[테크월드뉴스=서유덕 기자] ‘결국 미래차는 바퀴 위에 얹은 데이터 센터가 될 것이다’란 말마따나 자동차에 탑재되는 부품은 점차 복잡화, 전자화되고 있다. 그리고 이들 부품은 유·무선 표준으로 연결된다.
그렇다면 앞으로 어떤 통신 표준이 등장할 것이며, 그 테스트 과제와 요구사항은 무엇일까? 7월 16일 개최된 ‘글로벌 2021 텍트로닉스 혁신 포럼(TIF 2021)’에서는 다르샨 메타(Darshan Mehta) 텍트로닉스 자동차 솔루션 그룹 제품 매니저가 자동차 산업의 동향과 유선 통신 표준 테스트 과제를 소개했다.
자동차는 인간의 한계를 극복하는 방향으로 발전하고 있다. 현재 출시되고 있는 자동차는 첨단운전자보조시스템(ADAS)으로 오판과 오조작에 따른 사고를 방지하고, 커넥티드와 컴퓨팅 기술로 주행정보를 수집해 운전자에게 제공함으로써 쾌적한 주행을 지원한다. 이 같은 첨단 편의·보조기능은 센서, 마이크로컨트롤러(MCU), 마이크로프로세서(MPU), 통신 모듈, 메모리 칩 등 전자 부품을 통해 구현된다.
국제자동차기술협회(SAE)가 규정하는 자율주행 단계에 따르면, ADAS는 그 정도에 따라 2~3레벨의 자율주행 수준에 해당하는 기술이다. 자율주행 시스템은 인간을 대신하는 것으로써 센서, 도메인 컨트롤러, 액추에이터로 구성된 전자·기계 부품들이 인간의 눈·귀(인지), 뇌(판단), 손·발(행동)을 대신한다. 센서에는 레이더(Rader)·카메라·라이다(Lidar)가, 도메인 컨트롤러에는 마이크로컨트롤러(MCU)·중앙처리장치(CPU)가 포함된다. 액추에이터의 하위 요소는 스티어링·액셀레이터·브레이크로 구성된다.
ADAS를 포함한 자율주행 기술은 센서에서 수집된 정보가 도메인 컨트롤러로 전송되고, 도메인 컨트롤러에서 내린 판단이 액추에이터로 전달됨으로써 이뤄진다. 이들 세 구성요소 간 정보 전달 과정에서 ‘지연’이나 ‘오류’가 발생한다면 사고로 이어질 가능성이 있으므로, 규제 당국과 업계는 자동차용 반도체 신뢰성 시험 규격인 ‘AEC-Q100’ 같은 표준을 제정해 부품의 안전성을 검증하고 있다. 그리고 센서의 수집 데이터와 도메인 컨트롤러의 명령이 액추에이터에 저지연·저손실로 전송돼야 하므로, 부품 사이를 연결하는 차내 네트워크(IVN)의 지연율은 줄이면서 품질은 높여야 한다.
IVN 표준은 저속 IVN, 고속 대칭 IVN, 고속 비대칭 IVN으로 나뉜다. 저속 IVN은 일반적으로 10Mbps 이하를 의미하며, 가장 대중화된 표준인 CAN을 포함해 LIN, FlexRay, CXPI 등이 해당된다. 이들 저속 차량용 버스 시스템은 제어 장치, 센서, 액추에이터 사이를 연결한다. 고속 IVN은 통상 10Mbps 이상의 속도를 내는 네트워크 표준으로, 대칭 고속 IVN은 도메인 컨트롤러 간의 통신에, 비대칭 고속 IVN은 카메라와 디스플레이 애플리케이션 등 인포테인먼트 작동에 사용된다.
고속 대칭 IVN의 가장 대표적인 표준은 오토모티브 이더넷(Ethernet)으로, 브로드컴의 브로드R-리치에서 출발해 현재 10Mbps부터 10Gbps까지 총 5개의 표준이 존재한다. 자동차에서는 IEEE 정의 단계상 25GB와 50GB의 이더넷을 사용할 수 있다. 오토모티브 이더넷은 기존 이더넷으로부터 파생됐으며, 속도에 관계없이 공통 아키텍처를 사용하므로 통합성이 용이하다는 장점이 있다. 따라서 고속 대칭 IVN 중 가장 인기 많은 표준이다. 특히 여러 데이터 전송을 하나의 케이블로 처리 가능한 ‘전 이중 통신’을 지원하므로 설계 비용을 절감하는 데 유리하다. 한편, 고속 비대칭 IVN에는 FPD-Link, GMSL, GVIF 등 다수의 독점 표준이나 벤더별 표준이 존재한다.
IVN 측정에는 상호운용성 테스트와 시스템 레벨 테스트가 중요 과제다. 상호운용성 테스트는 서로 다른 회사, 서로 다른 부품이 신뢰성 있게 통신하는지 여부를 측정하는 것이다. 오픈 얼라이언스, ISO, IEEE 등 표준으로 상호 연결된 장치의 규정 준수 여부를 확인함으로써 ECU 간 신뢰할 수 있는 커뮤니케이션이 이뤄지는 지를 검증한다. 시스템 레벨 테스트는 개별 구성 요소에서 테스트를 마친 각 부품들이 전체 시스템 상에서 제 역할을 수행하는 지를 점검한다. 여기에 노이즈 발생 시 또는 고온 환경에 노출된 때에도 데이터의 안정적 전송이 이뤄지는 지를 함께 확인한다. 이밖에 시스템 내 통합적인 지연 시간을 측정함으로써 장치 간 또는 다른 도메인 간 통신에 얼마큼의 시간이 소요되는 지를 계산할 수 있다.
다르샨 메타 매니저가 발표한 ‘자동차의 유·무선 및 RF통신’ 세션에서는 IVN과 그 테스트 과제 외 ADAS 컴퓨팅을 위한 도메인 컨트롤러 시스템의 내부 회로와 인터페이스 테스트, 레이더와 라이다 등이 결합된 융합 센서의 성능 테스트, 커넥티비티를 위한 5G 무선 통신의 성능 테스트 과제와 사례, 텍트로닉스의 솔루션이 소개됐다.
한편, 지난 6월 16일부터 전 세계의 각 지역별로 진행돼 온 창사 75주년 맞이 ‘글로벌 2021 텍트로닉스 혁신 포럼(이하 TIF 2021)’의 한국 행사는 7월 16일 개최됐으며, 미국 항공우주국(NASA) 우주 비행사 겸 엔지니어 다니엘 타니(Daniel Tani)의 기조연설을 시작으로 50여 명의 전문가가 40개 세션에서 테스트·측정 산업 동향과 기술 정보 등을 제공했다. TIF 2021의 40여 개 세션은 9월 17일까지 다시 보기 페이지를 통해 무제한 재시청할 수 있다.
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