최신 그랜저·K5도 갖춰야 할 '이중화'
완전 자율주행차의 '안전한 실패' 이유는?
차량을 계속 발전시키는 '무선 업데이트(OTA)'
복잡해지는 전자제어장치 '공용플랫폼화' 한다면...
최근 출시된 신형 그랜저는 운전자가 운전대를 잠시 놓치더라도, 스스로 앞 차와 거리를 두면서 곡선 길을 돌아 나간다. 한 단계 더 발전한 테슬라는 운전자가 발견하지 못한 장애물도 피해 간다.
10년 전만 해도 차에 있던 전자장비는 변속기와 안전장치를 제어하는 전자제어장치와 길을 안내하는 네비게이션 정도에 불과했다. 최신 자동차는 센서, 카메라, 고성능 반도체, 인공지능을 탑재하여 차량을 관리하고 운전도 일정 부분 대신하고 있다.
기계에 전자장치가 깊이 결합하는 만큼 자동차 업계는 전자 업계가 전자제품을 어떻게 개발하고 관리하는지 유심히 바라봐야 한다. 이 둘이 긴밀 할수록 주행보조차 또는 자율자동차가 운전자를 극한 상황에서도 지킬 수 있다.
앞으로 주행보조차나 자율주행차를 살 고객과 이를 개발하는 자동차 업계가 눈여겨 볼 만한 전자업계의 기술전략 몇 가지를 소개한다.
| 값 싸지만 안전한 이중화 |
◆…어른 혼자 든 꼬마집과 아이들이 함께 든 꼬마집, 어느 쪽이 더 믿을 만 할까?
자동차 업계와 전자 업계가 제품을 만드는 접근 방식이 다르다.
손 위에 꼬마집을 올려 놓는다고 상상해 보자. '어른'과 '아이' 중 한 쪽만 고용할 수 있다. 어른을 고용하는 데는 1000만원이 들지만 손 위에서 꼬마집을 떨어뜨릴 확률이 0.000001%이다. 아이의 경우 고용비용은 100만원에 불과하지만 떨어뜨릴 확률이 더 높다(0.01%).
이 경우, 자동차 업계는 어른 한 명만 쓰고 전자 업계는 아이 세 명을 쓴다. 언뜻 자동차 업계가 비싸지만 더 안전한 선택을 한 것으로 보인다. 하지만 속을 뜯어 보면 전자 업계가 더 싸면서도 같은 수준의 안전한 선택을 한 것이다.
그 비밀은 '이중화'이다.
이중화란 부품 하나가 고장 나더라도 다른 하나가 뒷받침 하는 것을 뜻한다.
아이 셋이 집을 함께 들면, 꼬마집을 떨어뜨릴 확률이 '0.01*0.01%*0.01% =0.000001%'가 되어 어른과 같은 확률로 낮아진다. 아이 셋 중 하나가 손을 빼더라도 집은 안정적으로 손 위에 있다. 어른과 같은 안정성을 가졌는데도 700만원 더 싸서 비용 합리적이다.
만약 아이 하나가 집에 가더라도 다른 아이로 채우면 되니 교체 비용도 적다.
자율주행자동차는 많은 기계부품과 전자부품이 들어간다. 기존 자동차 업계 방식이라면 좀 가격이 나가더라도 신뢰성 높은 부품 하나를 쓸 것이다. 이와 달리 전자업계는 가격이 비싸지 않은 부품 여러 개를 쓸 것이다.
기계 중심인 자동차라면 신뢰성 높은 부품을 쓰는 것이 맞다. 자동차는 공간이 제한되어 이중화 할 수 없기 때문이다. 전자 중심인 자동차라면 이야기가 다르다. 전자부품은 작게 만들 수 있고 이중화 할 수 있기 때문이다.
앞으로 우리가 탈 자율주행차는 전자 중심이다. 이런 전자부품의 특성을 활용해 안전성을 높여야 할 것이다.
| '안전한 실패'를 하는 자율주행차 |
◆…구글의 자율주행차 웨이모 (출처 : 웨이모)
구글 웨이모는 가장 앞선 자율주행차로 평가받는다. 웨이모는 핵심부품을 이중화 했다. 카메라 여러 개를 사용해 하나가 고장 나도 다른 카메라로 뒷받침한다.
전자설계자동화(EDA)로 유명한 시놉시스의 버크하드 헝크 부사장은 "싼 부품으로 시스템을 만든다는 것이 사람들에게 오해를 받을 수 있다. 이는 비용 합리적으로 고장에 안전한 디자인을 해야한다는 뜻"이라 밝혔다.
우리가 운전을 하다가 안개 때문에 어찌 해야할 지 모르면 갓길에 정차한다. 이런 정차를 '안전한 실패'라 말할 수 있다. 이중화로 안전한 실패를 만들 수 있다.
주행 경로를 계산하는 컴퓨터 A가 "이 길은 괜찮다"고 하는 반면 컴퓨터 B가 "이 길은 위험하다"고 다른 판단을 내릴 수 있다. 자율주행 자동차는 안전한 실패를 만들기 위해 운전자가 최종판단을 할 수 있도록 차를 갓길에 세운다.
국산 주행 보조 시스템 중 카메라나 센서, 레이더 같은 핵심부품을 이중화 한 차량이 없는 것으로 알려져 있다. 오류나 고장이 일어나면 주행시스템을 멈추고 바로 운전자에게 운전을 넘긴다.
시작 단계라서 그렇지 앞으로 개발 될 자동차엔 이중화를 기대할 수 있다. 테슬라는 지난 8월 이중화 배선을 개발했다. 현대모비스도 9월 완전 자율주행자동차에 쓰일 이중화 브레이크를 개발했다.
| 같은 실패를 막는 반도체 회로 업데이트 |
◆…테슬라의 무선업데이트 기능 소개. (출처 : 테슬라)
지난 2016년 테슬라의 차량이 운전보조시스템 가동 중 사망사고를 냈다. 미국고속도로안전국은 "맑은 하늘로 인해 차량의 센서가 트럭의 하얀 면을 인식하지 못해 브레이크가 작동되지 않은 것으로 보인다"고 설명했다.
반도체 설계 회사인 아크로닉스의 밥실러 이사는 "아무리 테스트를 많이 하더라도 밝혀내지 못한 고장 시나리오가 있을 수 있다"고 전했다.
이런 사건을 방지하기 위해 새로운 제안이 나왔다. 하나는 컴퓨터 윈도우 업데이트처럼 지속적으로 유지보수하는 방법이다. 테슬라는 '무선 업데이트'로 자사 주행시스템을 계속해서 업데이트 한다. 차량 하나에서 발생한 문제를 보완하고, 차량 전체에 적용해 같은 실패를 반복하지 않는다.
발전된 방법이지만 주행시스템 전체를 바꿀 수 없다. 핵심 부품인 반도체 회로까지 변경할 수 없기 때문이다. 여기에 하나가 더 필요하다.
◆…테슬라의 최신 자율주행시스템. 사진의 파란색과 녹색이 재프로그래밍 가능한 FPGA 칩이다. (출처 : 테슬라)
핵심부품인 반도체 회로를 재프로그래밍 하는 것이다. 밥실러는 "FPGA(재프로그래밍 가능한 반도체)를 쓰면 회로 구성을 바꿀 수 있다. 이건 전혀 다른 패러다임이다"고 강조했다.
이어 "FPGA에 무선업데이트를 같이 적용하면, 자동차 업체들이 리콜하지 않고 반도체부터 소프트웨어까지 업데이트 할 수 있어서 엄청난 비용을 아낄 수 있다"고 설명했다.
일반 차량에 쓰는 반도체는 대량생산돼서 FPGA보단 싸다. 다만 문제를 발견하더라도 바꿀 수 없다. 이렇게 업데이트 할 수 있는 시스템을 만들려면 차량 설계 초기부터 고려해야 한다.
한국도 무선업데이트가 점차 확대되고 있다. 제네시스 G90가 처음으로 네비게이션을 무선업데이트 한다. 테슬라는 FPGA를 도입한 새로운 자율주행시스템을 올해 말까지 출시하겠다고 밝혔다.
| 공용플랫폼에 검증된 작은 모듈 재사용 |
◆…PC 메인보드는 공용플랫폼으로 여러 CPU, 메모리, 그래픽카드를 모듈 단위로 설치할 수 있다. (출처 : PC world)
시놉시스의 마크 세루게티 사업이사는 "자동차 업계는 전자 시스템의 복잡성과 전문성을 더 많이 고려해야 한다. 자동차 업계와 반도체 업계 사이의 협업 구조가 강력하게 진화하고 있다."고 전했다.
헝크 부사장은 "시스템온칩에서 전 차량시스템까지 이르는 종합적인 설계가 필요하다. 최적의 통합을 위해서 전자설계자동화(반도체 미세 설계 프로그램)업계와 빨리 협력해야 한다"고 밝혔다.
차량을 제어하는 전자제어장치(ECU)가 더 복잡해지고 있다. 얼마 전까진 엔진, 변속기, 브레이크 정도만 제어 했다. 지금은 각 종 센서와 카메라, 레이더 등 주행 보조 시스템도 제어하고 있다. 스마트폰 칩보다 훨씬 크고 정교하다.
반도체 설계 회사인 아르테리스의 커트 쉴러 부사장은 "회로 10만개 집적한 반도체는 회로 하나하나를 확인할 수 있다. 문제는 회로 20억개를 집적한 반도체이다. 이 반도체에 들어가는 회로 하나하나 확인할 수 없다. 커다란 반도체가 카메라와 레이더, 센서가 주는 불완전한 정보를 받고 처리해야 한다. 모든 과정을 작은 반도체처럼 확인할 수 없다"고 강조했다.
그는 이어 "큰 칩에서 문제점을 찾아내려면 몇 년 동안 수백만 달러를 써야 한다. 기업은 안전 관점에서 분석된 부분을 재사용하고 싶을 것이다. 쉽게 바뀌지 않을 부분인 중앙연산장치, 메모리, 네트워크 부분만 공용플랫폼으로 두고 고유 기능이 있는 작은 모듈들을 결합하는 방식을 생각할 수 있다"고 밝혔다.
■ 크게 변할 10년, 누가 승리할 것인가?
지멘스 맨토의 엔지니어 신하는 "앞으로 10년간 자동차 산업이 크게 변할 것이다. 앞으로 차량을 설계, 생산, 경험하는 방법을 따로 논의하는게 아니라 연결된 방식으로 논의해야 한다. 이 연결성을 이해한 회사가 전기자동차나 자율주행차에서 승리할 수 있다"라고 강조했다.
