넷제로를 향한 여정: 테스트 랩에서 에너지 사용을 줄이는 방법

첨단 테스트 랩은 엔지니어가 분석 및 데이터 기반 의사결정에 사용하는 소프트웨어에 연결된 하드웨어 테스트 모듈 랙이 있는 소규모 데이터 센터와 같습니다. 데이터 센터와 마찬가지로 테스트 랩 역시 ‘눈에 보이지 않기 때문에 종종 모두의 관심에서 멀어지는’ 온실가스를 배출합니다. 모든 기술 제품에는 수명 주기가 있고 수명 주기의 각 단계에서는 온실가스가 배출됩니다. 지구로부터 얻은 원자재는 제품의 부품을 만듭니다. 그런 다음 제조 및 운송된 제품은 수명이 다할 때까지 사용된 후 폐기되거나 재활용됩니다. 일반적으로 온실가스 대부분은 사용 단계에서 배출됩니다.

PXI 시스템의 수명 주기

10년 이상의 긴 수명을 가진 PXI 시스템의 2021년 수명 주기 분석⁵에서 NI는 제품의 온실가스 배출량 중 96%가 사용 단계에서 발생한다는 사실을 밝혔습니다.

^{그림 1: 6개월을 채 사용하지 않았을 때 PXI의 전력 소비가 환경에 미치는 영향은 수명 주기의 다른 모든 단계에서 발생하는 영향을 합한 것과 맞먹습니다.}

에너지 사용 절감을 위한 기술적 과제

테스트 랩에서 제품 사용과 관련된 온실가스 배출을 줄이는 것은 사용하지 않는 경우 모든 시스템의 전원 끄기처럼 간단하지 않습니다. 이는 다음과 같은 몇 가지 이유 때문에 더 복잡한 문제입니다.

• 테스트 랩은 사용 패턴과 에너지 출력이 서로 다른 다양한 유형의 시스템이 섞여 있는 복잡한 환경입니다.
• 테스트 장비를 직접 사용하지 않는 백그라운드 작업이 실행 중이거나 테스트 장비가 최소한의 CPU만 사용하며 실행 중일 수 있기 때문에 테스트 시스템이 현재 사용 중인지 확인하기가 어려울 수 있습니다.
• 글로벌 팀은 종종 같은 테스트 시스템을 함께 사용하는데 팀원들이 서로 다른 시간대에 로그온하기 때문에 해당 시스템은 24시간 내내 사용됩니다.
• 적절하지 않은 시점에 종료하면 중요한 작업이 날아갈 수 있습니다.
• 많은 테스트 및 측정 계측 장치는 성능 요건을 충족하기 위해 특정한 가동 준비 시간이 필요합니다.

에너지 사용 절감을 위한 조직의 과제

기업의 테스트 팀은 온실가스 배출량 목표 설정을 담당하는 지속 가능성 팀 및 에너지 효율성 측정을 구현하고 전기 요금을 지불하는 시설 팀과의 소통이 단절되어 있을 수 있습니다. 따라서 테스트 팀은 온실가스 감축을 위한 자체적인 노력이 어떤 영향을 미칠 수 있는지 모를 수 있습니다. 또한 어느 팀이 에너지 효율성 조치를 시행할 예산과 의사결정 권한을 가져야 할지 불분명할 수 있습니다.

테스트 랩 관리자가 고려할 수 있는 첫 번째 절감 솔루션 중 하나는 에너지 효율성이 더욱 뛰어난 제품을 사용하는 것입니다. 그러나 NI의 PXI 제품은 전력 소비가 최적화된 상용 PC 구성요소와 기술을 많이 활용하기 때문에 이미 에너지 효율성이 매우 뛰어납니다. 따라서 관리자는 에너지 효율성이 뛰어난 제품을 선택하는 것보다 이러한 제품을 효율적으로 사용하기 위한 노력에 집중해야 합니다.

기업 시설에서 에너지 효율성을 개선하기 위한 전통적인 접근 방식은 시설의 전체 에너지 사용량을 계산하고, 근무 외 시간에 장비의 전원을 껐을 때 에너지를 얼마나 절약할 수 있는지 확인한 다음 스마트 에너지 차단 기술을 설치하고 팀에서 따를 수 있는 장비 종료 절차를 개발하는 것입니다. 또한 관리자는 시설의 일부 작업을 사용량이 적은 시간대에 실행하도록 예약하는 것을 고려할 수 있습니다. 이렇게 하면 전체 에너지 사용이 줄지는 않지만 일부 영역에서 전기 요금을 줄일 수 있습니다.

복잡한 분석이 필요한 다양한 기술

테스트 랩은 매우 다양한 기술을 융합하는 환경으로서, 서로 다른 일정에 따라 중요한 작업을 수행하는 시스템이 존재하며, 각 시스템에는 개별적인 감사 및 분석이 필요합니다. 테스트 랩 관리자는 다음과 같은 사항을 고려해야 합니다.

• 어떤 시스템이 가장 많은 전력을 사용하고 있습니까?
• 각 시스템은 몇 시간 동안 실행 중입니까?
• 각 시스템은 누가, 어떻게 사용하고 있습니까?
• 어떤 시스템은 그대로 실행해야 하며, 어떤 시스템은 사용하지 않을 때 전원을 끌 수 있습니까?
• 적절하지 않은 시점에 종료하면 어떤 위험이 있습니까?
• 종료 절차는 어떻게 진행해야 합니까?
• 에너지 사용량이 적은 시간에 더 많은 작업을 예약해도 됩니까?
• 에너지 절감을 어떻게 추적할 수 있습니까?

번거로운 수동 분석

이러한 분석을 수동으로 수행하려면 번거롭고 시간이 많이 걸리는데, 특히 테스트 스테이션 사용 데이터가 가변적이고 추세를 파악하기 위해서는 충분한 기간에 걸쳐 이러한 데이터를 수집해야 하기 때문입니다.

다른 글로벌 팀원이 일부 시스템에 원격으로 접근해야 할 수도 있고, 적절하지 않은 시점에 종료하면 중요한 작업이 날아갈 위험이 있기 때문에 근무 시간 이후에 랩 전체에서 장비를 자동으로 종료하는 것은 일반적으로 실현 가능성이 없습니다. 일부 테스트 시스템은 다시 시동할 때 가동 준비 또는 재교정에 최대 1~2시간이 소요되며, 팀에서는 이러한 시동 시간도 고려해야 합니다.

또한 팀원이 종료 규칙을 따르도록 하는 경우에도 몇 가지 문제가 있습니다. 관리자는 다양한 시스템에 대한 담당자를 지정하고 글로벌 협업 작업에 지장 없이 전원을 꺼야 하는 이유, 시기 및 방법에 대해 교육해야 합니다.

어떻게 하면 테스트 랩 관리자가 더 적은 노력을 들이면서 더 정확하게 랩의 기술 관련 에너지 사용 및 온실가스 배출을 줄일 수 있을까요? 그 답은 바로 테스트 및 측정 기술 내에서 찾아볼 수 있습니다. 이러한 기술을 통해 관리자는 에너지 절약 문제를 해결하기 위한 다음과 같은 프로세스를 자동화할 수 있습니다.

• 각 시스템 및 랩 전체의 에너지 사용량 측정
• 에너지 사용 추세와 에너지 절감 또는 작업 일정 조정을 위한 최적의 기회 식별
• 사용하지 않을 때 시스템 종료, 작업 일정 조정 및 부하 분산을 자동화하는 규칙 설정
• 피크 시간 및 전체 기간에 에너지 사용량 감소 추적

에너지 사용 측정

일부 기술 제품은 에너지 사용량을 측정하는 기능을 기본적으로 제공합니다. 그러나 랩 내에서 사용되는 제품이 모두 이러한 측정 기능을 제공하는 것은 아닙니다. 측정 기능을 기본적으로 제공하지 않는 시스템의 경우, 테스트 랩 관리자가 기술 시스템의 자동 측정을 설정하는 가장 쉬운 방법은 외부 측정 하드웨어를 랩의 디바이스에 연결하는 것입니다.

그런 다음에는 측정 하드웨어에서 에너지 사용 데이터를 계속해서 수집하고 분석하도록 소프트웨어 프로그램을 설정합니다. 추적하면 유용한 지표에는 전체 에너지 소비량, 사용자 습관, 사용 시간, 시스템별 에너지 사용량 등이 있습니다. 관리자는 추세가 보일 때까지 이러한 지표를 추적해야 합니다.

에너지 절약 기회 식별

측정 소프트웨어를 사용하면 테스트 관리자가 랩에 대한 전체 분석 데이터를 통해 에너지 사용량을 팀의 필요량과 비교하고 잠재적인 에너지 절약 및 비용 절감 기회를 확인할 수 있습니다. 관리자는 최적의 절감 기회를 확보하려면 먼저 많은 전력을 소비하고 불필요하게 유휴 상태에 있는 시스템을 살펴보는 것이 좋습니다. 또한 장비 가동률을 최적화하면서 전기 요금 피크를 피하는 방식으로 작업을 예약하는 것도 에너지를 절약하는 데 좋은 방법입니다.

에너지 절약 자동화

일단 에너지 절약을 위한 조치가 파악되면, 이를 구현하는 최첨단 전략은 사용하지 않는 경우 시스템을 자동 종료하도록 설정하는 것입니다. 여기에는 간단한 전원 켜기 및 끄기 일정 설정 또는 원격 전원 제어 사용이 포함됩니다. 앞으로 기업은 사용 패턴을 검사하고, 테스트를 실행해야 하는 시점과 시스템의 전원을 꺼야 하는 시점에 대한 권장사항을 제시하는 고급 분석을 배포하고 이러한 작업을 자동화하는 인공 지능을 배포할 수도 있습니다.

절감 추적

에너지 절약 조치에 대한 지속적인 평가는 기업에 지속 가능성에 대해 알리고 기업 전반에 추가적인 조치를 취하는 데 매우 중요합니다. 테스트 관리자는 초기 측정에 사용한 것과 동일한 소프트웨어를 사용하여 현재 사용량을 계속 추적할 수 있습니다.

테스트 사례가 된 테스트 랩

NI는 2030년까지 기후 중립 기업이 되는 것을 목표로 삼고 있습니다.⁶ 이 목표를 달성하기 위해서는 기업 전반의 변화가 필요하며 동시에 각 현장에서 에너지를 절감할 수 있는 더 사소한 기회를 마치 보물찾기 하듯이 찾는 접근 방식을 취해야 합니다. NI의 연구 개발 팀과 시설 팀은 협력하여 회사 내 에너지 사용의 4%가 NI 제품 개발 테스트에 사용되는 사내 테스트 랩⁷에서 발생한다는 사실을 파악했습니다. 따라서 테스트 랩은 관리하기 쉬우면서도 효과적인 에너지 절감 캠페인을 위한 이상적인 대상이 되었습니다.

측정 솔루션: 스마트 PDU + SystemLink™ 소프트웨어

NI R&D 팀은 151 PXI(e) 시스템을 비롯하여 수백 개의 테스트 시스템이 있는 오스틴 랩 중 한 곳에서 사용하는 에너지를 분석하기로 결정했습니다. NI의 PXIe-1095, PXIe-1092 및 PXIe-1084 섀시에는 동급 최고의 에너지 측정 기능이 내장되어 있습니다. 이러한 기능을 보완하기 위해 랩의 모든 장비를 스마트 배전 장치에 연결했습니다.

전력을 모니터링하기 위해 R&D 팀에서는 SystemLink를 사용했습니다. 이 소프트웨어를 사용하면 사용자가 중앙 위치에서 자동화된 테스트 시스템, 데이터 수집 및 보고를 관리하고 제품 중심 분석 기능을 사용하여 실행 가능한 인사이트를 제공할 수 있습니다. 이 조사 과정에서 NI는 PXI 펌웨어 및 어플리케이션 소프트웨어의 일부 변경 사항을 프로토타입으로 만들어 전력 모니터링 및 제어를 개선했습니다.

잠재적인 에너지 절감 정량화

NI 팀은 많은 시스템이 연중무휴 24시간 필요하거나 사용하지 않을 때 이미 종료되긴 하지만 다수의 시스템이 유휴 시간 동안 켜져 있다는 사실을 발견했습니다. 이들은 오스틴에서 얻은 결과를 헝가리 데브레첸과 말레이시아의 페낭에 있는 NI 연구소에 적용했습니다.

유휴 상태일 때 적절한 테스트 시스템의 전원을 끄면 매년 다음과 같은 절감 효과를 얻을 수 있습니다⁸.

• 561,600KWh: 전기 소비량(NI 총 사용량의 1%)
• CO2e 389미터톤: 1년 동안 직원 89명이 자동차를 운행하지 않는 것과 맞먹는 양

^{그림 2: NI 테스트 랩 시스템의 에너지 사용량 및 전력 사용 패턴}

배출량 절감액 스케일링

NI 랩 팀은 이 분석 자료를 사용하여 다음 섹션에서 설명하는 기술을 사용하여 PXI 시스템의 자동 종료 및 다시 시작을 구현하기 시작했으며, 그 결과 전기 사용량 및 탄소 배출량을 줄였으며 장기적으로 비용을 절감할 수 있었습니다.

NI는 먼저 자체 랩에서 에너지 효율성 이니셔티브를 구현함으로써 랩 장비의 전력 사용량을 측정하고 자동화된 방식으로 전력 상태를 제어하는 데 가장 유용한 제품 기능과 기술을 분석할 수 있었습니다. 또한 이는 이러한 기능을 고객이 더 쉽게 사용하고 다양하게 활용할 수 있도록 향후 NI 제품에 추가할 수 있는 기능을 파악하는 데도 도움을 주었습니다.

현재 기능

고객이 직면하는 첫 번째 과제는 시간 경과에 따른 테스트 시스템의 전력 사용량을 측정하는 것입니다. NI PXIe-1095, PXIe-1092 및 PXIe-1084 섀시에는 모두 전력 사용을 직접 보고하는 기능이 내장되어 있습니다. 그러나 모든 계측 장비에 이와 같은 보고 기능이 있는 것은 아니므로 모든 제품을 균일하게 측정하기 위해 사용자는 모든 장비를 스마트 배전 장치에 연결하는 NI의 접근 방식을 그대로 적용할 수 있습니다.

SystemLink는 확장 가능하므로 고객은 사용자 정의 클라이언트 Python 스크립트 및 Jupyter Notebook을 생성할 수 있습니다. NI 팀은 이러한 기능을 사용하여 에너지 대시보드를 여러 개 만들었습니다.

^{그림 3: NI 하드웨어, SystemLink, Python 코드 및 Jupyter Notebook으로 생성된 에너지 대시보드}

측정 문제를 해결한 후 다음 단계는 PXI 계측기의 전원 끄기 및 가동을 자동화하는 것입니다. PXI 컨트롤러는 공통 OS를 실행하기 때문에 사용자는 시스템을 원격으로 종료하는 데 표준 프로토콜을 사용할 수 있습니다. 시스템을 자동으로 다시 켜는 것은 더 까다로운 작업입니다. PXI 섀시는 많은 표준 PC와 비슷하지만 대부분의 테스트 및 박스형 측정 계측 장비와 달리 전원이 공급되면 자동으로 전원이 켜질 수 있습니다. NI 팀과 마찬가지로 다른 사용자도 스마트 PDU의 기능을 사용하여 적절한 시간에 전원을 공급하여 시스템을 다시 켤 수 있습니다. 시스템 요구사항에 따라 PXI 에코시스템에는 Wake-on-LAN 및 대부분의 섀시에 내장된, 외부 디바이스의 전원 제어를 허용하는 전원 차단 신호를 포함하여 테스트 시스템 원격 전원 켜기를 위한 다양한 옵션이 포함되어 있습니다.

NI와 협력하기

NI 고객은 SystemLink와 NI 하드웨어를 사용하여 낭비되는 전력을 측정하고, 전력 소비를 최적화하고, 비용을 절감하고, 기업의 지속 가능성 목표를 달성할 수 있습니다. 또한 NI는 NI 장비와 타사 장비를 둘 다 모니터링하기 위해 이러한 프로세스를 보다 쉽게 수행하기 위한 방법을 계속해서 찾고 있습니다. NI와의 파트너십을 통해 고객은 온실가스 배출 감소를 위한 노력을 공유하는 공급업체와 협력할 수 있습니다.

SystemLink를 사용하여 전력 소비를 최적화하고 환경에 미치는 영향을 최소화하는 방법에 대한 자세한 내용은 NI에 문의하십시오. NI에 원하는 에너지 효율성 솔루션과 서비스에 대한 피드백을 보내주셔도 좋습니다.

• SystemLink에 대해 자세히 알아보기
• SystemLink에 대해 NI에 문의하기

• ¹UN 기후 행동, For a livable climate: Net-zero commitments must be backed by credible action
• ²Harvard Business Review, Why Companies Aren’t Living Up to Their Climate Pledges
• ³Reuters, California governor says he will sign climate bill on companies and carbon footprints
• ⁴Science Based Targets, Taking the Temperature: Assessing and Scaling Up Climate Ambition in the G7 Business Sector
• ⁵NSF, NI PXI 시스템의 수명 주기 분석
• ⁶NI 2030 기업 영향력 전략, 기후 중립성 목표
• ⁷NI R&D 팀의 내부 계산 
• ⁸미국 환경보호청, Greenhouse Gas Equivalency Calculator