HexVIO, 상용 스마트폰 DSP로 스테레오 VIO 전면부를 가속해 0.83W 실시간 추적

상용 스마트폰에 내장된 Hexagon DSP를 활용해 스테레오 관성 오도메트리의 시각 전면부를 CPU 단독 실행보다 낮은 전력과 짧은 지연 시간으로 수행할 수 있는가?

VIO는 공간 컴퓨팅의 핵심이지만 로봇, XR 기기, 드론에서는 배터리 수명과 발열 제약 때문에 CPU만으로 실시간 추적을 오래 유지하기 어렵다. GPU 가속은 전력 소모가 크고, ASIC이나 FPGA 기반 가속기는 상용 기기에 탑재되지 않아 범용성이 떨어진다.

기존에는 Basalt 같은 VIO 시스템의 전면부를 CPU에서 실행하거나, vilib, Jetson-SLAM, FastTrack, GLidE-SLAM처럼 GPU로 가속했다. Navion 같은 ASIC, eSLAM과 ac2SLAM 같은 FPGA, OpenVINS나 ORB-SLAM3 일부를 Hexagon DSP로 옮긴 시도도 있었지만 스테레오 관성 미지원, 코드 비공개, 루팅 필요 등의 한계가 있었다.

HexVIO는 Basalt의 피라미드 생성, FAST-9 코너 검출, 역합성 KLT 추적을 모두 Hexagon V73 DSP로 옮기고 백엔드 옵티마이저는 CPU에 남긴다. 픽셀 병렬 처리와 특징 병렬 처리를 나누고, 흩어진 픽셀 접근을 위한 gather 명령이 VTCM에만 접근할 수 있다는 제약에 맞춰 이미지 피라미드를 VTCM에 상주시킨다. 프레임당 여러 단계의 FastRPC 호출을 하나로 융합해 호출 왕복 비용을 줄였고, 상용 스마트폰에서 루팅 없이 동작한다.

삼성 갤럭시 S23(스냅드래곤 8 Gen 2, Hexagon V73)에서 EuRoC, Monado SLAM Dataset, TUM-VI, XREAL AIR 2 Ultra 커스텀 데이터셋의 8개 시퀀스를 재생 평가했다. 최대 처리량 비교에서 HexVIO는 CPU 대비 1.65배에서 2.38배 빨랐고, MOO05 시퀀스에서 CPU가 98fps를 낼 때 HexVIO는 같은 정확도로 1.6W를 소비해 67% 전력이 적었다. 최대 성능 지점에서는 4.5W로 180fps를 달성했고, 같은 전력의 CPU는 97fps에 그쳐 처리량이 86% 높았다. 센서 속도에 맞춘 평가에서는 정확도를 유지하는 DSP B 설정이 CPU 대비 평균 35%, 최대 43% 전력을 절감했고, 경량 DSP L 설정은 평균 40%, 최대 45% 절감했다. 정확도는 ATE 기준 4개 시퀀스에서 0.4% 이내 차이였고, TR6은 2.9% 개선, EMH03은 6% 악화였다. 40분 MOO12 시퀀스에서 CPU 1.46W, DSP 0.96W, DSP B 0.90W, DSP L 0.83W를 기록했고, 0.83W는 15Wh 배터리 기준 약 18시간 추적에 해당한다. 8개 시퀀스의 실시간 마감 위반 프레임은 CPU 342개, DSP B 21개, DSP L 1개였다.

저자들은 현재 디스크에서 데이터셋을 읽어 재생하는 방식이어서 실제 카메라 센서 스트림 연동은 남은 과제라고 밝혔다. 퀄컴 ISP에서 DSP L2로 직접 데이터를 보내는 경로는 벤더 서명 코드가 필요해 OEM 통합이 필요하다. 백엔드 옵티마이저가 이제 남은 프레임 시간의 대부분을 차지한다고 지적했다. 또한 단일 기기에서 평가했고, 내장 연료 게이지의 전력 해상도가 100ms~1s라 단계별 에너지는 보고되지 않았다. 코드는 공개 예정이며 이 프리프린트는 동료 심사가 확인되지 않았다.