이미 20년 간 EtherCAT 사용자와 디바이스 제조사들은 EtherCAT 테크놀로지 그룹 내에서 서로 능동적으로, 나아가 성공적으로 협력해 오고 있다. © Beckhoff
EtherCAT은 수많은 기술적 이점을 제공하지만, EtherCAT 자체도 프로토콜이 공개되고 이와 관련된 EtherCAT 테크놀로지 그룹(ETG)이 설립된 후 20년 동안 막대한 혜택을 받아 왔다. 이번 인터뷰에서 EtherCAT 테크놀로지의 전무이사인 Martin Rostan이 EtherCAT 성공 스토리에 있어 가장 중요한 두 가지 측면에 대해 설명한다.
“기술 및 사용자가 받는 혜택이 분명히 주요한 요인이지만, EtherCAT 테크놀로지 그룹의 헌신적인 노력 또한 EtherCAT의 성공에 크게 기여했습니다.” - ETG 전무이사, Martin Rostan © Beckhoff
EtherCAT이 20주년을 맞이했습니다. 그 당시 어떻게 시작하게 되었습니까?
Martin Rostan: Beckhoff 는 이미 1989년에 입력 및 출력 모듈과의 고속 통신을 위한 광섬유 기반 버스 시스템인 라이트버스를 출시한 바 있습니다. 라이트버스는 전송 속도가 2.5 Mbit/s이며 이미 실시간 처리 원리를 적용하고 있었습니다. 90년대 말에 전송속도가 개선된 차세대 광섬유 기술의 개발에 대한 검토가 시작되었습니다. 프로젝트 이름은 FLB(Fast Lightbus)였습니다. 전송 속도가 50 Mbit/s로 상당히 빨랐지만, 여전히 무언가 부족하다고 느꼈습니다. 이로부터 라이트버스 원리와 이더넷을 결합한다는 아이디어가 도출된 것입니다.
신속한 처리 원리의 특별한 점은 무엇입니까?
Martin Rostan: 사이클마다 각 네트워크 노드에 텔레그램을 전송하고 각 노드로부터 텔레그램을 수신하는 대신, 그에 상응하는 긴 하나의 텔레그램이 모든 노드를 통해 전송되고 노드에서 신속하게 처리되므로 지연이 거의 발생하지 않습니다. 각 노드가 출력 처리 데이터를 읽고 입력 데이터를 같은 텔레그램에 삽입합니다. 네트워크 노드가 프레임에서 각 프로세스 데이터를 찾을 위치를 미리 알 수 있으므로 노드 관련 주소 정보를 전달할 필요가 없습니다. 따라서 비트가 비트 그대로 유지되고 전체 프레임이 되지 않습니다. 이를 통해 효율 극대화를 달성합니다. 일반적으로 전체 텔레그램 중 90% 이상이 프로세스 데이터에 사용됩니다. 따라서 대역폭을 가장 효율적으로 사용할 수 있으며, 입력 및 출력 데이터에 동일한 프레임이 사용되므로 통상적인 가용 대역폭이 두 배까지 증가합니다. 이와 같은 이유로 EtherCAT이 높은 성능을 구현하는 것입니다.
여기에서 핵심은 “성능”입니다. EtherCAT은 가장 빠른 필드버스 솔루션으로 자주 언급됩니다. 성능, 즉 속도가 그렇게 중요한 이유는 무엇입니까?
Martin Rostan: 제어 엔지니어라면 누구나 사이클 타임이 단축되면 제어 성능이 개선되고 궁극적으로 제품 품질이 향상된다는 사실을 인정합니다. 이는 측정 작업을 포함하여 모션 제어 부품이 사용되는 모든 어플리케이션에 해당합니다. PC 기반 컨트롤러 덕분에 컴퓨팅 성능이 더 이상 병목 현상의 요인이 아니며, 오히려 이제는 버스 시스템이 제한 요인으로 작용하고 있습니다. 바로 이러한 이유 때문에 버스 시스템의 성능이 점점 더 중요해지고 있습니다. 밀리초 미만의 사이클 타임을 처리할 수 있는 제어 시스템과 이를 따라잡지 못하는 버스 시스템을 결합하는 것은 잘못된 일입니다. 소위 전환 조건이 있는 모든 어플리케이션이 EtherCAT의 상대적으로 더 짧은 사이클 타임과 더 빠른 반응시간을 통해 얼마나 많은 혜택을 받는지는 명확하지 않습니다. 하지만 컨트롤러가 다음 공정 단계로 넘어가기 전에 부품이 도착했거나 목표 위치에 도달했다는 사실을 확인해 주는 센서 신호를 매번 단지 몇 밀리초만 기다려야 하는 경우에도 이러한 짧은 대기 시간을 줄이면 효율성이 크게 향상되고 기계 처리량이 늘어납니다.
이는 다소 복잡한 기술적 추론인데, 사용자들을 납득시킬 수 있나요?
Martin Rostan: EtherCAT과 관련해서는 대부분의 필드버스 기업에서 일반적인 수준보다 훨씬 더 깊은 기술적 논증을 진행합니다. 하지만 그것이 바로 Beckhoff의 접근 방식입니다. 즉, 설득력 있는 기술로 고객을 설득하는 것입니다. 그리고 고객을 설득하는 일은 엔지니어 입장에서 특별한 즐거움이기도 합니다. 2003년 4월에 하노버 메세(Hannover Messe)에서 EtherCAT을 처음 소개했을 때 대규모 업체를 단숨에 설득시키기도 어려웠고, Beckhoff가 당시에 주요한 자동화 솔루션 공급업체 중 하나도 아니었습니다. 그래서 Beckhoff는 신기술의 특징을 설명함으로써, 초창기에 EtherCAT의 탁월한 성능이 주는 이점을 가장 빨리 알아본 사용자들의 마음을 사로잡았습니다.
그렇다면 이 사용자들과 함께 EtherCAT 테크놀로지 그룹을 설립한 것인가요?
Martin Rostan: 맞습니다. ETG의 창립 회원사 33사 중 절반은 자동화 시스템 제조사가 아닌 사용자였는데, 이들은 대체로 해당 산업에서 기술 선도 기업으로 인정받고 있었습니다. 즉, 설득력 있는 기술로 고객을 설득했던 기업들입니다. 아울러 사용자와 함께 시작한 것이 닭과 달걀 문제를 극복하는 데 도움이 됐습니다.
닭과 달걀 문제란 어떤 의미인가요?
Martin Rostan: “닭이 먼저냐 달걀이 먼저냐”는 신기술을 도입할 때 어려운 문제 중 하나입니다. 공급자는 사용자가 요청할 때만 기술을 구현합니다. 그리고 해당 디바이스의 공급자가 있어야만 사용자의 관심을 끌 수 있습니다. 또 다른 문제는 처음에는 비용 효율적인 EtherCAT 칩이 없어 매우 값비싼 FPGA를 사용해야 했다는 점입니다. 당시에 EtherCAT 인터페이스의 비용은 상당히 높았습니다. 하지만 2006년에 최초의 EtherCAT ASIC을 사용할 수 있게 됨에 따라 문제가 바로 해결되었습니다. 한편, EtherCAT ASIC 칩은 13개 제조업체에서 공급하고 있으며, 다른 산업용 이더넷 솔루션은 물론 기존 필드버스 시스템보다 인터페이스 비용이 더 저렴합니다. EtherCAT을 사용하면 컨트롤러에 있는 표준 이더넷 포트 하나만으로 충분한데, 이 점이 EtherCAT 기술을 보편화하는 데 큰 도움이 되었습니다.
2022년에는 1,840만 개의 EtherCAT 칩이 판매됨으로써 EtherCAT 노드(버스 터미널 제외)의 총 수가 5,910만 개에 달하는 등 경이적인 성장을 기록했다. © Beckhoff
보편화에 대해 얘기하자면, EtherCAT 20 주년을 맞이하여 EtherCAT 테크놀로지 그룹은 처음으로 수치를 공개했는데, 기존의 시장 조사 결과와 상당히 차이가 있습니다. 그 이유가 무엇입니까?
Martin Rostan: 그것은 ETG가 처음으로 수치를 공개했기 때문입니다. 두 가지 이유로 공개를 꺼렸는데, 첫 번째는 FPGA 기반 디바이스가 시장을 지배하고 있었고 우리가 그 수치를 알지 못했기 때문입니다. 그리고 모듈형 디바이스, 즉 EtherCAT 터미널을 계산에 포함하거나 제외할 수 없었습니다. 50개의 전자 터미널이 있는 모듈형 I/O 스테이션을 50개의 EtherCAT 노드로 계산할 경우 노드 수가 실제로 50개라 하더라도 오해를 불러일으킬 수 있기 때문입니다. 하지만 이러한 버스 터미널은 특수 칩을 사용하는데, FPGA 기반 디바이스의 점유율이 10% 미만일 것으로 추산됩니다. 따라서 ETG에서 발표한 수치의 모호함은 그렇게 문제가 되지 않습니다. 그리고 버스 터미널을 계산하지 않고서도 EtherCAT 디바이스의 수가 이미 6,000만 개에 달합니다. 이는 Beckhoff가 시장 주도권을 가지고 있다는 것을 의미합니다.
7,000사가 넘는 회원사를 보유한 ETG는 세계 최대의 필드버스 협회이기도 합니다. 이것이 가능했던 배경은 무엇입니까?
Martin Rostan: 기술 및 사용자 혜택이 분명히 주요한 요인이지만, EtherCAT 테크놀로지 그룹의 헌신적인 노력 또한 EtherCAT의 성공에 크게 기여했습니다. 무엇보다 ETG는 여러 기술 그룹을 조율하고 사양서를 작성하며 다양한 표준 기구에서 EtherCAT을 대변할 뿐 아니라 기술 구현에 있어 ETG 회원사들을 지원합니다. 여기에는 기술지원 및 워크샵과 전 세계적으로 개최하는 정기 상호운용성 회의, 즉 PlugFest가 포함됩니다. 회원사들은 ETG가 제공하는 지원의 질을 높게 평가하고 있으며 웹사이트의 회원 영역에 있는 종합 개발자 포럼에서 이러한 지원 활동에 적극적으로 기여하고 있습니다. 마케팅 팀 또한 마찬가지로 이제 50개가 넘는 국가에서 양질의 전시회 부스를 운영하고 기술 세미나를 개최하는 등의 노력을 기울이고 있습니다. 처음에는 회원사 1,000사 달성이 가능하리라 생각하지 못했습니다만, 지금도 성장 속도가 멈추지 않는 추세입니다. 매년 500사에 달하는 신규 회원사가 가입하고 있습니다.
이 모든 것을 독일에서 주도합니까?
Martin Rostan: EtherCAT 테크놀로지 그룹의 본부가 독일 뉘른베르크에 있지만 한국, 중국, 일본, 미국에도 사무소가 있으며, 이러한 사무소는 상당히 독립적으로 현지에서 운영되고 지원 활동을 펼칩니다. 아시아에만 3,000사가 넘는 회원사가 존재하는데, 이는 EtherCAT이 아시아에서도 선도적 위치를 확립하고 있다는 사실을 잘 보여줍니다. ETG는 미주에서도 1,000사가 넘는 회원사를 보유한 최대 규모의 필드버스 협회입니다.
기념할 일이 많습니다. EtherCAT 어플리케이션도 분명 그중 하나라고 생각되는데 어떻게 생각하시나요?
Martin Rostan: 물론입니다. 몇몇 EtherCAT 어플리케이션의 경우 특별한 보람을 느낍니다. 요트 선수이기도 한 제 입장에서 아메리카 컵 대회의 첨단 요트들이 그런데, 모두 EtherCAT을 사용합니다. 저는 항공우주 엔지니어이기 때문에 항공 분야에서 사용되는 EtherCAT에 흥미를 가지고 있습니다. EtherCAT은 이미 ISS에 사용되어 왔으며 루나 게이트웨이(Lunar Gateway) 우주 정거장의 로봇 암에 사용될 기술로 선정되었습니다. 또한 트랙터에도 사용되고 노벨 물리학상을 수상한 실험에 도움을 주기도 했습니다.
EtherCAT이 이러한 분야에 선정된 것이 오직 속도 때문입니까?
Martin Rostan: 아닙니다. EtherCAT의 성능이 중대한 영향을 미치는 경우가 많지만, Beckhoff의 특별한 기능적 원리 또한 여러 가지 이점을 제공합니다. 예를 들어, 시동 시에 네트워크 노드의 주소를 자동으로 지정하는데, 이러한 기능이 시운전을 크게 간소화해 줍니다. 컨트롤러에 특별한 하드웨어가 없어도 노드를 높은 정밀도로 동기화할 수 있습니다. EtherCAT 사용자의 경우 IT 분야 노하우나 특별한 스위치를 필요로 하지 않기 때문에 이와 같은 부품을 구매하고 설치하고 설정할 필요가 없으며 캐스케이드 방식 스위치에 의해 제한을 받지도 않습니다. 따라서 사실상 노드 수에 상관없이 회선 토폴로지를 생성할 수 있을 뿐만 아니라 특별한 중복 노드 없이도 회선 이중화를 위한 분기, 트리 토폴로지, 링 구조를 만들 수 있습니다. 그리고 비트 오류는 물론 커넥터 연결 불량까지 안정적으로 감지할 뿐 아니라 이들의 위치를 찾는 데 도움이 되는 특수 진단 기능을 EtherCAT 칩에 탑재했습니다. 이러한 모든 요소가 시간과 비용을 대폭 절감시켜 줍니다.
다른 산업용 통신 시스템 업체들은 EtherCAT의 성공 스토리에 어떤 반응인가요?
Martin Rostan: 경쟁사들은 Gigabit 및 TSN 기술을 사용하여 EtherCAT의 성능 우위를 따라잡으려 노력하고 있습니다. 하지만 수학을 할 수 있는 사람이라면 누구나 Gigabit로도 EtherCAT의 기능적 원리를 능가할 수 없다는 사실을 바로 깨닫게 됩니다. EtherCAT은 현실적인 시나리오와 비교할 때 100 Mbit/s의 속도에서도 앞으로도 계속하여 더 나은 성능을 발휘할 것입니다. 더 많은 대역폭을 요구하는 어플리케이션의 경우 EtherCAT G 기술 확장이 가능합니다. 하지만 EtherCAT G로는 더 강력한 100 Mbit/s 기술을 대체하지 못하고 보완할 뿐입니다. 15년 이내에 EtherCAT 디바이스의 95%가 100 Mbit/s를 사용하게 될 것이라 예상됩니다. 이는 EtherCAT의 안정성이 유지된다는 것을 의미합니다. Beckhoff는 언제나 EtherCAT을 더욱 발전시켰을 뿐, 변경한 적이 없습니다.
“대체로 EtherCAT의 성능이 강조되지만, EtherCAT의 특별한 기능적 원리는 네트워크 노드의 자동 주소 지정부터 특별한 하드웨어가 필요 없이 매우 정확하게 동기화하는 기능과 특수 진단 기능에 이르기까지 훨씬 더 많은 이점을 제공합니다.” - Martin Rostan © Beckhoff
향후 20년에 걸친 EtherCAT의 미래는 어떻게 예측하십니까?
Martin Rostan: 20년 전에 저는 10년 후에 EtherCAT이 시장에서 2위로 부상할 것이라 과감하게 예측한 바 있습니다. 그리고 10년이 더 지난 후에는 그보다 훨씬 더 앞서 있을 겁니다. 그와 같은 기조를 바꿀 만한 어떤 개발도 아직은 보이지 않습니다. Beckhoff는 EtherCAT G를 통해 더 많은 대역폭을 요구하는 어플리케이션 영역을 위한 기술을 개선하고 미래에도 통용되는 EtherCAT을 만들기 위해 노력하고 있습니다. 그리고 EtherCAT 테크놀로지 그룹의 회원 수 증가 추세를 보면 아직 한참 더 성장할 수 있다는 것을 알 수 있습니다.
본 인터뷰 기사는 Beckhoff Automation 홍보부 편집 담당자 Stefan Ziegler가 작성했다.
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Beckhoff Automation Co., Ltd
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