[디지털투데이 석대건 기자] IT 기술업계의 완벽주의와 디테일에 대한 집착은 인류의 발전으로 이어진다. 그리고 그 집착에서 비롯된 혁신이 가능한 이유는 기술 검증 즉, 해석 수준이 높아졌기 때문. 클라우드, AI 등 4차 산업혁명 기술을 통해 ‘보여줄 수 없는 것을 보여준다’는 이뤄졌다.

이는 디지털 전환 시대에 있어 더이상 ‘해봤어?’의 용법이 통하지 않다는 뜻이기도 하다. 해봐야만 문제를 깨닫는 기업과 해보지 않고도 문제와 해결책을 알아내는 기업의 속도는 같을 수 없다. 실제로 만들어보기 전부터 분석은 완료돼야만 하며, 그 결과가 제대로 적용된다면 비즈니스 성과로 이어지기 마련이다. 

이 때문에 분석과 검증 과정을 일컫는 ‘시뮬레이션’은 디지털 트랜스포메이션에서 핵심 절차가 된다. 

제품 설계에서부터 제조 공정을 거쳐 판매 후 피드백에 이르는 동안 모든 데이터가 시뮬레이션에 활용된다. 시뮬레이션이 없다면, 굳이 센서로 설치하고 데이터를 크롤링하는 작업은 사실상 의미가 없다. 빅데이터, AI 등은 문제 해결을 위한 수단이며, 시뮬레이션은 이를 잘 활용하는 방식이라 할 수 있다. 

강경석 다쏘시스템코리아 컨설턴트는 시뮬레이션을 대해 “발생 가능한 문제를 예측”하고, “그 문제점이 정말 문제인지 검증하는 과정”이라고 설명했다.  다쏘시스템은 시뮬레이션을 위해 '시뮬리아(Simulia)' 솔루션을 운용 중이다.

시뮬리아로 스마트폰에서 5G 안테나 찾기

시뮬레이션 기술은 5G 통신, 모바일이나 자동차 등 치열하게 디지털 트랜스포메이션을 추진하고 있는 제조업 분야 솔루션이 가장 앞서 있다. 특히 기존 환경에 최적화된 신기술을 적용하기 위한 솔루션을 쓰이고 있다.

최근 10년간 가장 발전하는 기술 영역은 이동통신 분야다. 3G시대가 열리면서 스마트폰이 확산됐고, LTE시대와 함께 모바일 비즈니스 생태계가 만들어졌으며, 5G시대의 시작과 함께 4차 산업혁명이 촉발됐다고 해도 과언이 아니다. 

문제는 동시에 복잡도도 증가했다는 것. 다중 안테나 기술을 통해 고용량의 데이터를 빠르게 주고받을 수 있었지만, 한정적인 기기 속에 설치된 3~5G 안테나는 서로에게 영향을 주고 그 성능까지도 떨어뜨릴 수 있다. 

스마트폰을 예로 들면, 작은 스마트폰 안에는 이미 4개의 안테나가 들어있다. 그렇다면 5G 안테나는 어디에, 어떻게 넣을 수 있을까?

많은 조건은 많은 문제로 이어진다.

5G 안테나는 어디에 넣어야 하나? 원하는 통신 주파수를 맞출 수 있을까? 제대로 동작은 할까? 스마트폰을 얼굴, 손 등 신체에 접촉할 경우, 전자파 영향은 없을까? 게다가 이 모든 검증과정을 전부 직접 실행해봐야만 알 수 있을 것일까?

이러한 문제를 해결하기 위한 시뮬레이션 프로세스로, 강경석 다쏘시스템코리아 컨설턴트는 시뮬리아 CST(Computer Simulation Technology, 이하 CST) 솔루션 단계 실행을 제안한다. 1) 설치할 안테나를 설계하고 2) 해당 안테나를 원하는 주파수에서 공진할 수 있도록 모델링 한 후 3) 스마트폰이 동작할 때 주파수에 따른 영향을 분석하는 순서다. 

시뮬레이션은 먼저 안테나 설계부터 시작된다. 모바일 스마트폰과 같이 한정된 조건에서는 안테나의 구조에 따라 간섭 특성도 달라지기 때문에, 최대한 많은 안테나 모델링이 시뮬레이션의 전제 조건이 된다. 

강경석 다쏘시스템코리아 컨설턴트는 ‘안테나 매그너스(Antenna Magnus)’가 사용해 설계했다. 강 컨설턴트는 “350개 이상의 안테나 데이터 베이스가 제공된다”며, “안테나 구조를 비교하기 용이하다”고 설명했다. 안테나 매그너스는 스마트폰 안테나 외에도 상용 주파수 항목들에 대해서도 항공, 자동차, 공공 방송 등 응용분야별로 안테나 데이터를 제공하고 있다.

안테나가 설계되면 모바일 스마트폰에 설치됐을 때, 해석 과정이 진행된다. 특히 안테나의 경우 근접한 기기에 의해 영향을 많이 받기 때문에 안테나 단품에 대한 설계와 함께 고주파 환경에서의 분석이 필요하다. 

이 과정에서 시뮬리아 솔루션인 ‘CST 마이크로웨이브 스튜디오(CST Microwave studio, 이하 CST MWS)’를 활용된다. CST MWS를 통해 안테나가 위치할 곳과 그에 따른 분석 및 검증이 가능하다. 안테나는 각 위치에 따라 공진 및 전자파 영향이 확연하게 달라지게 된다. 

CST MWS를 통해 인체와 닿을 경우, 전자파 흡수율 변화도 분석할 수 있다. 안테나에서 방사되는 전자기장이 인체는 주는 영향을 3차원 환경에서 파악할 수 있어 전체적인 구조는 물론, 특정 평면에서의 영향에 대해서도 관찰할 수 있다.

하지만 해석 단계는 여기서 끝나지 않았다.

스마트폰의 디자인도 안테나의 성능을 좌우하는 큰 요소다. 다쏘시스템은 이 세번째 단계에서 CST MWS와 연계된 ‘CST 디자인 스튜디오(CST design studio, 이하 CST DES)를 제안한다. 

스마트폰의 렌즈 여부 등 안테나 주변의 구조가 변화하면 그 경향성도 동시에 달라지기 때문에, 개발 관점에서 보면 새롭게 설계된 안계나 환경에 따른 디자인 시뮬레이션 과정에도 드는 소요도 커진다. 이는 곧장 손실로 이어지게 된다.

강경석 다쏘시스템코리아 컨설턴트는 “안테나가 위치한 포지션과  사이즈 정보를 토대로 풀3D로 설계할 수 있다”며, “처음부터 복잡한 해석 시간을 줄일 수 있는 사례”라고 말했다. 이어 “전문가가 아니더라도 직관적으로 문제를 분석할 수 있다”고 덧붙였다.

3D 시뮬레이션은 더이상 실제의 디지털 구현이 아니다. 요소 분석을 넘어, 비즈니스의 필수 프로세스로 주목받고 있다.