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제논 데스 플래시: 카메라가 Raspberry Pi 2를 거의 망가뜨릴 뻔한 사건

 (magnus919.com)
1P by GN⁺ 2일전 | ★ favorite | 댓글 1개
  • Raspberry Pi 2가 카메라의 제논 플래시에 노출될 때마다 전원이 꺼지는 이상 현상 발견임
  • 이 현상의 원인은 WL-CSP 패키징을 사용한 전력 조정 칩(U16)에서 빛 유입 시 발생하는 포토일렉트릭 효과임
  • 커뮤니티의 실험 결과, LED 플래시는 문제가 없지만 제논 플래시나 레이저 포인터는 오류를 유발함이 밝혀짐
  • 즉각적인 해결책은 U16 칩을 불투명 물질로 덮는 방식이었으나, 이후 하드웨어 개정을 통해 근본적으로 회로 설계가 개선됨
  • 이 사건은 초소형 전자기기의 광간섭 취약성과 커뮤니티 협업의 중요성을 보여주는 대표 사례임

도입: 카메라 플래시가 만들어낸 기이한 버그

  • 2015년 2월, Raspberry Pi 커뮤니티의 베테랑 Peter Onion은 신규 Raspberry Pi 2 촬영 중, 카메라 플래시가 터질 때마다 Pi가 즉시 전원이 꺼지는 문제를 경험함
  • 반복된 현상으로 우연이 아니라는 판단 하에, 그는 Raspberry Pi 포럼에 해당 내용을 공유함
  • 커뮤니티는 즉시 여러 카메라와 광원으로 실험을 시작했으며, LED 플래시는 문제가 없으나 제논 플래시가 있을 때만 전원 다운 발생함을 발견함

The Hunt for the Vulnerable Component

  • 본격적인 원인 규명은 Raspberry Pi 2의 어떤 부품이 취약한지 찾아내는 과정임
  • 메인 프로세서 칩을 Blu-Tack(비닐 점토류)로 덮어보는 등의 방법이 시도됨
  • 일부 커뮤니티 사용자가 기기를 거꾸로 두고 시험하자, 플래시에 무반응인 점에서 광(光) 관련 문제임이 확인됨
  • 추가 실험을 통해 USB 커넥터와 HDMI 사이의 U16 칩이 주요 원인임을 규명, 이 칩만 가려도 문제가 완전히 사라짐

The Physics Behind the “Xenon Death Flash”

  • U16 칩은 Wafer-Level Chip Scale Packaging (WL-CSP) 구조를 사용, 보호 캡슐 없이 기판에 바로 실리콘 다이가 노출됨
  • 외부 고강도 광원 노출 시 포토일렉트릭 효과 발생, 고에너지 광자가 칩 내에서 예기치 않은 전자 흐름을 야기함
  • 이로 인해 전압 조정 회로가 영향을 받아 Pi 2의 즉각적 셧다운 문제로 이어짐
  • LED 플래시는 광자가 부족해 무해하나, 제논 플래시나 레이저 포인터는 충분한 에너지로 취약점을 유발함

기존에도 존재하던 광간섭 문제

  • Raspberry Pi 2 이전에도 비슷한 광간섭 취약점이 발견된 사례가 있었음
  • 12년 전 한 핸드폰 프로토타입의 CSP 앰프 칩이 카메라 플래시로 오동작하는 문제 등이 대표적임
  • 1997년 미국 Haddam Neck 원자력발전소에서는 플래시 사진 촬영이 화재패널의 EPROM 칩을 교란해 가스 방출 시스템까지 작동한 바 있음
  • 이것은 전자부품이 소형화, 노출화될수록 광 환경에 의한 취약성이 높아짐을 보여주는 근거임

해결 방안: Blu-Tack에서 설계 개선까지

  • 즉각적인 대응책으로 U16 칩을 불투명 물질(Blu-Tack, 전기테이프, 퍼티) 로 덮는 것을 추천
  • 물리적으로 빛을 차단함으로써 취약성을 임시 해결함
  • 이후 2015년 하반기 Raspberry Pi 2 Rev 1.2에서 전력관리 구조와 칩을 BCM2837 기반으로 변경, 근본적으로 광 취약성을 제거함
  • 이전 세대의 Pi 모델은 구조상 이 문제에 영향을 받지 않음

현대 전자기기의 취약점 시사점

  • Pi 2의 취약점은 초소형·저비용화 추구가 예상치 못한 새로운 취약점을 만들 수 있음을 보여줌
  • 기존 전자기기 테스트는 전자기 간섭만을 고려하며, 광간섭에 대한 점검은 미비함
  • WL-CSP 기술 등은 크기와 비용 절감을 제공하나, 보호 측면에서는 약점이 있음
  • 미처 예상하지 못한 비정상적 사용 환경(플래시 촬영)이 새로운 문제를 유발할 수 있음을 시사함

“사랑스러운 버그”의 유산

  • Raspberry Pi Foundation은 해당 버그를 “역대 가장 사랑스러운 버그”라 지칭하며 투명하게 문제를 공개함
  • 이 사건은 포토일렉트릭 효과를 실생활에서 체험할 수 있는 전자공학 교육 사례로 자리매김함
  • 더불어 반도체 설계에서의 광간섭 문제 인식 제고에 기여함
  • 매우 구체적이지만, 업계 전반에 검증 프로세스 다양화 필요성을 일깨움

오늘날을 위한 교훈

  • 이 이야기는 하드웨어 보안 및 공격적 소형화의 부작용에 대한 경각심을 제공함
  • IoT 시대의 임베디드 기기들은 Pi 2와 유사한 취약점이 잠재할 가능성 있음
  • 흥미로운 버그들은 일반적으로 비관계 기술들의 교차점에서 등장함
  • Raspberry Pi 커뮤니티와 같은 집단적 문제 해결의 힘이 중요함을 증명함
  • 好奇心과 협업이 가장 괴상한 문제도 해결할 수 있음을 보여주는 대표적 사례임
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GN⁺ 2일전  [-]
Hacker News 의견
  • WLCSP 부품의 광민감도는 커뮤니티에서 "발견"된 것이 아니라는 점을 말하고 싶음. WLCSP 데이터시트에는 해당 부품이 광민감성을 가진다는 사실과, 빛이 부품에 미치는 영향에 대한 데이터가 명시되어 있음. 이건 WLCSP가 처음 등장할 때부터 업계에서 알려져 있었고, 책임 있는 엔지니어라면 설계 요소로 반드시 고려해야 할 사항임. 실리콘 칩은 작은 태양광 패널로 만들어진 셈이라 빛에 당연히 반응함. CMOS 이미지 센서도 메모리 칩을 집중 조명해서 만든 기술이고, WLCSP 칩은 실질적인 패키징이 없는 실리콘 칩임. 이 모든 것은 이미 다 알려진 사실임. 트랜지스터 뚜껑을 여는 디캡 작업을 통해 광센서나 태양전지로 사용하는 것도 오래된 이야기이고, 초기 포토트랜지스터도 창이 달린 캔을 사용해 빛을 차단하지 않았음. 보호되지 않은 PCB에 WLCSP를 직접 장착하고, 광민감도가 문제라면 설계자가 초보이거나 충분한 감독을 받아야 한다고 생각함. 파트를 대량 적용하기 전에 데이터시트 읽고, 실리콘 칩 구조와 반도체 접합 원리를 아는 것이 기본 엔지니어 역량임. 기사 자체는 흥미로왔지만, 참견조 논조와 끊임없는 요약 방식에서 LLM이나 AI의 영향을 강하게 느꼈음
    • 기사에서는 WLCSP 부품의 광민감성이 커뮤니티에서 처음 발견된 것이라는 주장은 하지 않았음. "This Wasn’t Actually Unprecedented"라는 섹션이 있고, 과거 사례와 원인에 대해 언급하고 관련 기사에도 링크해둠. 여기서 실제로 새롭게 밝혀진 점은 Raspberry Pi 2의 광민감 문제였고, WLCSP 부품의 광민감성 자체는 이미 알려졌던 사실임. 대부분의 PCB는 소비자에게 노출되지 않기 때문에 실제로 문제가 잘 드러나지 않았던 것뿐임. 보호되지 않은 WLCSP 부품이 광민감도가 용납 불가한 조건에서 사용됐다면 설계자가 초보일 거라는 의견은 과장이라고 생각함. Xenon 플래시와 같은 매우 강력하고 특정한 광원이 있고, 노출된 PCB 조합이 겹친 매우 드문 사례이고, 해당 부품 데이터시트에서도 언급되지 않았을 수 있겠다는 생각임
    • 10년 전 이미 같은 논쟁이 있었음. 당시 Raspberry Pi가 사용했던 데이터시트에는 "관련 문헌에서 언급되는 광민감도 회로 보호는 실제로는 문제가 되지 않는다. 실리콘은 긴 파장의 빛에만 투명하기 때문이다. 이런 빛은 WLCSP 주요 사용 환경에서 드물다"라고 명시되어 있음 https://www.fairchildsemi.com/application-notes/AN/AN-5075.pdf">https://web.archive.org/web/20150210111428/…
    • 보호되지 않은 보드에 벌거벗은 칩을 달아놓고 정상 동작을 기대했다는 점에 공감함. 과거에도 플라스틱 인캡슐레이션에 탄소 블랙 함량이 부족해서 빛에 민감한 사례가 있었고, 오래된 부품 가운데는 불투명하지 않은 갈색 플라스틱 케이스로 패키징된 경우도 있었음. https://electronics.stackexchange.com/questions/217423/…
    • 모든 WLCSP 부품이 실제로 뚜렷한 광민감도를 갖는 것은 아니라고 생각함. 대부분 CSP 장치는 칩 정상을 덮는 코팅 처리가 되어 있어, 광민감도 이슈는 일부 에지 또는 반사광에 한정될 수 있음. 실제로 문제를 일으키는 부품은 일부이고, 이 경우는 설계 결함에 가깝다고 봄. 사용하는 장치 종류에 따라 다르지만, 일반적인 로직이나 프로세서, 전원 부품 등에서는 의미 있는 광민감이 거의 없으며 문제는 주로 band gap이나 오실레이터 회로에서 빛에 민감한 경우임. 이런 경우는 레이아웃 변경으로 완화 가능함
    • 오늘 새로운 사실을 알게 되었음! 이런 패키지 여러 번 사용해봤는데, BGA와 거의 동일하게 생각했었음. 단순히 QFN보다 작은 게 필요하거나 사용 가능한 게 이거밖에 없을 때 선택하게 되는 옵션이라고 보고, 핀 눈으로 확인 못 하는 부담을 감수하는 정도였음. 고속 신호나 RF 아니면 굳이 footprint 신경 안 써도 된다는 식이기도 하고, 보드에 부품이 많고 데이터시트가 길다 보면 당연히 놓칠 수 있음. 중요한 부분만 골라보는 패턴에 익숙해지다 보면 세부 정보는 넘어가기 쉬운데, 이 경우처럼 대량 생산하는 디바이스에 있어서는 세밀한 확인이 그만큼 더 중요하겠다는 교훈이 있음
  • 작가가 만약 HN 글을 읽는다면, 글에 자꾸 본질적 설명도 아닌 군더더기 정보(예: “아인슈타인이 노벨상을 받은 현상”, “Blu-Tack(진짜야)”, “커뮤니티 신뢰 이야기” 등)가 들어가 흥미 대신 거슬림이 반복됐다고 의견을 전하고 싶음. 작가의 ‘about’ 페이지에서 LLM이 글쓰기에 사용되는 걸 봤는데, 이런 지원 도구에 덜 의존하거나 결과물을 더 비판적으로 검토해주기를 제안함. 내가 지금까지 읽은 블로그 글 중 이렇게 흥미와 짜증이 번갈아 다가온 적은 없었음
    • 나는 오히려 아인슈타인 관련 정보가 물리학 수업 때 배웠던 기억을 빠르게 상기시켜줘서 도움이 되었음. 전달 방식이 보고서가 아니라 이야기처럼 느껴져서 더 즐겁게 읽었음
    • 사람마다 다르겠지만 LLM 결과물에서 각 개인의 고유한 글쓰기 색깔이 점점 사라지고 있다고 느끼기 때문에 “그냥 마지막에 LLM에 한 번 통과”시키는 흐름이 아쉬움. 모든 글이 비슷한 어조로 반복되어 지루함이 커짐
    • “This highlights”, “This contrasts with”와 같은 표현이 반복되면 정말 읽기 힘들어지는 느낌임. 초반 도입은 괜찮았지만 결론 부분부터는 반복적이고 무료하게 느껴졌음
    • 나는 글의 모든 부분이 다 재미있었음
    • ‘AI 보조 글쓰기’가 금방 지겨워질 것 같다는 의견에 동의함. 한편 LLM 채팅 대신, 토픽별로 원하는 방식(간단 요약, 유튜브 클립, 팟캐스트, 사실 나열 등)으로 AI가 검색 결과를 문서로 보여주는 게 더 나을 수 있다는 생각도 들었음. 결과물이 기계나 UI에서 온 것임을 명확히 알 수 있다면 LLM 출력 자체는 크게 문제로 느끼지 않음
  • 또 다른 하드웨어 버그 사례로 “아이폰의 헬륨 알레르기” 사건이 떠오름 https://www.ifixit.com/News/11986/iphones-are-allergic-to-he...
    • 헬륨 사례가 흥미로웠던 이유는, 당시 MEMS 디바이스 제조사들도 여러 환경 가스가 미치는 영향에 대해 깊이 연구하지 않았었기 때문임. 제조사와 달리 현장 기술자들은 놓치기 쉬운 부분이었고, MEMS 제조 공정에 익숙지 않았다면 더욱 어려웠을 것임. 제조사들은 최초 조정 시에 검증된 가스 혼합을 사용하기 때문에 실제로는 큰 놀라움이 아니었겠지만, 일반 엔지니어 입장에서는 눈에 띄지 않는 포인트였음
    • 헬륨 민감도와 관련한 좋은 후속 영상도 있음 https://www.youtube.com/watch?v=vvzWaVvB908
  • 모든 짝수 Pi 모델마다 흥미로운 하드웨어 결함이 있었음
    • Pi 2 : 카메라 플래시로 인한 재부팅 이슈
    • Pi 4 : USB-C 충전 회로 오류(여러 PD 어댑터에서 전원 미공급) https://hackaday.com/2019/07/16/exploring-the-raspberry-pi-4... Pi 1, Pi 4 전부 원본 모델을 보유 중이고, 결함은 특정 환경에서만 이슈였음. Pi 5는 5V/5A 필요(하지만 좋은 어댑터면 보통 5V/3A로도 무난함) 외에는 2/4 모델처럼 심각한 하드웨어 이슈가 없음. 그러면 Pi 6에서는 어떤 일이 벌어질지 궁금증이 생김
    • 첫 번째 Pi가 이더넷 자기 결함 이슈로 출시 연기됐던 거 기억하는지? 자기 통합형 잭이 필요한데 잘못된 부품을 썼던 거였음. 그간 얼마나 발전했는지 새삼 느낌
    • Pi 3는 전압 이슈가 있었고, 특수 5.1V 어댑터로 해결했음. 모든 모델에서 microSD 내구성 문제가 있었고, PoE HAT에도 문제가 있었음. 모든 라즈베리 파이의 공통점은 보드 내장 전원 회로가 지나치게 단순하거나 아예 없다는 점임. 영국/EU 규제로 인해 베어보드는 소비자 제품으로 팔 수 없는 케이스가 있다는 소문도 어디선가 본 기억이 있음
    • Pi 1도 하드웨어 결함이 있었음. 예를 들어 LAN9512의 1.8V 레귤레이터 문제, USB 포트 브라운아웃 등
    • Compute Module 시리즈도 이런 문제들이 있었는지 궁금함
    • "모든"이라는 식으로 과장하는 건 의미 없다고 생각해서 아쉬움. 평소 존경하던 분만큼 실망감이 있었음
  • 반도체 물질의 성질은 종종 역전 가능하다는 사실이 흥미로움. LED는 비효율적인 태양광 패널이고, 그 반대도 가능함. 여기서 중요한 점은 고강도 IR 광원으로 접합부를 자극하면, 반대로 자극받은 접합부가 IR 광선을 발산하고, 패키지가 충분히 얇다면 이를 카메라로 잡아낼 수 있다는 점임. 이론상 특정 접합부의 활성화를 영상으로 추적 가능함. 하지만 실제로는 효율적이지 않고, 신호가 미약해서 칩에 상당한 오버볼팅이나 언더클로킹이 필요할 수 있음. 실제로 테스트 가능한 수준이 될지는 의문임. 이런 기술을 상용화하려던 회사 이름이 기억이 안 남
    • 또 다른 재미난 예로는 DC 모터를 손으로 돌리면 전류가 발생함. 발전기와 모터 원리가 동일하다는 사실을 생각하면 당연하지만, 처음 모터 쪽에서 시작하면 의외로 받아들이기 힘든 역설임
  • SPARC CPU 캐시가 칩 패키지 내 불순물의 방사성 붕괴 때문에 손상됐던 사례가 생각남. 첫 직장에서 이 이슈로 상당한 시간 고생한 기억이 있음
  • 보청기용 투명 플라스틱 커버로 인해 동일한 문제를 겪었던 기억이 있음. 특정 각도에서 햇빛이나 플래시 노출 시 노이즈가 발생했는데, 아무도 내 말을 안 믿어줬었음
  • "타이거 크루즈"로 항공모함 위에서 DV Cam을 썼는데, 갑판에서 3초마다 비디오가 이상하게 섞인 일이 있었음. 원인은 레이더 스윕 주기와 정확히 일치했음. 방사선 때문임을 직감하고, 휴대폰 배터리(중금속 함유)가 레이더와 자성 헤드 사이에 오게 각도를 잡으니, 영상 끊김 문제가 완전히 해결됐음
  • 당시 HN 토론 링크를 남김 https://news.ycombinator.com/item?id=9015663
  • 플립칩 반도체의 사후 디버깅은 특정 지점에 레이저를 쏘고, 반사된 빛을 감지해 트랜지스터의 온오프 상태를 판별하는 방식으로도 가능함. 레이저 세기를 높이면 특정 트랜지스터를 직접적으로 열거나 닫을 수도 있음. 반도체는 원래 빛에 민감한데, 이를 보호하려고 칩을 불투명하게 패키징함
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