라즈베리 파이(Raspberry Pi)는 영국의 라즈베리 파이 재단(Raspberry Pi Foundation)에서 2012년에 처음 개발한 단일 보드 컴퓨터(SBC)입니다. 원래는 컴퓨터 과학 교육과 프로그래밍 보급을 목적으로 만들어졌지만, 교육기관, 메이커 커뮤니티, 그리고 산업 분야 전반에서 빠르게 보급되었습니다. 작은 크기, 합리적인 가격, 높은 확장성을 특징으로 하며, 현재는 다양한 모델로 발전했습니다. 대표적인 제품으로는 표준형 Raspberry Pi 5, 경량형 Zero 시리즈, 그리고 산업 및 임베디드용으로 설계된 Compute Module(CM) 시리즈가 있습니다.

Compute Module(CM) 시리즈 개요

임베디드 시스템과 산업용 애플리케이션의 요구를 충족하기 위해 라즈베리 파이 재단은 Compute Module(CM) 시리즈를 출시했습니다. 이 모듈은 기존 라즈베리 파이 보드와 동일한 프로세서 아키텍처를 유지하면서, 불필요한 입출력 포트를 제거하고 커스텀 하드웨어에 손쉽게 통합할 수 있도록 설계되었습니다. 이를 통해 OEM과 시스템 통합 업체는 제품 설계에서 더 높은 유연성을 확보할 수 있습니다.

최신 모델인 Compute Module 5(CM5)는 2024년 말에 공개되었으며, 이전 세대인 CM4의 인기를 바탕으로 성능과 I/O 기능이 크게 향상되었습니다.

CM4는 Broadcom BCM2711 쿼드코어 Cortex-A72 프로세서를 탑재하고 최대 8GB의 RAM 구성을 지원합니다. eMMC 또는 microSD 저장장치를 사용할 수 있으며, 듀얼 HDMI, PCIe, CSI/DSI, 기가비트 이더넷을 지원하여 우수한 성능과 확장성을 제공합니다.

CM5는 최신 Broadcom BCM2712 쿼드코어 Cortex-A76 프로세서를 기반으로 하며, 향상된 연산 성능을 제공합니다. 최대 16GB의 RAM을 지원하고, RP1 I/O 컨트롤러가 추가되어 USB 3.0 및 PCIe Gen 2 같은 고속 주변기기를 통합할 수 있으며, 최대 5Gbps의 데이터 전송 속도를 구현합니다.

CM4 / CM5의 산업용 응용 분야

소형 폼팩터, 안정적인 성능, 낮은 전력 소비, 장기적인 운용 신뢰성 덕분에 CM4와 CM5는 다양한 산업 환경에서 널리 채택되고 있습니다. 모듈형 구조와 유연한 I/O 구성은 까다로운 산업용 애플리케이션에도 적합합니다.

• 산업 자동화 컨트롤러: 전용 캐리어 보드와 결합할 경우 디지털 I/O, RS-485, CAN 버스 등 주요 산업용 인터페이스를 지원하여 정밀한 장비 제어 및 실시간 데이터 수집이 가능합니다.
• 스마트 제조를 위한 엣지 컴퓨팅: 스마트 팩토리 환경에서 CM4와 CM5는 엣지 노드로서 실시간 데이터 처리, 온디바이스 AI 추론 수행, 클라우드 의존도 감소 등을 통해 지연 시간, 보안성, 시스템 효율성을 향상시킵니다.
• 데이터 로깅 및 모니터링 시스템: GPIO나 USB를 통해 센서 및 측정 장치와 연결하여 견고한 데이터 로거로 동작할 수 있으며, 네트워크 기능을 활용해 원격 모니터링 및 데이터 분석도 지원합니다.

HMI(휴먼 머신 인터페이스) 플랫폼으로서의 Compute Module

라즈베리 파이 Compute Module은 HMI(Human-Machine Interface) 시스템 개발 플랫폼으로서도 점점 인기를 얻고 있습니다. 정전식 터치 디스플레이, 커스텀 하우징, UI 소프트웨어와 결합하면, CM4와 CM5는 비용 효율적이면서도 강력한 인터랙티브 제어 패널 솔루션을 제공합니다.

• 산업 장비 패널: CM4는 기존의 고가 PLC 디스플레이 유닛을 대체할 수 있으며, Qt, GTK, 또는 웹 기반 프론트엔드를 활용한 현대적인 그래픽 UI를 지원합니다.
• 에너지 관리 및 모니터링 터미널: 태양광, 풍력, 스마트 그리드 등 에너지 분야에서 Compute Module은 실시간 데이터, 경보, 이력 분석 정보를 시각적으로 표시하는 중앙 모니터링 터미널로 활용됩니다.
• 셀프 서비스 키오스크: 티켓 발매기, 음식 주문기, 무인 체크인 시스템 등에서 CM4와 CM5는 프린터, 바코드 스캐너, 결제 시스템 등 다양한 주변기기와 안정적으로 연동되는 확장 가능한 컴퓨팅 플랫폼을 제공합니다.

추가 응용 분야

산업 자동화 및 HMI 외에도 Compute Module 시리즈는 다음과 같은 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.

• AIoT 디바이스 개발: Google Coral 또는 Intel Movidius와 같은 AI 가속기와 결합하면 이미지 인식, 자연어 처리, AI 기반 엣지 연산 등 다양한 AI 작업을 수행할 수 있습니다.
• 머신 비전 시스템: 카메라 모듈 및 OpenCV 같은 프레임워크를 활용하여 결함 검사, 제품 식별, 바코드 인식 등 머신 비전 기반의 자동화 시스템에 적용할 수 있습니다.
• 리테일 및 디지털 사이니지: 고해상도 디스플레이 구동이 가능해 프로모션 콘텐츠 표시, 영상 재생, 인터랙티브 사이니지 구현에 적합하며, 센서와 연동해 사용자 반응에 따른 인터랙티브 기능도 제공합니다.

결론

CM4와 CM5의 출시로 라즈베리 파이 Compute Module 시리즈는 산업 및 임베디드 시스템 플랫폼으로서의 입지를 확고히 다졌습니다. 강력한 성능, 모듈형 유연성, 그리고 높은 비용 효율성을 바탕으로, 이 시리즈는 현대 산업 및 IoT 애플리케이션의 복잡한 요구사항을 충족하는 확장 가능한 솔루션을 제공합니다.