자동차 설계의 핵심을 재정립하다

현재 전장 산업에서 차량 판매보다 더 주력하고 있는 분야는 무엇일까. 바로 디지털화(Digital Transformation)이다. Daimler R&D의 CIO인 지그마르 하시스(Siegmar Haasis)가 “이제 제품 혁신과 차별화의 80%는 전기, 전자, 소프트웨어가 주도하고 있다"¹ 라고 말했듯이 전장 산업에서는 기계적인 부품 개발 보다 디지털 인프라를 부품 개발 과정에 도입하는 새로운 패러다임으로의 전환을 가속화하고 있다. 이러한 움직임은 100년 동안 이어져 온 자동차 설계의 패러다임이 자동차 클라우드, CAR.OS, 자동차 구독 모델 등 같은 소프트웨어 중심 사례들로 이어지고 있다. 자동차 가상 쇼룸을 방문해 보면 이런 변화를 더욱 쉽게 알 수 있는데, 온라인에서 신차를 구매하는 경험은 새로운 노트북이나 휴대폰을 사는 과정과 매우 유사해지고 있는 것을 알 수 있다. 노트북과 휴대폰의 연결성, 배터리 수명, 디스플레이 품질, 카메라의 해상도와 개수를 따지는 것이 엔진 배기량과 차량 본체 설계를 비교해 보는 것과 같은 경험이 된 것이다. 실제로 차량 브랜드 웹사이트에 게시된 차량 기능 리스트는 스마트폰 제조업체의 리스트와 매우 유사해지기 시작했다. ■ 소프트웨어 중심 전환으로 가능해진 새로운 차량 경험 이제는 ‘제3의 공간', 집처럼 편안해진 주행 편안한 주행과 스타일은 차량 구매 시 필수적인 고려 요소이지만 경제적 한계에 맞닥뜨리곤 했다. 하지만 디지털 인프라의 발전으로 인해 합리적인 비용으로 새로운 차원의 집과 같은 편안한 주행 경험을 제공할 수 있게 되었다. 집에 도착하기 전에 스마트 온도 조절기가 집안의 온도를 자동으로 낮춰주는 것처럼, 스마트 차량은 운전자가 탑승하기 전에 차량 실내를 쾌적한 온도로 맞춰주기도 하고, 운전자가 좌석에 앉으면 자동차는 운전자가 집이나 휴대폰에서 방금 듣고 있던 오디오를 재생할 수도 있다. 이는 간단한 예시에 불과하지만 자동차와 집의 경계가 점점 더 모호해지고 있음을 잘 보여준다. 마찬가지로 소비자들의 인식도 변화하고 있다. 소비자들은 자동차를 단순한 이동 수단에서 집과 직장에 이은 '제3의 공간'으로 인식이 바뀌어가고 있다. 차에서 보내는 시간이 길기 때문에 자동차를 집의 연장선이자 업무를 처리할 수 있는 공간으로 인식하게 된 것이다. 따라서 오늘날의 소비자들은 기본적인 차량 기능을 넘어 총체적이고 몰입감 있는 차량 내 경험에 대한 기대치를 넓혀가고 있다. 이동 중에도 여가, 엔터테인먼트, 업무 수행까지 미국 소비자들의 연간 차량 탑승 시간은 무려 700억 시간, 전 세계 소비자들은 약 4,000억 시간에 달한다고 한다.² 이렇게나 많은 시간을 여가, 엔터테인먼트 또는 업무 시간으로 전환할 수 있다고 상상해 보자. 자동차 제조업체들이 하루에 7시간 이상 동영상을 소비하는 Z세대와 같은 젊은 구매자의 관심을 끌기 위해 경쟁하면서 이 같은 상상은 빠르게 현실화되고 있다.³ 실제로 주요 자동차 업체들은 이미 이에 대해 고민하며 현실화하고 있다. 테슬라는 게이머들을 타깃 해 Steam 서비스를 통해 클럽에서 정차하는 사이에 즐길 수 있는 노래방 기능을 제공한다. 폭스바겐 카리아드(CARIAD)는 비즈니스 환경을 위해 아우디 차량에 웹엑스(WebEx)를 도입하고 있다.⁴ 더 가까워진 미래 자율주행과 첨단 주행 2023년 8월, 자율주행 기술의 선두주자인 웨이모(Waymo)와 크루즈(Cruise)는 샌프란시스코에서 연중무휴 24시간 이용 가능한 상용 로보택시(Robotaxi) 서비스를 출시하며 업계에 중요한 이정표를 세웠다.⁵ 해당 서비스를 가능케 한 것이 소프트웨어 중심의 디지털 인프라라는 점은 눈 여겨볼 필요가 있다. 비록 모든 사람이 완전한 자율주행을 바라는 것은 아니지만, 자율주행 기술이 더욱 고도화되고 완전화되면 운전자의 실수를 대폭 줄이고, 운전자와 보행자의 안전을 크게 향상시킬 수 있기 때문에 두 손을 놓은 상태로 평행 주차를 하는 등 자율주행의 보조 기술에 대해 거는 기대는 여전히 높다. 실제로 연구에 따르면 운전자에 의한 사고의 80% 이상을 자율주행을 통해 피해를 줄이거나 완전히 피할 수 있는 것으로 예측된다고 한다. ‘모두를 위한 이동의 자유'를 실현시키는 이동 수단 미국인의 26%가 여러가지 장애를 가지고 살아가고 있으며, 이들이 일상생활에서 가장 큰 어려움 중 하나가 교통수단이라고 말한다.⁶ 자율주행으로 가능해진 또 다른 혁신이 있다면 바로 이동이 소수의 특권이 아닌 모두의 권리로 만들 것이라는 것이다.   ■ 새로운 패러다임을 위한 핵심 기술 지원 OTA 업데이트 OTA(무선; Over-the-air) 업데이트는 차량을 구동하는 소프트웨어의 개선 및 버그 수정과 함께 새로운 기능과 성능을 추가하는 데 사용된다. 테슬라 차량들이 아침에 기능이 개선된 것을 보며 기뻐할 운전자들을 위해 밤사이 동안 기능을 업데이트하는 것처럼 말이다. 하지만 이 과정에서의 핵심은 바로 보안이다. 해킹을 방지하는 완벽하고 안전한 OTA 업데이트를 제공하려면 보안 메모리, 보안 스토리지, 보안 통신 채널, 보안 부트스트랩 시퀀스, 보안 SoC 등이 필요하다. 또한 안전한 제조 및 소프트웨어 배포 프로세스도 필요하다. 시스템의 어느 단계에서든 악성코드가 유입되면 차량 전체가 움직이지 않을 수 있기 때문이다. 그럼에도 불구하고 오늘날 OEM 제조사들은 150개 이상의 소프트웨어 공급업체와 해당 IP를 느슨하게 관리하고 있으며, 이는 소프트웨어 기반 차량에 큰 문제를 야기할 수 있다. 모범적인 일례로 폭스바겐의 소프트웨어 회사인 VW CARIAD는 2025년까지 소프트웨어의 60%를 자체 개발하는 것을 목표로 하고 있으며, 빅데이터, 보안, AI 기능⁷을 비롯한 핵심 요소를 모두 내재화하고자 한다. 하지만 궁극적인 해결책은 새로운 차량 디지털 아키텍처와 계층 구조를 도입하는 것임을 상기할 필요가 있다. 수직적 통합 아키텍처 하드웨어 및 소프트웨어 기능의 비약적인 발전은 차량 설계에 혁명을 일으키고 있으며, 보다 효율적인 중앙 집중식 아키텍처를 구현하면서 기존의 분산된 차량 설계 방식을 대체하고 있다. 삼성전자의 오토모티브 상품기획팀의 수석 매니저인 로히트 볼라(Rohit Bhola)는 "오늘날의 차량은 움직이는 데이터 센터나 마찬가지다"라며, "점점 더 많아지는 전자 제어 유닛(ECU)과 마이크로컨트롤러로 구성된 복잡한 네트워크 대신, 강력한 서버 아키텍처 하나가 모든 전장 기능을 제공한다. 이전에는 기능 영역의 거의 모든 작업이 전용 ECU를 통해 네트워크를 구성했으나, 이로 인해 임베디드 시스템의 아키텍처는 매우 이질적이고 복잡해져 더 이상 차량과 사물 인터넷(IoT)의 연결과 같은 혁신에 적합하지 않게 되었다"라고 설명했다. 자동차에 탑재되고 활성화되는 하드웨어 모듈과 소프트웨어 기능이 증가함에 따라 분산형 차량 설계는 더 이상 유용하지 않게 될 것이다. 업계에서도 단순히 ECU 모듈을 더 추가하는 것이 해답이 아니라는 데 공감하는 분위기이다. 결국 기존의 분산형 설계 방식(Distributed)은 아래의 그림처럼 보다 효율적인 도메인 및 영역 기반(Domain/Zonal)으로 대체되며 진화할 것이다.

구독을 새로운 수익 창출 기회로 차량 출고 후에도 OTA 업데이트 및 소프트웨어 지원은 지속적으로 제공되어야 하므로 제조업체에게는 구독 모델이 가장 이상적인 비즈니스 모델일 것이다. 단, 도메인 또는 영역 중심의 아키텍처로 전환했을 경우에만 해당된다. 선택한 계층 구조의 깊숙한 곳에 있는 모듈에 OTA 업데이트를 수행하려면, 신중하게 설계되고 표적화된 OTA 업데이트가 필요하며 신뢰할 수 있는 네트워크를 통해 제공되어야 하기 때문이다. 따라서 강력한 전송 메커니즘, 정기적인 업데이트, 새로운 기능을 갖춘 제조업체라면 복잡한 인프라를 몇 배 더 효과적으로 운영할 수 있는 셈이다. 제어 하드웨어 및 소프트웨어 확장 차량이 더욱 첨단화되고 소프트웨어 중심이 되면서 시스템 요구 사항이 크게 증가했고, 그에 따라 더 빠른 SoC, GPU와 AI 가속기, 더 높은 대역폭의 DRAM, 더 많은 스토리지 메모리가 필요해졌다. 첨단 운전자 지원 시스템, 자율주행과 같은 핵심 애플리케이션의 경우 여러 SoC로 하드웨어를 이중화하는 것이 매우 중요하다. 카메라, 라이다(Lidar), 레이더의 센서 데이터는 에지 디바이스와 데이터 센터 양쪽 모두에서 추론 및 학습한다. 인포테인먼트 및 텔레매틱스에는 최상의 사용자 경험을 제공하기 위해서는 다양한 SoC가 필요하다 (그림 2).

업계에서는 L4/L5 수준의 자율주행 차량의 경우 DRAM 대역폭이 1TB/s를 넘어설 것으로 예상하고 있으며, 전원을 켜는 시간이 더 길어질 것으로 전망하고 있다. 스토리지 구성 요소에는 더 높은 내구성, 밀도, 지속 쓰기 성능이 필요하다. 로히트 수석 매니저는 "2023년에 생산되는 차량 모델의 자동차 시스템에는 최대 4,266Mbps의 입출력 신호 속도를 지원하는 LPDRAM 부품이 장착될 것이다"라며 “그러나 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS) 애플리케이션은 레벨 3 이상의 자율주행 기능을 지원하기 위해 훨씬 더 높은 대역폭이 필요하다. 최대 8,533Mbps의 LPDDR5X와 GDDR6/7은 온보드 AI 컴퓨팅 엔진을 구동하는데 필요한 메모리 대역폭을 제공하는 주요 기술이 될 것이다”라고 덧붙였다.

‘토털 솔루션’ 삼성, 차량용 반도체도 선도하다 제품 및 공급망 관점에서 전장 산업의 최우선 과제는 무엇보다도 품질, 신뢰성, 책임 의식이다. 삼성은 최고의 설비 투자 기업으로서 불량 제로 품질 시스템을 위한 자동차 제품 라인업을 구축하고 있다. 당사는 높은 요건의 다양한 응용처에 대한 경험을 바탕으로 탁월한 운영 능력을 이어나가고 있는 중이다. 삼성은 토털 솔루션 제공 업체로서 메모리, 파운드리, CIS, 디스플레이, LED에서 첨단 패키징에 이르기까지 독보적으로 광범위한 제품을 제공하며 우수한 모빌리티용 메모리 솔루션으로 자동차 산업을 재편하고 있다. 차량용 인포테인먼트(IVI), 텔레매틱스 제어 장치(TCU), 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS) 기술은 새로운 모빌리티 경험을 제공하며 우리가 일하고, 놀고, 생활하는 방식과 장소를 변화시킬 것이다. 삼성이 제공하는 통합적인 오토모티브 제품 라인업이 궁금하다면 LPDDR5/X, LPDDR4/X, SSD, UFS, HBM에 대한 자세한 내용을 Samsung Semiconductor’s automotive website 에서 확인해 보자.

---

_{¹ 자동차 소프트웨어 개발을 사내에서 수행하기: OEM 및 공급업체를 둘러싼 변화하는 환경 Siemens.com/autosar ² 차 안에서 더 많은 시간을 보낸다고 생각하시나요? 맞습니다. 미국인들은 운전석에서 700억 시간을 보냅니다. | AAA 뉴스룸." AAA 뉴스룸, 2019년 2월 27일, newsroom.aaa.com/2019/02/think-youre-in-your-car-more-youre-right-americans-spend-70-billion-hours-behind-the-wheel/. ³ Faughnder, Ryan. "Z세대는 깨어 있는 시간의 절반을 스크린 시청에 소비한다. 할리우드에 미치는 좋은 점과 나쁜 점." 로스 앤젤레스 타임즈, 2022년 4월 12일, www.latimes.com/entertainment-arts/business/newsletter/2022-04-12/gen-z-spends-half-its-waking-hours-on-screen-time-heres-the-good-and-bad-news-for-hollywood-the-wide-shot. ⁴ "카리다드(CARIAD), 자동차에 웹엑스 도입." Cariad. technology, cariad.technology/de/en/news/stories/cariad-brings-webex-to-group-application-store.html. Accessed 19 Sept. 2023. ⁵ 크루즈(Cruise), 다음 달 출시 테스트 예정인 휠체어 접근 가능한 로보택시 공개." TechCrunch, 14 Sept. 2023, techcrunch.com/2023/09/14/cruise-reveals-wheelchair-accessible-robotaxi-with-testing-to-begin-next-month/. Accessed 19 Sept. 2023. ⁶ 크루즈(Cruise)_안전_보고서_2022_sm-optimized.pdf (ctfassets.net) ⁷ https://twitter.com/cariad_tech/status/1435878845819801603?s=20}