 어려운 문제 중 하나는 첨단 고전류 통신 ASIC에 전원을 공급하는 것이다. 비약적으로 증가하는 처리량 요건을 달성하기 위해 위성 전력 설계자들은 기존 시스템에 비해 20~30배 이상 더 많은 전류를 부하에 공급하는 동시에, 전력분배 네트워크(Power Deliver Network, PDN)의 크기와 무게 및 비용을 줄여야 한다. 이러한 요구사항은 영원히 상충되는 과제이며, 앞으로 더욱 확대될 수밖에 없다. 
오늘날 AI 기반 컴퓨팅 환경에 고전류를 공급하는 전력 모듈 형태로 전력밀도를 크게 향상시키면, 뉴 스페이스의 저궤도(low-Earth-Orbit, LEO) 및 중궤도(Mid-Earth-Orbit, MEO) 위성의 문제를 해결할 수 있다. 이러한 향상된 전력밀도와 검증된 방사선 내성 성능을 결합하면, 빠르게 성장하는 LEO 및 MEO 위성 시장의 중요한 요구사항에 완벽하게 부합할 수 있다. 
 
LEO·MEO 위성 네트워킹 ASIC 전원공급
◆ 고성능 연결: 첨단 통신 기술을 갖춘 위성은 광섬유에 필적하는 짧은 지연시간을 갖추고 있으며, 수 기가비트에 달하는 네트워크 트래픽을 거의 모든 위치에 전송할 수 있다. 고대역폭을 필요로 하는 애플리케이션과 스마트 커넥티드 기기의 수가 급속도로 증가함에 따라, 기업들과 선박, 비행기, 자율차량 및 광대역 인터넷 사용자를 지원할 수 있도록 전 세계 언제 어디서나 고성능 연결이 요구되고 있다. 
◆ 보다 나은 전력분배 아키텍처의 필요성: 새로운 LEO 및 MEO 위성은 획기적인 디지털 페이로드 전자장치가 탑재되어 있으며, 특히 첨단 네트워킹 ASIC을 위한 고밀도, 고효율, 저잡음 전력분배 네트워크(PDN)가 필요하다. 또한 이러한 전력분배 솔루션은 총 이온화 선량(Total Ionizing Dose, TID) 및 SEE(Single Event Effect)에 대한 방사선 내성을 모두 갖추고 있어야 한다. 

바이코 내방사선 전력 솔루션
바이코(Vicor)의 내방사선 전력 솔루션은 최신 LEO, MEO 위성을 지원한다. 내방사선 전력 솔루션의 특징을 열거하면 다음과 같다. 
◆ 이상적인 전력분배: 바이코의 내방사선(Radiation-Tolerant) 전력 모듈은 고효율, 고밀도, 낮은 노이즈, 전력 변환으로 첨단 네트워크 통신 ASIC 및 프로세서에 전력을 공급함으로써 최신 LEO 및 MEO 위성에 이상적인 전력분배 네트워크를 지원한다. 
20배 이상의 전력요건을 필요로 하는 뉴 스페이스 시장의 LEO 및 MEO 위성을 지원하기 위해서는 전력 혁신이 필요하다. 바이코의 방사선 내성 전력 모듈은 현재 공급되는 표준 제품에 비해 전력밀도가 5배에 달하며, 전력 손실을 50 %까지 줄일 수 있다. 이러한 효율성을 제공하는 100 V~0.8 V 솔루션 기반의 차세대 PDN은 엄격한 임무 요건을 충족하기 위해 크기와 무게 및 비용을 줄여야 하는 위성 통신 시스템 개발자들에게 탁월한 성능을 제공한다.
◆ 성능 및 신뢰성: 바이코는 미국 매사추세츠 앤도버에 위치한 완전 자동화된 대량생산 라인에서 생산되는 바이코 표준 CM-ChiPTM 모듈 구조와 입증된 토폴로지를 사용하여 전력분배 성능 및 신뢰성을 보장하고 있다. TID 및 SEE 방사선 내성 또한 구성요소에 대한 신중한 선택과 적격성 테스트 및 로트 테스트를 통해 보장한다. 이외에도 듀얼 파워 트레인 결함방지(Fault-Tolerant) 토폴로지를 통해 SEFI(Single Event Functional Interrupts)를 제거할 수 있다.
20배 이상의 전력요건을 필요로 하는 LEO 및 MEO 위성을 지원하기 위해서는 전력 혁신이 필요하다. 바이코의 방사선 내성 전력 모듈은 현재 공급되는 표준 제품에 비해 전력밀도가 5배에 이르며, 전력 손실을 50 %까지 줄일 수 있다. (자료: Vico)

완벽한 내방사선 COTS 솔루션
완벽한 소스를 제공하는 PoL(Point-of-Load) COTS 솔루션을 통해 개발자는 보드 공간 활용을 극대화하는 동시에 시장 출시 시간을 단축하고, 비용을 절감할 수 있다. 바이코의 전력 모듈은 첨단 통신 어레이와 오늘날 AI에 사용되는 최첨단 프로세서에 전력을 공급함으로써 항공우주, 방위 및 슈퍼컴퓨팅 애플리케이션의 혁신을 지원하고 있다. 
 

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