전기전자/정보통신

NTT 기술저널_2023.1 특집 요약

‘IOWN 서비스’ 개시
Road to IOWN 2022’ 기조강연

본 기사는 드디어 2022년 말부터 개시된 'IOWN(Innovative Optical and Wireless Network) 서비스'를 중심으로 소개한다. 2022년 11월 16일~18일에 개최되었던 ‘NTT R&D 포럼 – Road to IOWN 2022’에서의 시마다(島田) NTT 대표이사의 기조 강연을 기반으로 구성한 것이다.

■ 앞으로의 데이터 드리븐 사회를 전망

최근 IoT(Internet of Things)의 확산과 서비스의 다양화로 데이터에 기반한 분석 및 활동을 실행해나가는 데이터 드리븐 사회로 급속하게 변모하고 있다. 이러한 데이터 드리븐 사회에서는 취급하는 데이터량의 대규모 확대와 함께 데이터 처리에 필요한 전력 소비량도 큰 폭으로 증가할 것으로 전망된다.

예를 들어, 데이터량은 동영상의 경우, 풀 하이버전을 매끄럽게 시청하기 위해서는 15기가비트/초(Gbit/s) 정도의 회선 용량이 필요한 데 비해, 16K 영상에서는 그것의 약 750배의 용량이 필요하게 된다.

또한, 향후 메타버스 등의 XR(Cross Reality)이 급속하게 보급될 것으로 전망되는 가운데. 2차원 데이터가 3차원이 되면 필요하게 되는 데이터량은 약 30배에 달할 것이라고 예상되고 있다.

더 나아가, 앞으로는 보다 더 다양한 사물들이 IoT로서 네트워크에 연결되면서 2017년에 전세계 약 270억 개에 달했던 기기 수가 2030년에는 약 5배인 약 1,250억 개에 달할 것으로 예상되고 있다.

소비전력 증가의 경우, 데이터센터의 소비전력은 2018년, 일본에서 14TWh, 전세계적으로는 190TWh였지만, 클라우드화의 진전으로 인해 2030년에는 일본에서 약 6배인 90TWh, 세계적으로는 약 13배인 2,600TWh까지 늘어날 것으로 예상되는 등, 소비전력 또한 큰 폭으로 증가할 것으로 보인다.

기존의 대용량 스토리지나 동영상 트리밍 등의 서비스는 현재 메인인 고속통신 네트워크로도 쾌적하게 이용할 수 있지만, VR(가상현실)/AR(증강현실), 로봇 및 드론, 자율주행 등을 보급시켜나가기 위해서는 한 층 더 심화된 저지연화가 요구된다. 예를 들어, VR은 20ms 이내가 아니면 사람의 움직임보다 영상이 느리게 보이며, 이것을 VR 멀미라고도 부른다.

통계적인 데이터를 통해 보더라도 데이터량과 전력 등은 향후, 큰 폭으로 증가할 것으로 예상되고 있다. NTT는 이러한 데이터량의 증가, 소비전력의 증가, 네트워크의 지연 등의 과제를 IOWN으로 해결해나갈 방침이다. 구체적인 목표는 전력 효율을 100배, 전송 용량을 125배, 엔드투엔드 지연을 200분의 1로 향상시켜나가는 것이다.

■ APN 서비스(저지연화 및 대용량화)

우선, 지연 해결을 위해 APN(All-Photonics Network) 서비스를 상용화할 방침이다. NTT는 IOWN 서비스의 제1탄으로서 2023년 3월, APN 서비스를 개시한다. 이것은 100Gbit/s 전용선 서비스로, 유저가 엔드투엔드 방식으로 광 파장을 전유(專有)할 수 있다. 이 IOWN1.0 서비스의 특징은 저지연화와 대용량화이다.

IOWN1.0 서비스의 용량은 기존 서비스 대비 1.2배 증가하며, 특히 지연에 관련해서는 광 신호를 전기 신호로 변환하지 않고 광 파장인 채로 전송할 수 있어 기존 대비 200분의 1까지 낮출 수 있다. 즉, 이번에 IWON의 목표 성능치를 달성하게 되는 것이다.

또한, 지연에 있어서의 지터(Jitter)도 없어진다. IP/Ether 서비스에서는 지연이 클 때와 작을 때가 있으며, 또한 그것이 일정하지 않은 지터이기 때문에 지연 예측이 어려워 세밀하고 복잡한 작업을 원격으로 실시하기 어려웠다.

IOWN1.0 서비스에서는 이 지터가 없어지고 지연이 일정하기 때문에 예측이 가능해져 다양한 서비스에 응용할 수 있다. 또한 지연의 가시화와 조정 기능을 통해 원격지 간 접속에서도 타이밍을 맞출 수 있다.

APN 서비스의 적용 사례를 몇 가지 소개한다.

우선, 첫 번째는 원격 의료 분야이다. 저지연과 지터가 없기 때문에 안정된 로봇 동작이 가능해진다. 원격 수술의 내용을 큰 폭으로 확대해나갈 수 있을 것으로 생각된다. 현재NTT는 국산의 수술 지원 로봇 'hinotori 써지컬 로봇 시스템'을 제공하고 있는 주식회사 메디카로이드와 공동 실험을 실시하고 있는 등, 지역 의료 발전에 기여하려 하고 있다.

두 번째로, 로봇을 이용한 사례를 소개한다. 스마트 팩토리의 사례로서 현재, 화학 플랜트 기업과 공동으로 플랜트 내 오퍼레이션을 원격으로 실시하는 것을 검토하고 있다. 화학 플랜트는 규모가 거대해 사람에 의한 유지보수가 어렵다. 이것을 해결하기 위해서 APN 서비스를 이용해 원격지에서 높은 장소나 방폭(防爆) 구역의 설비 확인 및 벨브 미세 조정 등 세밀한 작업을 실시할 예정이다.

세 번째 적용 사례는 e 스포츠이다. 격투 게임과 같은 0.1초 단위로 승패가 갈리는 게임에서도 APN 서비스의 저지연 및 지연 조정 기능을 통해 원격지에 있는 플레이어 간 스트레스 없이 공평하게 게임을 즐길 수 있다.

네 번째는 데이터센터 간 접속이다. APN 서비스로 지역의 데이터센터 간이나 하이퍼스케일러의 데이터센터 간을 대용량, 저지연으로 접속함으로써 마치 한 개의 데이터센터로서 처리할 수 있다.

■ 광전(光電) 융합 디바이스(APN 및 서버의 저소비전력화)

다음은 저소비전력화로 이어지는 광전융합 디바이스 개발 현황에 대해 설명한다.
이번에 NTT가 발표한 APN 서비스는 저지연에 착안한 서비스이지만, IOWN의 최대 특징은 전력 효율 상승이다. 이를 위한 핵심은 광전융합 디바이스이다. 광전융합이란 광 회로와 전기 회로를 융합시켜 소형화와 경제화뿐만 아니라 고속화, 저소비전력화 등, 다양한 성능 향상을 도모하는 기술이다.

NTT는 이것을 네트워크뿐만 아니라 컴퓨팅 분야에도 적용함으로써 큰 폭의 전력 절감을 도모해나갈 방침이다. 광전융합 디바이스의 로드맵에서는 우선 2023년도에 네트워크용 소형 및 저전력 디바이스를 상품화할 예정이다. 이것은 지금까지 복수의 디바이스로 구성되어온 것을 패키지로 결합해 큰 폭으로 소형화함으로써 저전력화를 도모한 것이다.

구체적으로는, 2023년도에 400Gbit/s의 디바이스, 2025년도에는 800Gbit/s의 디바이스를 상용화할 예정이다. 또한 디바이스가 소형화되기 때문에 전송 장치 등 네트워크 장치의 소형화도 기능해져 운용의 간소화로도 이어질 수 있을 것으로 생각된다.

2025년도에는 보드와 보드 간이나 보드와 외부 인터페이스 간의 접속에 광기술을 이용할 수 있게 됨에 따라 보드 접속용 디바이스를 상용화할 예정이다. 이를 통해 드디어 컴퓨팅에서의 이용이 가능하게 되는 것이다.

이후, 2029년도를 목표로 보드 내부의 칩들도 광전융합기술로 서로 접속시키고, 2030년도 이후에는 칩 내부도 광기술로 접속시켜나갈 계획이다. 이 광전융합 디바이스를 APN 서비스 및 서버에도 적용해나감으로써 IOWN의 고도화를 도모할 수 있을 것이다.

우선, 2023년도에는 네트워크용 소형 및 저전력 디바이스를 APN 서비스에 적용해 APN 서비스의 전력 효율을 높여나간다. 그 다음으로 IOWN2.0으로서 2025년도부터 보드 접속용 디바이스를 APN 서비스뿐만 아니라 서버 분야에도 이용해 적용 범위를 확대해나간다.

현재의 스케줄에서는 2026년도에 이 광전융합 디바이스를 이용한 저소비전력 서버를 상용화할 예정이다. 또한 IOWN3.0으로서 2029년도에 보드 내에 있는 칩들을 광전융합기술로 서로 접속시키고, 2030년도 이후에는 IOWN4.0으로서 광기술로 칩 내부 접속을 실시해 큰 폭의 소비전력 절감을 도모해나간다.

이 광전융합 디바이스와 함께 파장기술 및 광섬유기술 향상도 추진해 2025년도부터의 IOWN2.0에서는 APN 부분에서 전력 효율이 13배, 서버 부분에서는 8배가 되며, 대용량화는 6배가 될 예정이다. 그리고 2029년도부터의 IOWN3.0에서는 성능을 한 층 더 향상시켜 대용량화는 125배를 달성할 수 있을 것으로 전망된다.

전력 효율도 장비 도입에 따라 다르지만, IOWN2.0보다 성능이 향상될 수 있을 것이다. 서버 부분에서는 기존과 비교해 20배 정도의 전력 효율 향상을 달성할 수 있을 예정이다. 이것을 바탕으로 2030년 이후의 IOWN4.0에서는 전력 효율이 전체적으로 100배, 대용량화는 125배, 지연은 200분의 1이라는 목표를 달성해나가겠다.

■ 디지털트윈 컴퓨팅

다음으로, IOWN의 또 하나의 기술인 디지털트윈 컴퓨팅(DTC)에 대해서도 소개한다.
IWON의 프레임워크는 APN과 서버 기반, 그리고 그 요소가 되는 광전융합 디바이스 외에도 코그니티브 파운데이션(Cognitive Foundation)과 디지털트윈 컴퓨팅 기술로 성립되어 있다.

코그니티브 파운데이션이란 모든 사물을 연결해 그 제어를 실현하는 기술이다. 디지털트윈 컴퓨팅은 현실세계와 디지털 세계의 교합을 통해 미래 예측이나 최적화를 실현할 수 있다.

디지털트윈 컴퓨팅은 현실공간의 사람, 사물, 사건의 다양한 디지털 카피를 사이버공간에서 표현해 그것에 대한 데이터 분석이나 미래 예측 등의 시뮬레이션을 실시. 그 결과를 바탕으로 최적의 방법이나 행동을 현실공간에 피드백함으로써 현실공간의 프로세스 등의 개선으로 연결해나가는 것이다,

예를 들어, 사람의 이동 데이터와 교통량 데이터, 도시의 기초 데이터를 연결함으로써 최적의 교통 환경 제어를 실시할 수 있게 된다.

이러한 디지털트윈 컴퓨팅에 의한 도시 조성을 하고 있는 사례를 소개한다.
2022년, NTT는 어반넷나고야(名古屋)넥스타빌딩에서 복수의 솔루션을 연계시킨 디지털트윈 컴퓨팅을 이용한 도시 조성 실증실험을 실시하고 있다.

어반넷나고야넥스타빌딩에서는 푸드로스 제로, 모바일 오더 배송, 저전력 에어컨 제어, 개인 단위의 식사 추천 등 여러 서비스들이 서로 연계되어 있다. 푸드로스 제로 서비스에서는 당일 남을 것으로 예상되는 메뉴의 양을 판단. 점포의 혼잡 상황과 로봇의 가동 상황에 대한 예측 정보를 참고해 개인의 행동이나 취향에 맞춰 고객에게 적절한 메뉴를 추천하고 있다.

또한, 이러한 추천과 제어에 의해 발생하는 사람의 이동 변화를 에어컨 제어 디지털트윈 컴퓨팅의 예측 제어에 반영하고 있다. 이처럼 미래 예측을 기반으로 하는 가치 최대화 기술을 통해 서비스에 대한 고객의 만족도, 푸드로스의 로스 비율, 로봇의 가동률, 에어컨 제어의 에너지 효율 성능 등 우선(優先) 지표가 모두 고려된 제어를 실현할 수 있다.

디지털트윈 컴퓨팅을 이용한 도시 조성는 이미 시작되고 있다. 현재는 실증실험 단계이지만, 에어컨 제어와 푸드로스에 대해서는 2022년도 안에 상용화할 예정이다. 향후, 서비스를 더욱 확충하고 다양한 도시로 확대해나감으로써 개인과 지구 환경에 쾌적한 도시 조성에 기여해나갈 방침이다.

■ 맺는 말

2025년의 오사카 간사이 엑스포에서 NTT는 엑스포 내에서의 파빌리온과 '하늘을 나는 유메시마(夢洲)'라는 제목의 가상 엑스포 플랫폼을 제공할 예정이다. 엑스포에서 IOWN2.0 서비스의 상용화를 발표할 계획으로, 독자들의 많은 기대를 부탁드린다.

-- 끝 --