AWS 클라우드 기반의 원격 스트리밍 프로토콜, Amazon DCV -1

‘HPC on AWS’와 관련된 지난 블로그를 통해 ‘HPC on AWS’는 크게 3개의 레이어로 구성된다고 언급하였습니다. 이번 2부로 구성된 블로그 시리즈에서는 이 3개의 레이어 중, 최상단의 시각화 레이어를 구성하는 요소인 Amazon DCV에 대해 소개하고자 합니다. Amazon DCV는 ‘HPC on AWS’를 구성하는 핵심 구성 요소이자, 영화 제작, 게임 스튜디오, 제조 분야의 CAD 작업 등을 위한 엔지니어링 VDI (Virtual Desktop Infrastructure, 가상 데스크톱 인프라, 이하 e-VDI) 솔루션으로도 활용 가능합니다.

이번 블로그 시리즈에서는 Amazon DCV를 단순히 ‘HPC on AWS’의 구성 요소로만 소개하는 것이 아니라, 엔지니어링 VDI 관점에서도 소개함으로써 독자분들의 CAE/CAD 관련 이해도를 높이고자 합니다. 우선 첫 번째 블로그에서는 엔지니어링 VDI의 등장 배경과, AWS에서 제공하는 대표적인 솔루션인 Amazon DCV에 대한 전반적인 내용에 대해 소개합니다.

CAE/CAD 환경에서의 시각화 작업

CAD(Computer-Aided Design)와 CAE(Computer-Aided Engineering) 영역에서 시각화 작업은 제품 개발과 엔지니어링 과정의 핵심적인 역할을 수행합니다. 예를 들어, 3ds Max와 Smart 3D(Hexagon), CATIA와 같은 CAD 도구는 건축물, 플랜트, 자동차 내부 등 복잡한 구조물을 3D로 시각화하여 설계자의 의도를 명확히 전달하고, 설계 오류를 사전에 발견할 수 있게 해줍니다. 반면, Fluent와 LS-Dyna 같은 CAE 도구는 유동 해석, 충돌 해석 등 실제 환경을 가상으로 시뮬레이션하고, 그 결과를 시각적으로 표현함으로써 엔지니어가 복잡한 물리 현상을 직관적으로 이해하고 최적의 설계 방향을 도출할 수 있도록 합니다.

그림1은 1980년대 이전, CAD소프트웨어가 도입되기 전의 대형 설계실(드래프팅 룸) 풍경을 보여줍니다. 수십 명의 드래프터(drafter, 제도사)들이 넓은 책상 위에 도면지를 펼쳐놓고 손으로 설계 도면을 그리고 있습니다. 이 시기에는 설계 작업이 모두 수작업으로 이루어졌고, 제도사는 자, 컴퍼스, 연필, 펜 등 기본적인 도구만을 사용해 복잡한 기술 도면을 완성했습니다. 이러한 방식은 항공, 건축, 기계 등 다양한 산업 분야에서 표준적인 작업 환경이었으며, 도면의 정확성과 품질을 위해 많은 인력이 투입되었습니다. 그러나 이러한 대규모 드래프팅 룸은 1980년대 이후 CAD 시스템이 도입되면서 점차 사라지게 되었고, 오늘날에는 대부분의 설계 작업이 컴퓨터를 통해 디지털 방식으로 이루어지고 있습니다.

<그림 1. 1980년 이전의 도면 작업 모습 >

오늘날 대부분의 엔지니어링 회사에서 이러한 그래픽 작업은 워크스테이션(workstation)이라고 불리는 고성능 컴퓨터에 의해 진행됩니다. 워크스테이션은 그래픽 제작, 과학, 건설, 금융 등 전문적인 용도에 적합하도록 설계된 고성능 컴퓨터입니다. 일반적인 PC와 달리, 워크스테이션은 서버급 CPU인 Intel Xeon, 전문가용 그래픽 카드인 NVIDIA Quadro, ECC(오류정정코드) 메모리 등 고급 하드웨어 사양을 갖추고 있어 대용량 데이터 처리와 복잡한 연산, 정밀한 시각화 작업에 최적화되어 있습니다. 또한, 리눅스와 윈도우 등 다양한 운영체제를 지원하여 다양한 소프트웨어 환경에 대응할 수 있습니다.

이러한 워크스테이션은 CAD/CAE 등 엔지니어링 소프트웨어가 요구하는 높은 성능과 안정성을 제공하며, 실제로 제품 설계, 해석, 시뮬레이션, 3D 모델링 등에서 필수적으로 사용됩니다. 시각화 작업 역시 워크스테이션의 강점 중 하나로, 복잡한 데이터와 모델을 실시간으로 렌더링하고 분석할 수 있어 설계 품질 향상과 개발 효율성 증대에 크게 기여합니다. 다만, 사내의 워크스테이션은 재택 사용이 어렵고, 연구 데이터의 보안 관리와 전문적인 시스템 관리가 필요하다는 한계도 존재합니다. 따라서 이러한 제약사항들을 극복하기 위해 많은 기업들이 엔지니어링 VDI(Virtual Desktop Infrastructure, 가상 데스크톱 인프라) 서비스를 도입하고 있습니다. 경우에 따라 업계에서는 엔지니어링 VDI를 e-VDI라고 부르기도 합니다. 이 블로그에서도 두 개의 용어를 혼용하여 사용할 예정입니다.

<그림 2. 워크스테이션을 이용한 그래픽 처리>

워크스테이션의 한계사항을 극복한 엔지니어링 VDI(e-VDI)

엔지니어링 VDI에 대한 소개에 앞서, 엔지니어링 VDI의 기반이 되는 일반 VDI 환경에 대해 알아보도록 하겠습니다. VDI는 중앙 서버나 데이터센터에서 데스크톱 환경(운영체제, 애플리케이션, 데이터 등)을 가상 머신 형태로 생성 및 관리하고, 사용자가 원격으로 접속해 자신의 PC, 노트북, 태블릿, 스마트폰 등 다양한 단말에서 동일한 데스크톱 환경을 사용할 수 있게 해주는 기술입니다. VDI의 주요 특징은 다음과 같습니다.

• 원격 접속 및 유연한 근무 환경
  • 사용자는 어디서든 네트워크만 연결되면 회사의 가상 데스크톱에 접속해 업무를 볼 수 있습니다. 이는 재택근무, 출장, 외부 미팅 등 다양한 근무 형태에 적합합니다.
• 중앙 집중식 관리
  • 모든 데스크톱 환경이 중앙 서버에 저장 및 관리되므로, IT 관리자가 소프트웨어 설치, 보안 패치, 데이터 백업 등을 일괄적으로 처리할 수 있어 관리 효율성이 매우 높아집니다.
• 보안 강화
  • 데이터가 개별 단말기에 저장되지 않고 서버에만 보관되므로, 단말기 분실 및 도난 시에도 정보 유출 위험이 크게 줄어듭니다.
• 비용 절감
  • 고성능 PC를 개별적으로 구매할 필요 없이, 상대적으로 저렴한 씬 클라이언트나 기존 PC로도 접속이 가능해 하드웨어 비용을 절감할 수 있습니다. 또한, 사용자 수에 따라 인프라를 유연하게 확장 및 축소할 수 있습니다.
• 일관된 사용자 경험
  • 사용자는 어떤 기기에서 접속하든 동일한 데스크톱 환경과 애플리케이션, 파일에 접근할 수 있습니다.

이러한 VDI 솔루션은 기본적으로 사무용 애플리케이션을 위한 가상 데스크톱 환경이라고 할 수 있습니다. 따라서 상대적으로 낮은 그래픽 처리 요건을 갖추고 있는 것이 일반적이기 때문에, 그래픽 작업이 많은 사용자가 사용하기에는 적합하지 않습니다. 이러한 VDI 솔루션에 고성능 GPU를 추가한 것이 바로 엔지니어링 VDI입니다. 이는 GPU 가상화 기술을 활용해 강력한 워크스테이션 PC의 환경을 가상으로 구현한 것입니다. 덕분에 이전에는 VDI에서 처리하기 어려웠던 복잡한 그래픽 작업도 이제는 원활하게 수행할 수 있게 되었습니다. 특히 보안이 요구되는 도면과 설계 등 2D 및 3D 자료를 생산하고 사용하는 환경에서 중요한 역할을 합니다.

<표1 . 일반 VDI와 e-VDI의 차이점>

그러나 이러한 엔지니어링 VDI 환경도 여러 한계점들이 존재합니다. 우선 기본적으로 여전히 물리적 장비 기반의 솔루션이기 때문에, 초기 높은 투자 비용이 발생하며 지속적인 IT 유지 보수 및 관리가 필요합니다. 또한 e-VDI 솔루션 도입을 위해, 용량 산정, BMT(PoC), 사내 구매 프로세스, 데이터센터 장비 세팅 등 여러 단계를 거치면서 보통 수개월의 기간이 요구됩니다. 따라서 COVID-19 시대 이후, 급격하게 변동하는 업무 환경을 연구원들에게 유연하게 제공하기에는 제약사항이 존재하게 됩니다. 예를 들어, 갑작스럽게 내일부터 재택 근무를 하게 될 경우, 경우에 따라 곧바로 엔지니어링 VDI 환경을 R&D 엔지니어들에게 제공하기 어렵습니다. 비용 측면에서도 계약직 근로자나 단기 근무자를 위해 고가의 엔지니어링 환경을 제공하는 것은 기업 입장에서는 부담이 되기도 합니다.

따라서 최근에는 그림3과 같이 클라우드 기반 엔지니어링 VDI를 도입하거나 관심을 가지는 기업 고객들이 지속적으로 증가하고 있습니다. 이러한 클라우드 기반 e-VDI 솔루션의 가장 큰 장점은 높은 초기 투자 비용 없이 사용량 기반 과금 형태로 매우 손쉽게 구축이 가능하다는 점입니다. AWS에서도 Amazon DCV나 Amazon AppStream 2.0과 같은 클라우드 기반 엔지니어링 VDI 솔루션을 확보하고 있습니다. 참고로 이 블로그에서는 AWS의 HPC와 매우 밀접한 관계를 가지고 있는 Amazon DCV에 대해서만 소개할 예정입니다.

<그림 3. 고성능 그래픽 작업 인프라 환경의 트렌드>

Amazon DCV의 개요

Amazon DCV(Desktop Cloud Visualization)는 AWS가 제공하는 고성능 원격 디스플레이 프로토콜로, 다양한 네트워크 환경에서 원격 데스크톱과 애플리케이션 스트리밍을 안전하게 제공할 수 있게 해주는 기술입니다.

Amazon DCV는 원격 시각화 기술을 사용하여 고성능 그래픽 처리를 필요로 하는 애플리케이션의 실행 화면을 효율적으로 사용자에게 전달합니다. 그림4와 같이 연구원들이 사용하는 PC와 같은 디바이스가 클라이언트 역할을 하고, AWS 클라우드의 EC2 인스턴스나 온프레미스 환경의 물리/가상 서버가 실제 그래픽 처리를 담당하는 서버 역할을 합니다.

이 원격 스트리밍 서비스를 구현하기 위해서는 먼저 서버 측에 DCV 서버 소프트웨어를 설치해야 합니다. 사용자는 Windows, Linux, Mac 환경에서 1) 네이티브 DCV 클라이언트를 설치하거나 2) 웹 브라우저를 통해 이 서비스에 접속할 수 있습니다. 기본적으로 웹 브라우저를 통해 Amazon DCV를 접속하기 위해서는 WebGL의 지원이 필수적이기 때문에, 다수의 모바일 디바이스에서는 정상적으로 작동하지 않습니다. 현재 대부분의 모바일 기기는 WebGL 콘텐츠를 지원하기에 충분한 성능과 메모리를 갖추지 못했기 때문입니다.

<그림 4. Amazon DCV 동작 개념>

Amazon DCV의 핵심적인 특징은, 데이터 자체가 아닌 암호화된 픽셀만을 클라이언트에 전송한다는 점입니다. 서버에서는 애플리케이션을 실행하고 그래픽 처리를 수행한 후, 화면을 H.264 형식으로 압축합니다. 이때 전체 화면이 아닌 변화하는 픽셀만을 전송함으로써 대역폭 사용을 최소화합니다.

압축된 화면 데이터가 클라이언트로 전송되면, 클라이언트는 이 스트림을 수신하여 압축을 풀고 로컬 모니터에 표시합니다. 사용자는 자신의 디바이스에서 원격 서버의 화면을 보게 되며, 모든 그래픽 처리는 원격 서버에서 이루어지고 그 결과인 이미지 데이터만 암호화되어 클라이언트로 전송됩니다. 이러한 방식으로 Amazon DCV는 네트워크 대역폭을 효율적으로 사용하면서도 고품질의 원격 시각화 경험을 제공합니다.

Amazon DCV의 장점

Amazon DCV는 고성능 원격 디스플레이 프로토콜로, 다양한 네트워크 환경에서 클라우드 또는 데이터 센터로부터 사용자 디바이스로 원격 데스크톱 및 애플리케이션 스트리밍을 안전하게 제공합니다. Amazon DCV의 주요 장점을 알아보도록 하겠습니다.

• 인프라 비종속: Amazon DCV는 윈도우 및 리눅스 기반의 서버 환경을 모두 지원하여 기업이 상황에 맞게 유연하게 구성할 수 있습니다. AWS 클라우드 뿐만 아니라, 타 클라우드 서비스 및 온프레미스(on-premise) 환경에서도 사용 가능하여 인프라 선택에 제약이 없습니다. AWS를 사용할 경우, 2025년 6월 기준, 전 세계 36개 지역의 114개 가용 영역을 활용하여 사용자와 가장 가까운 리전에서 서비스를 제공받을 수 있어 글로벌 확장성이 뛰어납니다.
• 다양한 접속 환경 제공: 웹 브라우저를 통해 별도의 설치 없이 네트워크 연결만으로도 원격 스트리밍 서비스를 이용할 수 있습니다. 또한 Windows, Linux, macOS용 네이티브 클라이언트를 통한 접속도 지원하여 사용자가 선호하는 환경에서 작업할 수 있습니다.
• 고성능 스트리밍 서비스: 무손실 비디오 압축을 제공하며 네트워크 상황에 따라 스트리밍 서비스를 탄력적으로 조정합니다. 최대 4대의 모니터와 4K 해상도를 지원하여 고해상도 작업 환경을 제공하며, H.264 기반 비디오 압축 및 인코딩을 사용하여 대역폭 소비를 줄입니다. 사용자는 응답성과 이미지 품질 사이에서 타협할 필요가 없습니다.
• 비용 최적화: 그래픽 집약적 애플리케이션을 원격으로 실행하고 결과를 클라이언트 머신으로 스트리밍함으로써 고가의 전용 워크스테이션이 필요하지 않게 됩니다. 특히 Linux 서버에서는 여러 가상 세션이 단일 GPU를 공유할 수 있어 서버 인프라 비용을 추가로 절감할 수 있습니다. AWS에서는 사용자의 목적에 따라 다양한 인스턴스 타입을 선택할 수 있어 비용 효율성을 높일 수 있습니다. 무엇보다 AWS 클라우드 환경에서 Amazon DCV를 사용할 경우, 별도의 라이선스 비용 없이 사용할 수 있다는 점이 비용 관점에서 가장 큰 장점이라고 할 수 있습니다.
• 포괄적인 보안: Amazon DCV는 픽셀 데이터만 전송하며, 데이터는 기본적으로 사용자 디바이스에 저장되지 않습니다. 또한 WebSocket 및 TLS 프로토콜을 사용하여 픽셀과 사용자 입력을 모두 암호화합니다.

Amazon DCV의 활용 방안

Amazon DCV는 그림5와 같이, AWS 환경에서 크게 1) e-VDI 및 2) HPC 환경에서 적용 가능합니다. e-VDI 환경은 주로 영상 제작, 시각 효과(VFX), 게임 개발, CAD 작업 및 교육, 그리고 일반 업무용 비즈니스 애플리케이션을 위해 구성됩니다. 이 구성에서 사용자는 원격 호스트를 통해 Amazon DCV라는 고성능 원격 디스플레이 프로토콜을 사용하여 클라우드 환경에 접속합니다. 이러한 목적을 위해 Amazon DCV 서버 SW는 주로 AWS 환경에서 GPU를 탑재한 ‘G’ 타입의 인스턴스에 설치됩니다.

<그림 5. Amazon DCV 사용 용도>

앞서 언급한 것처럼, HPC 환경에서 STAR-CCM+나 Fluent와 같은 CAE 소프트웨어를 이용하여 엔지니어링 시뮬레이션을 수행하는 경우에도 pre/post 프로세싱 작업을 위해 시각화 작업은 필수입니다. 이 경우 그림5의 우측과 같이 실제 컴퓨팅(계산) 작업은 ‘C’ 타입과 같은 코어수가 많은 AWS EC2 인스턴스로 구성된 클러스터에서 수행되고, 그래픽 처리는 별도의 GPU가 탑재된 EC2 인스턴스에서 처리하게 됩니다.

Amazon DCV의 고객 도입 사례

표2에서 Amazon DCV를 도입한 대표적인 고객 사례를 보여주고 있습니다.

<표 2. Amazon DCV를 도입한 대표적인 고객 사례>

맺음말

이번 블로그에서는 Amazon DCV의 개요와 엔지니어링 VDI 솔루션으로서의 가치에 대해 살펴보았습니다. 전통적인 워크스테이션 기반 환경에서 클라우드 기반 원격 시각화 솔루션으로의 전환은 현대 기업들이 직면한 유연성, 비용 효율성, 보안 요구사항을 충족시키는 중요한 변화입니다.

Amazon DCV는 고성능 원격 디스플레이 프로토콜로서 다양한 네트워크 환경에서도 안정적인 그래픽 처리 성능을 제공하며, 특히 CAD/CAE와 같은 고성능 그래픽 작업에 최적화되어 있습니다. 인프라 비종속성, 다양한 접속 환경 지원, 고성능 스트리밍, 비용 최적화, 그리고 포괄적인 보안 기능은 Amazon DCV가 제공하는 핵심 가치입니다.

COVID-19 이후 급변하는 업무 환경에서 클라우드 기반 엔지니어링 VDI 솔루션의 중요성은 더욱 부각되고 있으며, Amazon DCV는 이러한 변화에 효과적으로 대응할 수 있는 솔루션을 제공합니다. 특히 AWS 환경에서 별도의 라이선스 비용 없이 사용할 수 있다는 점은 비용 효율성 측면에서 큰 장점입니다.

다음 블로그에서는 Amazon DCV와 AppStream 2.0과의 차이, Amazon DCV가 제공하는 주요 기능, 아키텍처 등 보다 구체적인 내용에 대해 전달할 예정입니다. 이를 통해 독자 여러분께서 자신의 비즈니스 환경에 가장 적합한 원격 시각화 솔루션을 선택하는 데 도움이 되기를 바랍니다.