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실리콘으로 포장된 자동차 인터넷

EETimes

2021년 9월 21일

기술자들은 종종 '파괴적'이나 '혁명적'이라는 단어를 남용하지만, 최근 자동차 설계와 제조의 진화는 의심할 여지 없이 파괴적이고 혁명적입니다. 이러한 변화는 지난 100년 동안 교통 디자인에 있어 가장 큰 격변이며, 증기, 가솔린, 심지어 배터리 구동 차량이 같은 먼지 투성이의 도로에서 뒤섞이던 자동차 초창기 이후 가장 큰 발전입니다. 이번에는 자동차를 바퀴 달린 슈퍼컴퓨터로 재탄생시키기 위해 자동차 전체가 전자장치로 정비되고 있습니다.

한 BMW 엔지니어는 자신의 팀이 수십 년 동안 뛰어난 핸들링과 성능을 갖춘 자동차를 설계했지만, 구매자들이 가장 먼저 알고 싶어 하는 것은 차량이 휴대폰과 통합되는지 여부라고 한탄했습니다. 전자기기와 소프트웨어가 고객의 선택 기준으로 기계적인 디자인을 대체하면서 전통적인 자동차 디자이너들의 좌절감을 이해할 수 있습니다.

메르세데스 벤츠, 닛산, 볼보 등이 차량의 무선 휴대폰 충전기, 풀 디지털 대시보드, 충돌 방지 시스템, 24채널 스테레오를 강조하는 광고를 집행하는 것은 결코 우연이 아닙니다. 마력, RPM, 승차감, 핸들링, 심지어 "풍부한 코린트 가죽"에 대해서는 언급하지 않습니다. 심지어 포드 트럭 광고에서도 트럭의 화물 적재 능력이나 견인 능력이 아닌 12V 콘센트 수와 내장 발전기를 선전합니다. GVWR(총 최대 중량)은 테라플롭스와 MHz에 자리를 내주었습니다.

전기 모터, 자율 주행 기술, 인포테인먼트 전자 장치, 구독 기반 서비스, 애프터서비스 무선 업데이트, 새롭게 부상하는 차량 사물 간 통신으로 인해 반도체 칩과 소프트웨어에 대한 수요가 기하급수적으로 증가하고 있습니다. 업계 분석가들은 이제 자동차 전자제품을 컴퓨팅이나 항공우주와 같은 별개의 카테고리, 즉 하나의 하위 산업으로 취급합니다.

이 모든 것이 어디로 향하고 있을까요? 이제 인터넷과 클라우드 데이터센터에 대한 연결이 의무화되면서 자동차 제조업체의 핵심 역량이 기계 설계에서 소프트웨어와 실리콘으로 이동하고 있습니다. 자동차 인터넷은 휘발유나 전기가 아닌 데이터로 작동하게 될 것입니다. 이러한 데이터는 시스템 온 칩(SoC) 반도체에 의해 수집, 처리, 통신 및 저장됩니다.

수요를 주도하는 오토 SoC

전 세계 자동차 제조업체는 매년 약 1억 대의 자동차와 트럭을 생산합니다. 리서치 회사 IHS Markit(2020년 10월)에 따르면 2026년까지 이 중 절반 이상이 15~24개의 복잡한 전자 SoC 디바이스를 포함하며, 차량당 평균 23개의 SoC가 탑재될 것으로 예상됩니다. 이 23개의 SoC에 약 6천만 대의 자동차를 곱하면 자동차 시장에서만 연간 약 10억 개에 달하는 복잡한 SoC를 사용하게 되며, 이는 불과 5년 후의 일입니다. 10년 후인 2030년대 초반에는 그 수요가 20억 개 이상의 복잡한 차량용 SoC로 증가할 것입니다.

자동차 인터넷은 스마트폰 이후 가장 중요한 반도체 기회입니다. 그 실리콘 중 일부는 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)의 주목받는 자율주행 기술에 사용됩니다. 하지만 대부분은 라디오, GPS 내비게이션, 전자 계기판, 휴대폰 통합, 엔진 관리 등 거의 모든 자동차에 탑재되는 친숙하고 널리 사용되는 기능인 인포테인먼트와 텔레매틱스에 사용됩니다. 이러한 기능은 모두 소비자 수요가 주도하는 자동차 소매 시장에서 반드시 필요한 기능이며, 따라서 기능 중심의 자동차 광고도 이러한 기능을 강조합니다.

하지만 이러한 기술은 자동차 자체, 즉 엔지니어링 전문 용어로 '엔드포인트'만을 위한 기술입니다. 그 뒤에 있는 인프라는 어떨까요? 자동차 제조업체는 아마존, 구글, 페이스북, 마이크로소프트와는 달리 컴퓨터 서버로 가득 찬 동굴 같은 공간을 필요로 합니다.

자동차 200대당 서버 1대라고 가정하면 연간 30만 대에 달하는 서버가 필요한 셈입니다. 또한 전 세계 지자체에서 인프라를 구축하고 있습니다. 이미 수백만 개의 교통 신호, 고속도로 표지판, 카메라, 가로등, 도로변 센서, 차량-인프라 간 네트워크에 '스마트 시티' 기술이 구축되고 있으며, 수많은 유무선 액세스 포인트의 지원을 받고 있습니다. 차량은 지연 시간에 민감한 반응을 위해 서로 통신하고 도로변 기지국과도 통신합니다. 이 모든 것에는 추가적인 실리콘이 필요합니다.

다음은 소프트웨어입니다. 보수적인 추정에 따르면 차량 내 소프트웨어 스택은 약 3,000만 줄의 코드로 구성되어 있습니다. (비교를 위해 이전 버전의 Microsoft Windows에는 약 5천만 줄의 코드가 있었습니다.) 모든 종소리와 휘파람을 갖춘 신차의 경우 1억 줄이 넘는다는 추정치도 있습니다. 어느 쪽이든 복잡하고 네트워크로 연결된 고신뢰성 멀티프로세서 시스템입니다.

위험한 고장이 발생하면 자동차 제조업체는 법적으로 책임을 져야 하므로 하드웨어 안정성은 매우 중요합니다. 칩 설계자는 SoC에 두 개 이상의 내부 프로세서가 나란히 실행되어 서로를 지속적으로 확인하는 페일 세이프 및 기능 이중화를 통해 이에 대응합니다. 이렇게 하면 SoC 설계에 더 많은 실리콘과 더 많은 복잡성이 추가됩니다.

상용 기성 칩으로도 충분한 경우가 많지만, 자동차 제조업체가 자체 맞춤형 칩을 설계하면 하드웨어에서 더 많은 성능을 끌어내고 소프트웨어에 차별성을 더할 수 있습니다. 예를 들어 이미지 처리 신경망에는 크고 복잡한 매우 특정한 머신 러닝 기능이 필요합니다. 이러한 개발의 한 예로 Tesla 차량에서 나오는 수백만 개의 비디오를 신경망 학습으로 전환하여 자율 주행 사용자 경험을 개선하기 위한 최신 Tesla Dojo SoC를 들 수 있습니다.

자동차 의사 결정 시스템은 완전 맞춤형 칩 또는 반맞춤형 칩에 통합된 지적 재산(IP) 블록에서 가장 잘 작동합니다. 즉, 2030년대 초반에 출시될 20억 개의 SoC 중 상당수가 새로운 자동차 생태계의 요구 사항을 충족하기 위해 완전히 또는 부분적으로 맞춤화될 것입니다.

전 세계 자동차 회사들은 자체 솔루션을 개발하고자 하며, 이 때문에 대부분은 아니더라도 많은 회사들이 우리(Arteris), Arm, CEVA와 같이 SoC용 IP 라이선스를 제공하는 회사와 협력하게 됩니다. 자동차 시장이 나아갈 방향에 대한 유니티의 전망은 10년 이상 30개 이상의 자동차 업계 고객과 함께 일한 경험을 바탕으로 합니다.

데이터가 왕입니다

테슬라의 주가가 고평가 또는 저평가되었다고 말하기는 어렵지만, 이 회사가 자동차 제조에 대한 전자 우선 접근 방식을 모범적으로 보여주고 있다는 것은 분명합니다. 테슬라의 시가총액이 마치 실리콘밸리 기술 기업처럼 평가되는 것은 우연이 아닙니다. 많은 소비자 가전 회사의 선례를 따라 많은 칩을 설계하고 소프트웨어를 개발합니다. 이 회사의 핵심 역량은 금속 벤딩이 아닌 전자공학 분야입니다. 또한 데이터센터 서버도 관리합니다. 자동차는 항상 인터넷과 Tesla의 서버에 연결되어 있으며, 지도, 엔터테인먼트, 교통 정보, 온보드 센서에서 수집한 시각 데이터, 소프트웨어 업데이트 등의 형태로 방대한 양의 데이터가 양방향으로 흐르고 있습니다. 이 데이터는 Tesla뿐만 아니라 다른 모든 차량용 인터넷 기업, 즉 모든 기업이 유사한 시스템을 구축해야 할 만큼 엄청난 가치를 지니고 있습니다.

Mobileye는 고객으로부터 얻은 데이터를 사용하여 최첨단 소프트웨어, SoC 실리콘 및 머신 러닝 기술을 기반으로 기술을 지속적으로 개선하는 또 다른 예입니다. 물론 자동차 제조업체는 모든 것을 처음부터 새로 만들지는 않지만, 주요 하위 시스템을 설계하고 구축하는 잘 구축된 공급업체 및 OEM 네트워크(Bosch, Continental, Denso, ZF, Magna 등)에 의존하고 있습니다. 이들은 주로 자동 변속기나 에어컨과 같은 전자 기계 장치입니다. 앞으로 이러한 최상위 공급업체들은 자동차 제조업체에 고부가가치 서브시스템을 지속적으로 공급하기 위해 SoC 설계 및 소프트웨어 개발 팀을 구축해야 할 것입니다. 그렇지 않다면 전자 제품 분야에서 더 많은 경험을 가진 다른 기업이 그 자리를 차지할 가능성이 높습니다. 많은 맞춤형 SoC 개발에는 SoC를 구축하는 방법을 알고 있는 전통적인 반도체 설계 회사와 애플리케이션 지식을 보유한 자동차 OEM 및 티어 1 간의 파트너십이 포함될 것입니다.

자동차 인터넷이 성숙하기까지는 오랜 시간이 걸리겠지만, 전기, 수소, 휘발유가 아닌 데이터에 의해 이미 등장하고 있습니다. 데이터는 사용자 경험의 지속적인 개선과 진화를 주도하고 있으며, 소비자들은 이러한 혁명에 기꺼이 비용을 지불하고 있습니다. 자동차 제조업체의 핵심 역량은 엔진과 섀시의 기계적 설계에서 소프트웨어와 실리콘으로 이동하고 있습니다. 자동차 인터넷은 실리콘으로 포장되어 있습니다.