Mixed Criticality System (혼합 중요도 시스템)

“Mixed Criticality”는 주로 실시간 임베디드 시스템에서 사용되는 개념으로, 서로 다른 중요도를 가지는 작업들이 동일한 시스템에서 동시에 실행될 때 발생하는 문제를 다룬다. 이 개념은 특히 항공기, 자동차, 의료 장비 등 안전이 중요한 분야에서 많이 이야기 된다.

출처: https://www.researchgate.net/figure/Overview-of-an-embedded-I40-component-in-a-mixed-criticality-context_fig2_348640669

 

주요 특징

1. 작업의 중요도 (Criticality Level): 시스템 내의 각 작업은 특정 중요도 수준을 가진다. 예를 들어, 자동차에서 브레이크 제어는 높은 중요도 (high criticality)를 가지지만, 인포테인먼트 시스템은 낮은 중요도 (low criticality)를 가진다.

2. 자원 관리: 시스템은 자원을 효과적으로 배분하여 높은 중요도의 작업이 필요한 자원을 확보할 수 있도록 한다. 이는 시스템의 안정성과 신뢰성을 보장하는 데 필수적이다.

3. 안전과 신뢰성: 높은 중요도를 가지는 작업은 시스템의 오류에도 불구하고 반드시 수행되어야 한다. 따라서 이러한 작업은 더 엄격한 검증과 검사를 거치게 된다.

적용 분야

• 항공기 제어 시스템: 항공기 내부의 여러 제어 시스템은 다양한 중요도를 가지며, 특히 비행 안전과 직결된 시스템은 최우선으로 관리된다.

• 자동차 제어 시스템: 자율주행 자동차나 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)에서는 안전과 직결된 작업이 항상 우선되어야 한다.

• 의료 장비: 환자의 생명과 직결된 장비는 항상 높은 중요도로 처리되어야 한다.

 

“Mixed Criticality” 시스템 설계는 복잡하고, 안전이 중요한 분야에서 매우 중요한 역할을 한다. 이 개념을 통해 시스템의 안정성과 신뢰성을 높이며, 다양한 작업을 효과적으로 관리할 수 있다.

차량용 SDV에서의 Mixed Criticiality

자동차의 SDV (Software Defined Vehicle)에서는 High Computing (Central Computer)을 사용하는 개념을 이야기할 때 많이 등장한다.

 

ECU의 Zonal 아키텍처로 가면서 High Computing 파워를 가진 SoC를 사용하고, 여기서 여러개의 다른 Safety (ASIL) Level을 가진 운영체제가 돌아가면서 위에서 이야기한 "작업의 중요도", "자원 관리", "안전과 신뢰성" 등을 고려하여 운영된다. 개념은 오래전부터 등장을 했지만 여전히 미래의 개념이고 도전해야할 과제들이 많이 남아 있다.

출처: https://www.qualcomm.com/news/releases/2023/01/qualcomm-unveils-snapdragon-ride-flex---the-automotive-industry-

 

퀄컴은 2023년 스냅드래곤 라이드™ 플렉스 SoC를 출시하며 스냅드래곤® 디지털 섀시™ 제품 포트폴리오에 최신 제품을 추가한다고 발표했다. Flex SoC는 이기종 컴퓨팅 리소스에서 Mixed Criticality 워크로드를 지원하도록 설계되어 디지털 콕핏, ADAS 및 자율주행 기능을 단일 SoC에 공존할 수 있도록 한다. 최고 수준의 자동차 안전을 충족하도록 설계된 Flex SoC는 하드웨어 아키텍처를 통해 특정 ADAS 기능을 위한 격리, 간섭으로부터의 자유, 서비스 품질(QoS)을 지원하며 전용 ASIL-D(자동차 안전 무결성 레벨 D) Safety Island에 장착되어 있다. 또한 Flex SoC는 운전자 보조 안전 시스템, 디지털 재구성 가능 클러스터, 인포테인먼트 시스템, 운전자 모니터링 시스템(DMS), 주차 보조 시스템에 대한 Mixed Criticality 워크로드 요구 사항을 충족하기 위해 다중 운영 체제 동시 작동, 격리된 가상 머신을 통한 하이퍼바이저 활성화, 실시간 운영 체제(OS)를 지원하는 소프트웨어 플랫폼을 AUTOSAR(Automotive Open System Architecture)와 사전 통합하고 있다. [출처: https://www.qualcomm.com/news/releases/2023/01/qualcomm-unveils-snapdragon-ride-flex---the-automotive-industry-]

 

퀄컴과 같은 SoC 업체, 레드햇 (RedHat)이나 일렉트로비트 (EB)와 같은 OS 만드는 업체 등이 앞 다투어 Mixed Criticality 에 관심을 가지고 로드맵을 만들어나가고 있다. 아직 상용화하기에는 시간이 더 필요하지만 언젠가 가야할 방향이고 자동차 회사에서도 이러한 개념이 많이 등장하고 있다. 연구해보고 관심있게 지켜볼만한 주제인 것 같다.