인더스트리 4.0을 이끄는 GPU 기술
제품 개발, 제조, 생산의 생태계가 변화하고 있습니다. 우리는 인더스트리 4.0으로 지능형 상호 연결 제품들과 이런 제품들을 생산하는 스마트 공장들을 통해 자동화와 인텔리전스의 시대를 열어가고 있죠.
컴퓨터 비전이 탑재된 딥 러닝 장치들은 생산 라인에서 품질 검사를 수행하고 데이터를 검토해 지속적으로 생산 과정을 개선합니다. 로봇들은 지능을 통해 주변 환경을 인지할 수 있어, 사람들을 도와 조립 작업을 수행하죠.
고급 컴퓨팅 장치들은 설계와 시뮬레이션 시스템을 위해 현장에 있는 제품들에서 방대한 양의 데이터를 수집하는데요. 이는 더 이상 존재하지 않는 예전의 제품들을 참고해 새로운 제품들을 개발하는데 도움이 되죠.
가상현실(Virtual Reality, VR)은 개발 과정에 참여하는 모든 사람들에게 풍부하고 몰입적이며 협력적인 환경을 위해 필요한 정보를 제공합니다.
초강력 워크스테이션은 제품, 생산 셀, 공장의 설계와 시뮬레이션, 시각화를 지원합니다. 그리고 추후에 제조된 가상 제품 또는 디지털 복제품(digital twins)은 사물인터넷(Internet of Things, IoT)을 통해 실제 세계로 연결될 수 있습니다.
이 모든 과정들의 중심에 바로 NVIDIA가 있답니다. NVIDIA는 제조산업을 강화하기 위한 전략적인 역할하며 인더스트리 4.0이 실현될 수 있도록 이바지 하고 있습니다.
NVIDIA는 지난 20년 동안 연구개발(Research & Development, R&D)에 지속적으로 투자했으며, 끊임없이 GPU 기술력을 혁신해 왔습니다.
GPU는 이미 오래 전부터 단순히 컴퓨터의 그래픽 디스플레이와 디자인 소프트웨어를 지원하는 역할을 넘어섰는데요. GPU는 NVIDIA의 다양한 소프트웨어와 하드웨어 솔루션으로 사용돼 제조업체들이 스마트 공장의 공업용 로봇과 자율형 드론을 위한 AI 개발을 가능하게 해주죠.
따라서 완벽한 대화형 3D 그래픽, 빅데이터 분석에 필요한 컴퓨팅 능력과 함께 모든 기기에서 시간과 장소에 구애받지 않고 안전하게 데이터 접근이 가능합니다.
인더스트리 4.0을 위한 최신 제품 설계 분야에서 NVIDIA Quadro 시각 컴퓨팅 플랫폼은 제품 디자인팀이 기존 제품 개발 과정을 완전히 혁신할 수 있도록 도와줍니다.
디자인팀은 AI, VR, 대화형 물리적 기반 렌더링, 실시간 엔지니어링 시뮬레이션, 3D 그래픽 가상화와 같은 첨단 기술들을 활용해 차세대 지능형 상호 연결 제품들을 개발하죠.
판매와 마케팅을 돕는 실시간 시각화 기술
사진급 화질의 시각화 기술이 제품의 판매, 마케팅, 조립, 서비스에 도움이 되는 자산을 생성하는데 어떤 영향을 미치고, 도움을 줄 수 있을까요? 영업과 마케팅 과정을 살펴보겠습니다.
소비자가 새로운 차를 구입하든 손님이든, 공장 또는 공업용 장비에 투자하기 위한 기업 구매자이든, 오늘날의 고객들은 잠재적 상품과의 경험을 중요하게 생각합니다. 더 이상 제품 브로셔와 판매원의 설득력만으로는 고객들을 만족시킬 수 없죠. 바로 이 점에서 신제품의 시각화 기술들이 굉장한 이점을 제공할 수 있답니다.
마케팅 자원과 선택의 여지
오늘날 소비자들은 사용 가능한 제품 수와 색상, 재료, 마감 등에 있어 그 어느 때보다 제품 선택의 폭이 넓습니다. 방대한 선택의 폭은 자동차, 가전 제품 시장부터 일상적인 제품에 이르기까지 모든 산업에서 적용되죠.
소비자들에게 선택의 폭이 넓다는 것은 마케팅 보조수단을 만드는 사람들에게 어려운 과제가 생겼음을 의미하기도 하는데요. 이는 고화질 랜더링을 효율적으로 사용해 해결할 수 있답니다.
기본적인 헤드폰 세트를 예로 들어볼까요? 모양, 형태, 엔지니어링 작업은 완성됐고, 제품이 공장 또는 제조업체에서 만들어지고 있습니다. 이제 제품 홍보를 위한 전시, 광고, 웹 페이지, 스폰서 자료, 버스나 빌딩에 붙일 큰 규모의 광고 등이 준비돼야 하는데요.
본질적으로는 똑같은 홍보 재료들이 각 제품마다 다르고, 여러 가지 제품 구성과 스타일로 제공돼야 하기 때문에, 시각적인 자료의 양은 감당할 수 없을 정도로 많아집니다.
이때, 홍보 자료의 생성 작업을 가속화하게 된다면 마케팅 과정이 더 간편해질 수 있죠. 물리적 기반 렌더링(Physically Based Rendering, PBR) 기술과 이 기술을 탑재한 시스템을 활용한다면 마케팅 워크플로우를 혁신할 수 있습니다.
장면과 카메라 시점을 신속히 설정한 다음 실제 자료들을 내외부적으로 전환할 수 있는 기능도 중요하지만 더 중요한 것은 이러한 자료들을 빨리 처리할 수 있는 능력입니다. 이전에는 실제와 가장 가까운 결과를 도출하기 위해서 계산 집약적인 과정이 수반 됐지만, 이제 GPU 기반 계산의 도입으로 작업의 렌더링 시간을 몇 시간에서 실시간으로 비약적으로 줄일 수 있게 됐죠.
디자인과 엔지니어링 워크플로우를 위해 GPU 기반 워크스테이션을 활용하는 기관들은 시각화 작업을 효율적으로 수행할 수 있습니다. 동일한 컴퓨터 자료를 효과적으로 사용해서 솔리드웍스 비주얼라이즈(SOLIDWORKS Visualize), 카티아(CATIA) Live Rendering, Lumiscaphe 또는 지멘스(Siemens) NX 내에 있는 RAY Traced Studio 와 같은 소프트웨어와, 옥테인(Octane), 레드시프트(Redshift)와 같은 렌더러를 실행할 수 있습니다.
GPU는 레이 트레이싱 렌더링을 놀라운 속도로 수행 할 수 있는데요. 만약 인공지능(AI)도 함께 사용한다면 보다 더 사실적인 화질의 결과를 얻을 수 있습니다. 예를 들어서, 솔리드웍스 비주얼라이즈와 V-Ray NEXT GPU는 훨씬 적은 패스로 장면을 렌더링할 수 있으며, 결과적으로 딥 러닝을 통해 세분화된 이미지를 구현할 수 있는 AI-디노이징 기능을 제공할 수 있죠.
AI가 지원하는 렌더링 기능을 통해 마케팅 팀은 추가 렌더링을 즉각적으로 여러 번 반복해 렌더링 범위를 빠르게 좁혀, 최종 프레임 렌더링을 실행하기 전에 렌더링을 미리 볼 수 있습니다. 이전에는 렌더링 과정이 끝나기를 기다리는 동안 남는 여분의 시간 때문에 작업 흐름이 끊기는 경우가 많았는데요. 이제는 거의 즉각적인 피드백을 통해 창의적인 흐름에서 벗어나지 않으면서도 더 짧은 시간 내에 더 많은 선택지들을 살펴볼 수 있게 됐죠.
또한, Quadro vDWS를 기반으로 하는 가상 워크스테이션을 통해 협업 작업의 워크플로우를 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, 지역 마케팅 팀은 지리적 선호도에 맞게 자료를 쉽게 사용자를 지정할 수 있으며 렌더러를 즉시 편집해 신속하게 대상 캠페인을 시장에 선보일 수 있습니다. 데이터는 중앙 집중화되고 IP는 데이터센터에서 보호되며 씬 클라이언트(Thin-Client)에서도 기본적인 작업 상태와 유사한 환경을 제공합니다.
Aixsponza는 모션 그래픽, 3D 애니메이션, 시각효과, 그래픽 디자인을 사용해 복잡한 개념을 위한 스토리텔링 비주얼을 생산하는 회사입니다. 회사가 반드시 필요로 하는 것은 비디오가 4K로 렌더링 되고 14K 해상도로 인쇄되는 것이죠.
Aixsponza의 3D와 VFX 선임 감독인 마티아스 자비글리(Matthias Zabiegly)는 “마감시간이 매우 빠듯하고, 우리는 즉각적인 결과를 내야 합니다. 디자인과 방향성을 검토하려면 테스트 애니메이션을 만들어야 하는데, 우리는 모든 렌더링을 레드시프트를 통해 최종 결과물의 비주얼을 만들어 내죠. GPU 렌더링은 우리 작업의 절대적으로 중요합니다”라고 말했습니다.
최근 나이키와의 프로젝트에서, Aixsponza는 기본 워크스테이션에 있는 4개의 소비자 등급 GPU를 4개의 초고급 NVIDIA Quadro GPU로 교체하기로 결정했습니다. 자비글리는 “제가 진행한 프로젝트 중 하나는 Quadro GPU를 사용해 프레임당 레드시프트 렌더러 시간을 18분에서 7분 30초로 감소시켰습니다”라고 말했습니다.
QUADRO vDWS로 보다 많은 데이터에 액세스 가능한 워크플로우
GPU 성능이 증가하고 연산속도가 향상됨에 따라, 정확한 물리적 기반의 렌더링을 통한 디자인의 시각화 작업이 더 널리 사용되기 시작했습니다. 이제 가상 워크스테이션에서 실시간 렌더링을 통해 제품 개발 작업과 관련된 모든 사람들이 데이터(이미지 또는 동영상)뿐 아니라, 생성, 편집, 제조 과정에도 접근할 수 있게 됐죠.
만약 마케팅 부서가 렌더러 내에서 디지털 카메라의 각도를 조금 고치길 원하거나 또는 소재 설정을 약간 바꾸고 싶다면, 직접 해당 과정에 접근해 편집할 수 있습니다.
예를 들어서, 우주항공산업에 다양한 제품들과 서비스를 제공하는 글로벌 기업인 노르담(NORDAM)은 NVIDIA Quadro vDWS 소프트웨어를 사용해 제조업체와 판매에게 접근 권한을 제공합니다.
또한, 경영과 보안 분야도 관리자들이 여러 사이트에 걸쳐 개별적인 워크스테이션을 지속적으로 유지하고 업그레이드할 필요가 없어져, 단순화되고 수준이 향상됩니다. 새로운 워크스테이션은 프로젝트나 디자인 팀의 진행 상황의 필요에 따라 생성될 수 있습니다.
노르담(NORDAM)에서는 개인들에게 개별적으로 노트북을 지급하는 대신 데이터의 중앙집중화를 통해 데이터가 회사 통제 내에 있도록 합니다. 이를 통해 분실 또는 도난의 위험성을 제거해 보안을 향상시킬 수 있죠.
몇 분이 걸리던 작업을 실시간으로
렌더링 시간을 절반으로 단축하는 것은 매우 인상적이죠. 그렇지만 NVIDIA는 최첨단 GPU 기술로 실시간 레이 트레이싱을 통해 렌더링을 더 확실히 개선된 수준으로 끌어올릴 것을 약속합니다. 즉, 디자인에 대한 변경 사안들이 즉각적으로 영화관 수준의 화질로 시각화 돼 디자인의 판도가 바뀔 수 있죠.
NVIDIA는 이를 실현하기 위해 실시간 레이 트레이싱을 위해 특별히 설계된 새로운 Quadro RTX GPU를 개발했습니다. Quadro RTX에는 Tensor Cores와 함께 레이 트레이싱 작업을 가속화하는 RT Cores가 포함돼 있습니다. Tensor Cores는 AI의 부분 집합인 딥 러닝을 사용해 GPU가 수행하는 작업량을 줄여 사진급 화질의 결과를 생성합니다.
여기에는 아직 광선이 도달하지 않은 지점을 채워 최종 이미지의 외관을 예측하는 AI 디노이징(Denoising)과, 신경망을 훈련시켜 낮은 해상도의 이미지를 가져와 더 높은 품질의 영상으로 바꾸는 기술인 DLAA(Deep Learning Anti Aliasing)가 포함됩니다.
RTX 기술은 이미 많은 소프트웨어 개발업체들의 주목을 받고 있습니다. V-Ray의 개발사인 카오스그룹(Chaos Group)은 라비나 프로젝트(Project Lavina)에서 RTX 기술을 시연했습니다. 한편 다쏘시스템즈(Dassault Systèmes)는 이미 솔리드웍스 비주얼라이즈(SOLIDWORKS Visualize)에 AI 기반 디노이징을 통합했으며, 설계 검증을 위해 실물 같은 품질의 소재로 렌더링하기 위해 SOLIDWORKS Visualize 2020와 카티아(CATIA)에서 RTX를 사용할 계획입니다. 오토데스크(Autodesk)는 VRED 시각화 시스템에 AI 디노이징을 통합했으며, 지멘스는 지멘스 NX Ray Traced Studio에 AI 디노이징을 추가할 계획입니다.