​PXI 시스템의 컨트롤러 선택 고려사항

​PXI 컨트롤러는 PCI eXtensions for Instrumentation (PXI) 시스템 내의 주요 처리 및 관리 유닛입니다. 시스템 컨트롤러 슬롯에 설치되어, PXI 백플레인에서 데이터 전송을 조정하고, 소프트웨어 프로그램을 실행하며, 사용자 상호작용 또는 네트워크 통합을 위한 외부 인터페이스를 제공합니다. NI PXI 컨트롤러는 임베디드 또는 원격 컨트롤러입니다. 임베디드 컨트롤러는 외부 PC 없이 PXI 시스템을 구동하는 데 필요한 모든 요소를 내장하고 있으며, 원격 컨트롤러는 데스크톱, 노트북 또는 서버 컴퓨터에서 PXI 시스템을 제어할 수 있게 해줍니다.

컨트롤러 스펙은 다음 요소에 직접적인 영향을 미칩니다.

• 처리 성능—컨트롤러 내 프로세서에 따라 결정되며, CPU 코어 수, 클럭 속도, 데이터 처리, 병렬 처리 및 멀티태스킹 성능에 영향을 줍니다.
• ​메모리―RAM 용량과 속도에 따라 결정되며, 대용량 데이터 세트의 리얼타임 버퍼링 및 처리 효율성에 영향을 미치고, 대기 시간을 줄이며 PXI 모듈 간 높은 처리량 통신을 가능하게 합니다.
• ​데이터 처리량—PCI Express 레인 폭 및 세대에 따라 결정되며, 컨트롤러와 모듈 간 최대 데이터 전송률을 정의합니다. 이는 고속 수집 또는 스트리밍에 매우 중요합니다.
• ​리얼타임 성능—프로세서 선택과 운영 체제에 의해 결정되며, 이들의 조합이 지연 시간과 타이밍 결정성에 영향을 미칩니다.
• 운영 체제—Microsoft Windows, 데스크탑 Linux 또는 NI Linux Real-Time 중에서 선택할 수 있습니다.
• ​I/O 및 접속—USB, 이더넷, Thunderbolt™ 및 기타 프런트패널 포트를 통해 제공되며, 주변 장치 통합과 원격 접속을 가능하게 합니다.

​적절한 컨트롤러를 선택하면 PXI 시스템이 오늘날 가장 까다로운 테스트 및 측정 어플리케이션에 필요한 연산 성능, 데이터 처리량 및 연결성을 제공할 수 있습니다. NI PXI 컨트롤러는 다양한 용도로 설계되었으며, 다음 예시를 포함한(이에 국한되지 않는) 광범위한 사용 사례를 지원합니다.

• 생산 테스트 시스템—제조 환경에서 전자 장치, PCB 및 어셈블리의 자동 테스트
• ​검증 및 특성화—기능 검증 테스트, 음향 및 오디오 테스트, 전기 부품 특성화
• ​고속 데이터 수집—RF 기록/재생, 무선 통신 프로토타이핑, 높은 처리량 신호 분석
• ​HIL(Hardware-In-the-Loop)―자동차, 항공우주 및 산업용 임베디드 시스템을 위한 리얼타임 시뮬레이션 및 제어

NI PXI 컨트롤러에 대해 자세히 알아보기.

이 섹션에서는 임베디드 컨트롤러와 원격 컨트롤러를 비교합니다. 

임베디드 컨트롤러

임베디드 컨트롤러는 독립형 컴퓨터로 PXI 섀시에 직접 설치되어 외부 PC가 필요 없습니다. NI 임베디드 컨트롤러는 PXI 시스템을 위해 특별히 설계된 고성능의 안정적인 컴퓨팅 성능을 제공합니다. 사전 구성된 운영 체제 옵션, 견고한 구조, 장기 지원을 통해 엔지니어가 배포를 가속화하고 설계 검증부터 생산 테스트까지 신뢰할 수 있는 운영을 보장할 수 있도록 합니다.

임베디드 컨트롤러의 주요 기능

• 유연한 운영 체제—Windows, 데스크탑 Linux 또는 Linux Real-Time 중에서 선택하여 어플리케이션 및 통합 요구사항을 충족할 수 있습니다.
• 고성능 컴퓨팅—강력한 프로세서와 빠른 데이터 처리로 까다로운 테스트 및 측정 작업 부하를 처리합니다.
• 간소화된 소프트웨어 개발—NI 소프트웨어와의 긴밀한 통합을 통해 설정, 구성 및 배포를 단순화합니다.
• 장기적인 확장성—일관된 성능과 수명 주기 지원을 통해 수년 간 안정적인 운영을 보장합니다.
• 하드웨어 기반 보안—Windows 11용 TPM 2.0을 통해 보안 부팅 및 디바이스 암호화와 같은 하드웨어 기반 보안 기능을 사용할 수 있습니다.

^{그림 1. 이 NI PXIe-1081 섀시에 NI PXIe-8842 임베디드 컨트롤러 하나와 기타 NI 인스트루먼트가 설치된 모습}

원격 컨트롤러

원격 컨트롤러는 MXI-Express 또는 Thunderbolt 고속 인터페이스를 사용하여 PXI 섀시를 외부 호스트 컴퓨터에 연결합니다. 이 설정을 통해 PXI 시스템은 기존 데스크탑 또는 노트북의 처리 성능, 저장소 및 디스플레이 기능을 활용할 수 있어, 임베디드 컨트롤에 대한 유연하고 비용 효율적인 대안을 제공합니다. 그림 2는 노트북 기반 원격 컨트롤러 설정을, 그림 3은 데스크탑 PC 기반 원격 컨트롤러 설정을 보여줍니다.

^{그림 2. 노트북 기반 원격 컨트롤러 구성: NI PXI Express 섀시, Thunderbolt 원격 제어 모듈, Thunderbolt 3+ M2M 케이블, Thunderbolt 3+ 포트가 장착된 노트북으로 구성됩니다.} 

^{그림 3. 데스크탑 PC 기반 원격 컨트롤러 설정: NI PXI Express 섀시, 원격 제어 모듈, MXIe 케이블, 원격 제어용 디바이스 (PCI 카드), 테스크탑 PC로 구성됩니다.} 

원격 컨트롤러의 주요 기능

• 휴대성 및 현장 배포—모바일 또는 공간이 제한된 환경에서 노트북 또는 컴팩트 PC와 호환됩니다. 현장 IT 정책을 충족하는 고객 제공 PC에 대한 지원도 포함됩니다. 
• 비용 효율성—전용 임베디드 컨트롤러 대신 기존 컴퓨팅 리소스를 활용하여 전체 시스템 비용을 절감할 수 있습니다. 
• 고성능 및 확장성—까다로운 어플리케이션을 위한 고대역폭 데이터 전송 및 다중 섀시 구성 기능을 제공합니다

다음과 같은 경우 임베디드 옵션보다 원격 컨트롤러가 선호될 수 있습니다. 

• R&D 및 제조 환경의 자동화 테스트 시스템
• 현장 서비스 및 유지보수를 위한 휴대용 진단 도구
• 공유 컴퓨팅 리소스가 일반적인 학술 및 연구 실험실
• 신속한 재구성이 필요한 개념 검증 및 프로토타이핑 설정

이 기술 백서는 임베디드 컨트롤러 선택에만 초점을 맞춥니다. PXI 원격 컨트롤러에 대한 자세한 내용은 브로슈어를 참조하십시오.

NI PXI 임베디드 컨트롤러에는 NI PXIe-8822, NI PXIe-8842, NI PXIe-8862, NI PXIe-8881의 네 가지 주요 모델이 포함됩니다. 각 모델은 서로 다른 프로세서 타입, 코어 수, 대역폭 성능을 제공하며, 이에 대한 내용은 다음 섹션 1–3에서 다룹니다. 각 모델 내에는 운영 체제, RAM, 스토리지 등 선택 사양에 따라 다른 파트 넘버가 존재하며, 이는 섹션 4–8에서 설명합니다.

컨트롤러를 선택할 때에는 다음 주요 고려사항을 검토하십시오.

• DUT 시스템 요구사항
• 프로세서 성능 요구사항
• 대역폭 요구사항
• 메모리 (RAM) 및 스토리지
• 적합한 운영 체제
• I/O 및 연결 옵션
• PXI 섀시 호환성
• 신뢰성
• 보안 요구사항

DUT 시스템 요구사항

Device Under Test (DUT)는 모든 PXI 시스템 설계의 기준이 됩니다. 다음 파라미터들을 정의하면 필요한 인스트루먼트 또는 모듈의 유형과 수량을 파악할 수 있으며, 이는 섀시 선택에 영향을 주고 궁극적으로 시스템 요구사항에 가장 적합한 컨트롤러를 결정하는 데 도움이 됩니다. 

• 신호 유형과 대역폭—어플리케이션이 아날로그, 디지털, RF 또는 혼합 신호를 사용하는지 확인하고, 해당 모듈에서 요구될 주파수 범위와 대역폭을 명시합니다. 고대역폭 신호는 고속 데이터 처리를 위해 높은 PCI Express 처리량과 멀티코어 CPU를 갖춘 컨트롤러가 필요합니다.
• 채널 수 및 해상도—동시에 사용될 채널 수와 16비트 또는 24비트와 같은 해상도를 결정합니다. 채널 수와 해상도가 증가하면 데이터 양도 함께 증가하므로, 더 큰 RAM 용량과 빠른 메모리 대역폭을 가진 컨트롤러가 필요해집니다.
• 데이터 속도 및 양—테스트 중 예상되는 최대 데이터 처리량과 총 데이터 양을 평가합니다. 높은 데이터 속도가 필요한 어플리케이션은 최대 PCI Express 대역폭, 고속 스토리지, 리얼타임 데이터 버퍼링을 위한 충분한 RAM을 제공하는 컨트롤러를 필요로 합니다.
• 환경 및 물리적 제약 조건—작동 온도, 진동 허용 범위, 테스트 환경에서 요구되는 폼 팩터 제한을 고려하십시오. Device Under Test (DUT)가 가혹한 환경에 위치한 경우, 시스템 신뢰성을 보장하기 위해 확장된 환경 스펙에 적합한 원격 구성 또는 컨트롤러를 선택하는 것이 중요합니다.
• 테스트 실행 모드 및 병렬 처리—테스트가 어떻게 운영될지 고려하십시오. 연속 실행이 필요한지, 아니면 결정적 제어 루프가 필요한지 확인합니다. 결정적 제어는 리얼타임 운영 체제의 이점을 제공하며, 장시간 테스트에는 고신뢰성 하드웨어와 확장된 스토리지 옵션이 필요할 수 있습니다. 여러 DUT를 동시에 테스트할 계획이라면, 코어 수가 더 많은 컨트롤러를 선택하면 병렬 처리 및 전체 테스트 처리량이 향상됩니다.
• 섀시 구성—섀시 내 PXI 모듈에 필요한 처리량을 평가합니다. 많은 고성능 모듈로 구성된 섀시에는 병목 현상 없이 병렬 데이터 스트림을 처리할 수 있도록 최대 PCI Express 레인 수, 높은 시스템 대역폭, 강력한 CPU를 갖춘 컨트롤러가 필요합니다.

이러한 요구사항을 이해하면 선택한 컨트롤러가 어플리케이션에 필요한 성능, 확장성 및 신뢰성을 제공하도록 할 수 있습니다. 다음 섹션에서는 임베디드 컨트롤러의 주요 파라미터를 살펴봅니다. 이 백서의 마지막 부분에서는 이러한 파라미터가 컨트롤러 선택에 어떻게 영향을 미치는지 보여주는 세 가지 테스트 시나리오를 확인할 수 있습니다.

1. 프로세서 성능 요구사항

Intel® Core™ i3, i5, i7 또는 Xeon® 중 적합한 프로세서를 선택하는 것은 자동화 테스트 및 측정 시스템의 성능을 최적화하는 데 매우 중요합니다. 프로세서는 PXI 컨트롤러가 데이터 수집, 신호 분석, 병렬 처리, 리얼타임 제어와 같은 작업을 얼마나 효율적으로 처리할 수 있는지를 결정합니다. 프로세서를 선택할 때는 코어 수, 성능, 스레딩 기능, 클럭 속도 등 다양한 속성을 평가할 수 있습니다. 

코어 수

코어 수가 많을수록 여러 작업을 병렬로 실행할 수 있으며, 이는 RF 신호 분석, 데이터 로깅, 제어 루프와 같은 멀티스레드 어플리케이션에 필수적입니다.

^{표 1. 프로세서 코어 수 및 일반적인 사용 사례}

프로세서 성능 비교

프로세서 성능을 비교할 때 CPU 벤치마크는 클럭 속도나 코어 수 같은 스펙 이상의 실제 성능을 측정함으로써, 서로 다른 세대와 벤더 간에 보다 포괄적인 비교를 제공합니다. PassMark CPU 벤치마크와 같은 도구는 단일 코어 및 멀티코어 성능을 수치화하여, 실제 환경에서 프로세서가 어떻게 수행될지에 대한 보다 정확한 그림을 제시합니다. 서로 다른 컨트롤러에서 벤치마크 점수를 정규화하려면, 컨트롤러의 CPU 벤치마크 점수를 PXIe-8842의 점수인 15,778로 나누어 CPU 점수를 계산합니다. 예를 들어, PXIe-8842의 정규화된 CPU 점수는 1 (15,778 ÷ 15,778 = 1)인 반면, PXIe-8881의 점수는 2.04 (32,177 ÷ 15,778 = 2.04)입니다. 이 점수를 정규화하면 다양한 벤더의 서로 다른 컨트롤러 간 CPU 점수 비율을 더 쉽게 비교할 수 있습니다. 동일한 브랜드라도 모든 프로세서가 동일한 성능을 제공하는 것은 아닙니다. 각 프로세서는 서로 다른 우선순위에 맞게 최적화되어 있습니다. 예를 들어, PXIe‑8881에 사용된 Intel Xeon W‑2295는 높은 처리량 워크로드를 위해 설계된 18개의 코어 덕분에 멀티스레드 CPU 점수 2.04를 달성합니다. 반면, 다른 벤더 컨트롤러에 사용되는 Intel Xeon W‑11865MRE의 점수는 약 1.24 정도입니다. 

^{그림 4. NI PXI 임베디드 컨트롤러의 멀티스레드 CPU 점수}

스레딩 기능

스레딩이란 CPU가 여러 명령어 시퀀스 (스레드)를 동시에 실행할 수 있는 능력을 말합니다.

• 단일 스레딩―각 코어는 한 번에 하나의 스레드만 처리하여 병렬 처리가 제한됩니다.
• 멀티스레딩—각 코어가 여러 스레드를 처리할 수 있어, 동시 워크로드에서 자원 활용도와 성능을 향상시킵니다. 대부분의 최신 CPU는 각 물리적 코어가 두 개의 스레드를 동시에 실행하여 효율성을 높이는 하이퍼스레딩을 사용합니다.

C++ 또는 Python과 같은 전통적인 언어에서는 엔지니어가 스레드를 생성하고, 잠금이나 세마포어를 사용한 동기화를 관리하며, 코어 간에 작업을 수동으로 분배하는 저수준 스레딩 코드를 작성해야 합니다. 이는 복잡성을 증가시키고 경합 조건이나 교착 상태 같은 문제의 위험을 초래합니다.

NI LabVIEW 및 NI TestStand는 다음과 같은 방식으로 병렬 테스트 실행을 단순화합니다.

• LabVIEW는 병렬 프로그래밍을 단순화하는 그래픽 프로그래밍 환경입니다. 데이터 흐름 모델은 기본적으로 동시성을 지원하며, 런타임이 CPU 코어 할당을 자동으로 관리합니다. 독립적인 노드는 입력 데이터가 준비되는 즉시 실행되며, 엔지니어는 UI, 수집, 분석 스레드를 분리하도록 실행 시스템을 구성하여 성능을 더욱 최적화할 수 있습니다.
• TestStand는 병렬 테스트에 일반적으로 사용되는 테스트 관리 소프트웨어로, 여러 Device Under Test (DUT)를 동시에 테스트할 수 있습니다. 전통적으로 병렬 테스트 실행을 구축하려면 인스트루먼트가 중단될 수 있는 충돌이나 교착 상태 없이 여러 DUT 간에 인스트루먼트 리소스를 공유하는 방법과 컴퓨터 OS가 병렬 작업에서 어떻게 작동하는지에 대한 심층 지식이 필요했습니다. TestStand는 스레드를 자동으로 생성 및 관리하고, 이를 CPU 코어에 배분하며, 공유 리소스에 대한 동기화를 처리하는 사전 정의된 프로세스 모델을 제공함으로써 이러한 복잡성을 대부분 제거합니다. 엔지니어는 DUT 수와 리소스 규칙을 구성할 수 있어, 기존 방식보다 병렬 테스트를 훨씬 쉽고 비용 효율적으로 수행할 수 있습니다. 테스트 비용 절감을 위한 병렬 테스트 아키텍처에 대해 자세히 알아보십시오.

멀티코어 프로세서와 LabVIEW 및 TestStand 같은 소프트웨어를 결합하면, 엔지니어와 개발자는 저수준 스레딩 코드를 작성하지 않고도 높은 처리량과 응답성을 실현할 수 있습니다. NI 도구는 스레드 생성, 스케줄링, 리소스 공유를 자동으로 원활하게 처리하므로, 엔지니어는 멀티코어 CPU를 최대한 활용하면서 테스트 로직 자체에 집중할 수 있습니다. 

클럭 속도 및 결정적 성능

클럭 속도 (GHz)는 고속 데이터 수집, HIL 시스템 또는 스펙트럼 분석과 같은 자동화 테스트 시스템에서 시간에 민감한 단일 스레드 작업에 매우 중요합니다. 클럭 속도가 높을수록 지연 시간이 단축되고 결정성이 향상되어 제어 루프가 더 짧아지고 샘플링 속도가 증가하며 지터가 감소합니다. 단일 스레드 작업의 경우, 더 빠른 CPU는 루프 실행 및 타이밍 정확도를 향상시킵니다. 클럭 속도를 비교할 때는 아키텍처 차이가 실제 성능에 큰 영향을 미칠 수 있으므로 동일한 CPU 세대 내에서 비교해야 합니다.

^{테이블 2. CPU 클럭 속도 계층 및 권장 사용 사례}

^{그림 5. 지연 대 클럭 속도}

리얼타임 작업의 경우 코어 수보다 낮은 지연 시간과 높은 클럭 속도를 우선시하십시오. GHz 등급이 높을수록 발열과 전력 소비가 증가하므로 적절한 냉각이 필수적입니다. 하이퍼스레딩은 단일 스레드 성능을 향상시키지 않으며, 리얼타임 작업에서는 물리적 코어의 속도에 집중하는 것이 최상의 결과를 얻을 수 있습니다.

적합한 프로세서 선택의 핵심

• 코어 수 우선시—더 높은 코어 수를 선택하여 병렬 처리 및 멀티태스킹 기능을 향상시킵니다. 
• CPU 벤치마크 비교—표준화된 성능 지표를 사용하여 시장의 다양한 프로세서를 객관적으로 평가합니다. 
• 스레딩 기능 활용—멀티코어 프로세서를 LabVIEW 및 TestStand와 같은 NI 도구와 결합하여 복잡한 코딩 없이 병렬 실행을 구현합니다. 
• 리얼타임 작업에는 클럭 속도에 집중—지연 시간과 결정성이 중요한 시간 민감형 어플리케이션에서는 코어 수보다 높은 클럭 속도를 선택하십시오.

종합적으로, 앞서 논의한 특성들을 이해하면 어플리케이션의 성능과 비용 간 균형을 맞추는 데 도움이 됩니다. 

2. 대역폭 요구사항

PXI 시스템에서 대역폭은 컨트롤러, PXI 모듈 및 기타 시스템 구성요소 간에 데이터를 전송할 수 있는 속도를 의미합니다. 대역폭은 시스템이 데이터 집약적인 작업을 얼마나 잘 처리할지 결정하는 핵심 요소입니다. 고려해야 할 대역폭에는 전체 시스템 대역폭과 메모리 대역폭이라는 두 가지 주요 유형이 있습니다. 

시스템 대역폭

시스템 대역폭은 PXI 컨트롤러와 PXI Express 백플레인 간의 최대 데이터 전송 속도를 의미합니다. 이는 컨트롤러가 섀시에 설치된 PXI Express 모듈과 데이터를 얼마나 빠르게 교환할 수 있는지를 결정합니다.

• PXI Express
  • PCI Express Gen 1 – 레인당 최대 250 MB/s (x4 = 1 GB/s)
  • PCI Express Gen 2 – 레인당 500 MB/s (x4 = 2 GB/s)
  • PCI Express Gen 3 – 레인당 1 GB/s (x4 = 4 GB/s 이상)

PXI Express 백플레인 대역폭은 컨트롤러가 섀시의 I/O 모듈로 데이터를 전송하는 속도를 결정합니다. 예를 들어, PCI Express Gen 3 (4 GB/s)을 지원하는 PXI Express 섀시를 사용하면서 PCI Express Gen 1 (1 GB/s)로 제한된 컨트롤러를 선택하면, 시스템은 1 GB/s에서 병목 현상이 발생하여 RF 또는 고채널 DAQ과 같은 고속 어플리케이션의 성능이 저하됩니다. 컨트롤러의 PCI Express 세대를 섀시와 일치시키면 처리량과 시스템 효율성을 최적화할 수 있습니다. 백플레인 대역폭에 대한 자세한 내용은 효율적인 데이터 이동 및 처리량을 위한 PXI Express 섀시 선택 백서를 참조하십시오.

메모리 대역폭

메모리 대역폭은 CPU가 RAM에서 데이터에 얼마나 빠르게 접근하고 처리할 수 있는지를 정의하며, 리얼타임 성능, 멀티태스킹, 신호 분석 및 머신 러닝과 같은 데이터 집약적 어플리케이션에 중요합니다. 멀티채널 아키텍처를 갖춘 고속 DDR4/DDR5 메모리는 특히 여러 어플리케이션이나 가상 머신을 실행할 때 원활한 실행을 보장합니다.

이론적 메모리 대역폭 계산 방법

수식: (채널 수 × 전송 당 바이트 × 클럭 속도)/1024
 
예: PXIe-8881은 (4 × 8 × 2666)/1024 = 83 GB/s의 메모리 대역폭을 제공합니다.

CPU와 모듈이 모두 메모리에서 동시에 데이터를 스트리밍할 수 있으므로, 병목 현상을 피하려면 메모리 대역폭이 시스템 PCI Express 대역폭보다 높아야 합니다. 메모리 대역폭이 너무 낮으면 고속 PCI Express Gen 3 백플레인도 최대 성능으로 작동할 수 없어, 고처리량 어플리케이션의 성능에 영향을 미칩니다.

대역폭 계층별 PXI 컨트롤러 선택 매트릭스

표 3은 예상 어플리케이션 처리량에 따라 대역폭 요구사항에 맞는 컨트롤러를 선택하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이러한 요소를 고려하면 시스템이 병목 현상 없이 데이터를 효율적으로 수집 및 처리할 수 있습니다.

^{테이블 3. 대역폭 계층별 PXI 컨트롤러 권장 사항}

3. 메모리 (RAM) 및 스토리지 

RAM은 컨트롤러의 단기 메모리 역할을 하며, 테스트 실행 중 데이터를 임시로 저장합니다. 충분한 RAM은 인스트루먼트와 컨트롤러 간의 병목 현상을 줄여 PXI Express 백플레인을 가로질러 원활한 데이터 전송과 대용량 데이터 세트의 효율적인 처리를 가능하게 합니다.

RF 분석, 혼합 신호 수집, HIL 시뮬레이션, 리얼타임 신호 처리와 같은 고성능 어플리케이션은 더 빠른 계산 및 멀티태스킹을 지원하기 위해 더 높은 RAM 용량의 이점을 얻습니다. 예를 들어, PXIe-8881은 최대 64 GB의 쿼드 채널 DDR4-2666 RAM을 지원하며, PXIe-8862는 보다 집중적인 작업을 위해 최대 32 GB의 듀얼 채널 DDR4-3200 RAM을 제공합니다.

기본 데이터 수집, 센서 로깅, 온도 모니터링과 같은 다른 어플리케이션은 데이터 버퍼링 및 처리 요구사항이 최소화되어 일반적으로 8 GB RAM으로도 효율적으로 실행됩니다.

스토리지는 시스템이 데이터, 소프트웨어, 운영 체제 파일을 저장하는 공간입니다. 이는 데이터 기록, 검색 및 분석 속도에 영향을 미칩니다. NI PXI 임베디드 컨트롤러에는 두 가지 주요 스토리지 옵션이 있습니다. 솔리드 스테이트 드라이브 (SSD)는 속도, 신뢰성, 내구성으로 선호되며 최대 512 GB 용량과 사용 가능한 확장 옵션을 제공합니다. 기밀 환경에서 안전한 데이터 처리를 위해 PXIe-8862와 같은 일부 컨트롤러에는 최대 960 GB까지 업그레이드 가능한 프런트패널 탈착식 드라이브가 장착되어 있습니다.

초고속 로깅 (> 1 GS/s) 또는 섀시 내에서 처리해야 하는 장기간 테스트를 위해 더 많은 스토리지가 필요한 경우, 용량과 성능을 확장하려면 PXI 스토리지 모듈 (NI PXIe-8267) 추가를 고려하십시오.

4. 적합한 운영 체제

운영 체제는 어플리케이션에 사용 가능한 개발 도구, 드라이버, 자동화 프레임워크를 결정합니다. 결정성과 정밀한 타이밍을 제공하는 운영 체제의 능력이 핵심 고려 사항입니다. HIL(Hardware-In-the-Loop) 시뮬레이션이나 폐루프 제어와 같이 예측 가능한 저지연 응답이 필요한 어플리케이션에는 리얼타임 운영 체제가 필수적입니다. 

Microsoft Windows

Windows는 PXI 시스템에서 가장 널리 사용되는 운영 체제로, NI LabVIEW, NI TestStand 및 타사 도구를 포함한 광범위한 테스트 및 측정 소프트웨어와의 호환성을 제공합니다. 그래픽 사용자 인터페이스 (GUI)를 통해 개발, 디버깅 및 엔터프라이즈 IT 인프라와의 통합이 단순화됩니다. 

LTSC (Long-Term Service Channel) 버전은 안정성, 보안 및 긴 수명 주기가 필수적인 엔터프라이즈 및 미션 크리티컬 환경을 위해 설계된 Windows의 특별 에디션입니다. IoT Enterprise LTSC는 10년간 지원됩니다. NI PXI 컨트롤러는 Windows 10 LTSC 또는 Windows 11 LTSC와 함께 제공됩니다.

Windows 11에 대해 자세히 알아보기.

NI Linux Real-Time

NI Linux Real-Time은 결정적이고 저지연 성능이 요구되는 어플리케이션을 위해 설계되었습니다. 리얼타임 커널은 예측 가능한 응답 시간을 보장하며, 헤드리스 (GUI 없음) 운영 방식은 임베디드 및 산업 환경에서 신뢰성을 높입니다. 또한 NI Linux Real-Time은 테스트 실행을 방해할 수 있는 예상치 못한 업데이트 또는 백그라운드 프로세스 영향을 덜 받습니다. NI Linux Real-Time OS는 NI LabVIEW Real-Time Module에서 완전히 지원됩니다.

NI Linux Real-Time OS는 다음을 제공합니다.

• 보장된 최악 실행 시간
• 최적 성능을 위한 프로그램 섹션 우선순위 지정
• 일관된 루프 타이밍 (마이크로초 정밀도)

자세히 알아보기:

• NI Linux 기술
• Real-Time OS란 무엇입니까?
• 리얼타임 시스템이 필요합니까?

OS 없음 (사용자 설치)

NI PXI 컨트롤러는 "OS 없음" 컨트롤러 옵션을 통해 맞춤형 OS 배포를 지원하여, 조직이 자체 운영 체제를 설치할 수 있는 유연성을 제공합니다. 이 옵션은 독자적인 요구사항, 고유한 보안 정책 또는 특수 통합이 필요한 팀에 이상적입니다.

이 접근 방식은 최대의 맞춤화를 제공하지만, OS 배포 및 드라이버 통합에 대한 고급 전문 지식이 필요합니다. 예를 들어, NI 하드웨어 드라이버는 특정 Linux 배포판에서만 사용 가능합니다. 따라서 PXI 모듈 기능을 보장하려면 RHEL, Ubuntu 또는 OpenSUSE와 같은 지원되는 배포판을 사용하는 것이 권장됩니다.

NI OS 호환성 검사기를 사용하여 NI 하드웨어 및 소프트웨어의 운영 체제 호환성을 확인할 수도 있습니다. 원하는 운영 체제에서 선택한 하드웨어/드라이버/소프트웨어 조합이 지원되는지 확인하려면 이 정보를 참조하십시오.

NI 데스크탑의 NI 플랫폼에 대해 자세히 알아보기.

5. I/O 및 연결 옵션

PXI 임베디드 컨트롤러는 PXI Express 백플레인을 통한 고속 통신을 제공하는 동시에 외부 시스템과의 인터페이스 역할도 합니다. I/O 대역폭은 Thunderbolt, USB, 이더넷, DisplayPort™, NVMe 스토리지 등의 포트를 통해 컨트롤러와 외부 디바이스 간의 데이터 전송률을 의미합니다. 이러한 연결을 통해 데이터 로깅, 원격 제어, 시각화, 외부 인스트루먼트 통합이 가능합니다.

I/O 대역폭은 데이터 집약적 워크플로 또는 고속 외부 데이터 전송이 필요한 분산 테스트 시스템에서 매우 중요해지며, 그 예는 다음과 같습니다.

• Thunderbolt 또는 NVMe를 사용한 대용량 데이터 세트의 외부 스토리지 스트리밍
• 이더넷을 통한 원격 모니터링 또는 제어
• 시각화를 위한 다중 고해상도 디스플레이 연결

어플리케이션이 PXI Express 섀시 내부에서 데이터를 처리하는 경우 I/O 대역폭은 중요도가 낮으며, 주로 참고용 정보에 가깝습니다. 그러나 외부 연결에 의존하는 시스템에서는 성능에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

NI PXI 임베디드 컨트롤러의 일반적인 I/O 인터페이스

• 이더넷 (RJ-45)—네트워크 연결, 원격 제어, 데이터 전송
• USB (2.0/3.0/3.2)―주변 장치 연결 (키보드, 드라이브, 인스트루먼트)
• Thunderbolt 4—고속 외부 디바이스 연결
• DisplayPort—GUI 및 디버깅을 위한 모니터 연결
• 시리얼 (RS-232/RS-485)―레거시 인스트루먼트 및 산업용 디바이스 제어
• GPIB—레거시 인스트루먼트 제어 (일부 모델 선택 사양)
• 트리거 포트—PXI 트리거를 백플레인으로/에서 전송
• 탈착식 스토리지 (U.2 NVMe SSD)—스토리지 용량 확장 또는 업그레이드
• 리셋 버튼 및 LED—시스템 리셋 및 시각적 상태 표시기

그림 6. 탈착식 하드 드라이브가 장착된 PXIe-8862의 상세 다이어그램

6. PXI 섀시 호환성

PXI 임베디드 컨트롤러는 PXI 섀시 내에 장착됩니다. PXI 섀시는 단순한 기계적 프레임이 아닌, 백플레인 아키텍처, 전원 공급, 냉각 용량, 그리고 임베디드 컨트롤러 및 PXI 모듈이 이용할 수 있는 데이터 대역폭을 정의합니다. 올바른 섀시를 선택하면 테스트 시스템의 성능, 호환성 및 확장성이 최적화됩니다.

PXI 컨트롤러 선택의 영향 이해

모든 NI 컨트롤러는 모든 PXI 섀시와 기계적으로 및 전기적으로 호환되므로 설정에 관계없이 작동합니다. 그러나 호환성만으로 최적의 성능이 보장되지는 않습니다. 최고의 처리량과 안정성을 달성하려면 컨트롤러의 대역폭 및 전원 요구사항과 일치하는 섀시를 선택해야 합니다.

• 성능 영향—저대역폭 섀시에 고속 컨트롤러를 사용하면 시스템 PCI Express 대역폭이 제대로 활용되지 못합니다. 예를 들어, NI PXIe-8862 컨트롤러 (PCI Express Gen 3)를 NI PXIe-1071 섀시 (PCI Express Gen 1)에서 사용할 경우, 섀시 내 모듈이 Gen 3의 전체 속도를 이용할 수 없습니다. 
• 시스템 불안정성—부적절한 전원 공급이나 냉각은 과열 및 시스템 종료를 유발할 수 있습니다. 이는 82 W 냉각 용량의 섀시가 필요한 NI PXIe-8881 컨트롤러에만 해당됩니다. PXI 임베디드 컨트롤러는 작동을 위해 시스템 슬롯이 필요합니다. 이러한 컨트롤러는 시스템 슬롯이 없는 MXIe 또는 Thunderbolt 통합 섀시 (예: NI PXIe-1083 또는 NI PXIe-1090)에서는 작동할 수 없습니다.

임베디드 컨트롤러 폼 팩터

PXI 임베디드 컨트롤러의 물리적 폼 팩터는 PXI 섀시와의 호환성을 결정합니다. 대부분의 PXI 섀시는 4-슬롯 시스템 컨트롤러 공간을 제공하지만, 일부 타사 섀시는 단일 시스템 슬롯만 제공합니다. 단일 슬롯 컨트롤러는 4-슬롯 섀시에서 작동할 수 있지만, 사용 가능한 공간을 효율적으로 활용하지는 못합니다. 반대로, 4-슬롯 컨트롤러는 단일 시스템 슬롯용으로 설계된 섀시에는 장착될 수 없습니다.

요약하자면 섀시와 컨트롤러 선택은 데이터 이동과 전체 시스템 처리량에 직접적인 영향을 미칩니다. PXI 시스템 성능 최적화에 대한 설명은 데이터 이동 및 처리량 극대화에 대한 이 백서를 참조하십시오.

자세히 알아보기:

• NI 섀시 디자인
• 컨트롤러와 섀시 호환성 확인
• 전체 시스템 호환성 검증

7. 신뢰성

PXI 임베디드 컨트롤러는 통제된 실험실부터 제조 현장, 필드 테스트 환경에 이르기까지 다양한 조건에서 지속적이고 미션 크리티컬 운영을 위해 설계되었습니다. 신뢰성은 환경 내구성과 열 관리 기법을 통해 구현됩니다.

환경 내구성

• 작동 온도:
  • 컨트롤러의 경우: 0°C ~ 55°C.
  • PXIe-8881 시스템은 CPU 성능 한계로 인해 풀 로드 시 작동 온도가 40°C로 제한됩니다.
• 주기 점유율:
  • 컨트롤러—24/7 연속 운전 시 최대 100% CPU 사용률, SSD 일일 쓰기 횟수 0.3회.
  • 표준 HDD—PC와 유사하게 20% 주기 점유율 (일 8시간, 주 5일)

열 관리

• 고성능 CPU와 고밀도 PXI 시스템은 상당한 열을 발생시키며, 관리되지 않을 경우 시스템 안정성에 영향을 미칠 수 있습니다.
• 권장 사항은 높은 처리량의 컨트롤러를 고성능 섀시와 함께 구성하여 최적의 냉각을 확보하는 것입니다. 
  예: NI PXIe-8881 컨트롤러 (8코어 CPU)와 NI PXIe-1095 섀시 (슬롯당 82 W 냉각 용량)를 사용하면 컴퓨팅 집약적인 다중 슬롯 시스템에 충분한 열 여유를 확보할 수 있습니다.

8. 보안 요구사항

테스트 시스템이 엔터프라이즈 네트워크와 더욱 긴밀하게 연결 및 통합됨에 따라 데이터 보호와 시스템 무결성 유지가 필수적입니다. NI는 컨트롤러를 포함한 모든 NI 제품에 걸쳐 강력한 보안 프로토콜을 구현합니다. 플랫폼 수준 보안에 대한 자세한 내용은 PXI 제품 보안을 참조하십시오.

또한, 선도적인 프로세서 제조업체와 협력하여 최신 NI 컨트롤러가 TPM 2.0과 같은 고급 하드웨어 기반 보안 기능을 갖추도록 합니다. Trusted Platform Module (TPM)은 암호화 키를 안전하게 저장하고, 보안 부팅을 가능하게 하며, 펌웨어 무결성을 검증하고, 디스크 암호화를 지원하고, 인증을 용이하게 하는 전용 칩입니다. TPM 2.0은 이제 대부분의 NI 임베디드 컨트롤러에 표준으로 제공되어, 보안 부팅 및 디바이스 암호화와 같은 Windows 11 기능을 포함한 현대적 사이버 보안 프레임워크와의 향상된 보안 및 호환성을 제공합니다.

자세히 알아보기:

• Windows 11 보안 및 테스트 어플리케이션의 이점
• TPM 자주 묻는 질문

중국 TPM 2.0

NI 컨트롤러는 표준 TPM 2.0 및 중국 TPM 2.0 옵션으로 제공됩니다. 중국 TPM 2.0은 중국 정부 규정을 준수하며, 국제 표준 (RSA, SHA, AES) 대신 국내 암호화 알고리즘 (SM2, SM3, SM4)을 사용합니다. 중국에 배포되는 제품이 현지 보안 표준을 충족하려면 중국 TPM 2.0이 필수입니다. 시스템이 중국에서 사용될 예정이라면 중국 TPM 옵션을 선택하십시오. 특정 컨트롤러에 대한 TPM 지원은 여기에서 확인하십시오. 

또한, 일부 NI PXI 임베디드 컨트롤러는 기밀 환경에서 안전한 데이터 처리를 위한 탈착식 드라이브 옵션을 특징으로 합니다. 자세한 내용은 PXIe-8822/42/62 시작하기 가이드를 참조하십시오.

어플리케이션 요구사항을 평가하고 처리 성능 및 시스템 대역폭부터 보안에 이르는 요소들을 고려함으로써, 컨트롤러 선택 시 확신에 찬 정보에 기반한 결정을 내릴 수 있습니다.

다음 세 가지 테스트 시나리오는 특정 어플리케이션 요구사항이 인스트루먼트, 섀시, 컨트롤러 선택에 어떻게 영향을 미치는지 보여줌으로써, 비용 효율적이고 최적화된 PXI 시스템 구축에 대한 실용적인 통찰력을 제공합니다.

테스트 시나리오 1: 소비자 전자 제품의 기본 자동화 검증

한 고객이 스마트 홈 디바이스, 웨어러블 또는 핸드헬드 기기와 같은 소비자 전자 제품 검증을 위한 비용 효율적인 자동화 테스트 시스템을 구축하고 있습니다.

주요 요구 사항

• 낮은 데이터 처리량—디지털 I/O, 센서 측정, 기본 아날로그 수집의 경우 최대 100 MB/s를 지원합니다. 
• 신뢰할 수 있는 성능—테스트 스크립트를 실행하고, 결과를 로깅하고, 기본 분석을 지연 없이 수행할 수 있습니다. 
• Windows OS 호환성—LabVIEW, TestStand 및 Python 기반 도구와의 통합을 보장합니다. 
• 확장 가능한 계측—I/O, 전원, 측정을 위해 여러 PXI 모듈을 지원합니다. 
• 예산 친화적―설정 복잡성을 최소화하면서 총 소유 비용 (TCO) 절감을 우선시합니다.

인스트루먼트 선택

시스템에 포함되는 모듈은 다음과 같습니다.

• NI PXIe-6509: 디바이스 제어 및 상태 모니터링을 위한 96채널 디지털 I/O.
• NI PXIe-4300: 센서 검증을 위한 8채널 아날로그 입력.
• NI PXIe-4112: DUT에 전원을 공급하는 PPS; 프로그래밍 가능 전원 공급 장치.
• NI PXIe-2527: 신호 연결 및 스위칭을 위한 멀티플렉서.

이러한 인스트루먼트는 중간 수준의 대역폭이 필요하며, 동기화된 트리거링과 타이밍으로 이점을 얻습니다.

섀시 선택

NI PXIe-1088 섀시

• 9 PXI Express 슬롯
• 최대 8 GB/s의 시스템 대역폭
• 컴팩트하고 가격이 저렴하여 벤치탑 또는 랙 마운트 구성에 적합합니다.

이 섀시는 선택한 모든 인스트루먼트를 지원하며, 어플리케이션에 필요한 충분한 대역폭을 확보합니다.

컨트롤러 권장사항

NI PXIe-8822 임베디드 컨트롤러

^{표 4. NI PXIe-8822 임베디드 컨트롤러 스펙}

PXIe-8822가 이 시나리오에 적합한 이유

• 균형 잡힌 성능—고급 스펙에 과도하게 투자하지 않으면서도 범용 검증 작업에 이상적입니다.
• 확장성―디지털 I/O, 아날로그 입력 또는 전력 측정을 위한 추가 PXI 모듈 지원이 가능합니다.
• 컴팩트하고 안정적―낮은 전력 소비와 솔리드 스테이트 스토리지로 실험실 또는 생산 환경에 적합합니다.

테스트 시나리오 2: 안전-중요 스마트 디바이스를 위한 대량 기능 테스트

스마트 화재 및 가스 감지 시스템 제조사는 매년 수백만 대의 안전-중요 디바이스를 검증 및 생산하기 위한 표준화된 자동 테스트 플랫폼이 필요합니다. 시스템은 품질을 전혀 타협하지 않고 복잡한 기능을 수행하며, 대량 생산에 효율적으로 확장 가능해야 합니다.

주요 요구 사항

• 높은 테스트 범위—센서, 무선 프로토콜, 임베디드 소프트웨어 및 사용자 인터페이스의 기능적 검증이 가능합니다.
• 자동화—검증을 가속화하고 수동 작업을 줄이기 위해 하루에 수백 번의 테스트를 실행할 수 있습니다.
• 데이터 무결성—정규 규정 준수와 장기 제품 수명 주기 (10년 이상)를 위한 정확한 측정 및 추적성을 제공합니다.
• 확장성—볼륨 증가를 위해 병렬 DUT 테스트 및 테스트 스테이션의 간편한 복제를 지원합니다.
• 표준화—유효성 검사 및 생산에 걸쳐 공통된 하드웨어/소프트웨어 아키텍처로 주기 시간과 유지 보수 오버헤드를 줄입니다.

인스트루먼트 선택

• NI PXIe-4300—센서 교정 및 환경 측정을 위한 아날로그 입력.
• NI PXIe-6571—내장 인터페이스의 기능 테스트를 위한 디지털 패턴 계측기.
• NI PXIe-4112—DUT 전원 시퀀싱을 위한 프로그래밍 가능 전원 공급 장치.
• NI PXIe-2532B—신호 라우팅 및 스위칭을 위한 매트릭스 스위치.

섀시 선택

NI PXIe-1095 섀시

• 높은 밀도 설정을 위한 18 PXI Express 슬롯.
• 병렬 DUT 테스트를 위한 최대 24 GB/s 시스템 대역폭.
• 고성능 82 W 냉각 장시간 고하드 작동을 지원합니다.

컨트롤러 권장사항

NI PXIe-8862 임베디드 컨트롤러

^{표 5. NI PXIe-8862 임베디드 컨트롤러 스펙}

PXIe-8862가 이 시나리오에 적합한 이유

• 균형 잡힌 성능—Xeon급 스펙에 과도한 투자를 하지 않고도 대량의 기능 테스트 및 자동화를 처리합니다.
• 비용 효율성—PXIe-8881보다 저렴한 비용으로 다중 슬롯 고밀도 설정도 지원합니다.
• 확장성—PXIe-1095 섀시와 원활하게 작동하여 병렬 DUT 테스트를 수행합니다.
• 신뢰성—솔리드 스테이트 스토리지와 견고한 설계로 안전에 중요한 장치의 가동 시간을 보장합니다.

테스트 시나리오 3: 무선 시스템용 고대역폭 RF 검증

한 고객은 5G 무선 모듈, RF 프런트엔드 디바이스 및 고속 트랜시버 검증을 위한 자동화 테스트 시스템을 개발하고 있습니다. 시스템은 리얼타임 신호 분석 및 기록/재생을 위해 큰 데이터 스트림을 처리해야 합니다.

주요 요구 사항

• 높은 데이터 처리량—RF 레코드/플레이백 및 다중 채널 신호 수집을 위한 최대 4 GHz의 지속 스트리밍 순간 대역폭
• Windows OS 호환성—LabVIEW, TestStand 및 NI RFmx 측정 특성 및 API와 원활하게 통합
• 스케일 가능한 아키텍처—여러 RF 인스트루먼트를 지원하고 멀티섀시 구성으로 확장 가능
• 강력한 열 관리—고성능 CPU 및 고밀도 RF 모듈에는 고급 냉각 솔루션이 필수적

인스트루먼트 선택

• NI PXIe-5842—최대 54 GHz의 RF 신호 생성 및 분석을 위한 벡터 신호 트랜시버 (VST)
• NI PXIe-5668—광대역 측정용 고성능 RF 신호 분석기
• NI PXIe-7903—리얼타임 신호 처리 및 데이터 스트리밍을 위한 FPGA 코프로세서 모듈
• NI PXIe-6674T—위상 일관성 측정을 위한 타이밍 및 동기화 모듈

이러한 인스트루먼트는 높은 PCI Express 대역폭을 필요로 하며 타이밍 결정성이 높은 트리거링의 이점이 있습니다.

섀시 선택

NI PXIe-1095 섀시

• 18 PXI Express 슬롯
• 슬롯당 냉각 용량 최대 82 W
• 멀티섀시 확장성을 위한 24 GB/s 시스템 대역폭
• 처리량과 열전압을 최대화해야 하는 RF 및 FPGA 집약적인 어플리케이션에이상적

컨트롤러 권장사항

NI PXIe-8881 임베디드 컨트롤러

^{표 6. NI PXIe-8881 임베디드 컨트롤러 스펙}

PXIe-8881이 이 시나리오에 적합한 이유

• 극대 대역폭—다중 채널 RF 스트리밍 및 FPGA 데이터 이동을 병목 현상 없이 처리합니다.
• 연산 성능—8 코어 Intel Xeon CPU로 리얼타임 분석 및 복잡한 신호 처리를 지원합니다.
• 열적 신뢰성—PXIe-1095 섀시의 고전력 RF 모듈용으로 설계되었습니다.
• 확장성—대규모 RF 테스트 시스템을 위한 멀티섀시 설정을 지원합니다.

올바른 NI PXI 컨트롤러를 선택하는 것은 처리 속도, 대역폭, 메모리 등 어플리케이션 요구사항에 따라 결정됩니다. 시작점으로 다음 일반 지침을 활용하고, NI System Advisor를 통해 시스템을 구성해 보십시오. 모델과 부품 번호를 비교하려면 NI PXI 컨트롤러 브로슈어를 참조하십시오.

^{표 7. 어플리케이션별 권장 NI PXI 컨트롤러}

• 현재 PXI 시스템 구축
• PXI 임베디드 컨트롤러 설의계 장점 알아보기
• 테스트 시스템 구축의 기초에 대해 자세히 알아보기

^{Windows는 미국 및 기타 국가에 등록된 Microsoft Corporation의 등록 상표입니다.}

^{Linux® 등록 상표는 전 세계에 상표권을 보유하고 있는 Linus Torvalds와 독점 라이센스 계약을 맺고 있는 LMI의 2차 라이센스에 따라 사용되었습니다.}

^{Thunderbolt 및 Thunderbolt 로고는 미국 및 여러 나라에서 Intel Corporation 또는 그 자회사의 등록 상표입니다.}