2024. 1. 3. 22:20ㆍMobility +/Technology
SDV의 뼈대가 되는 아키택처와 이를 위한 AUTOSAR의 진화
본 포스팅은 SDV를 주제로 하는 연재물입니다.
SDV에 대한 전체적인 내용을 알고 싶다면 다음을 클릭해 내용을 추가로 확인해주세요
안녕하세요. 23년의 새해가 밝은 지금 자동차 산업 역시 또 다른 역사를 써내려가기 위해 움직이고 있는 것 같습니다. 저번포스팅에서는 SDV로 나아가는 과정이 어떤 단계를 거치는지, 그리고 이를 위해 선행되어야 하는 요소들과 SDV의 인프라 요소에 대해 간략히 다뤄보았습니다. 사실 SDV라는 것이 결국 SW를 품어줄 수 있는 차량이 선행되어야 하는만큼 그 변화를 위해 가장 빠르게 변하고 있는 분야가 바로 차량 아키택처 분야입니다. 이번 포스팅에서는 SDV의 뼈대가되는 아키택처의 진화 형태 중 하나인 조날 아키택처(Zonal Architecture)와 함께 이를 위한 자동차 소프트웨어의 표준 중 하나인 AUTOSAR의 변화점 역시 함께 다뤄보도록 하겠습니다. 이제 포스팅 시작해볼게요.
1. 자동차에서 아키택처가 뜻하는 바와 E/E Architecture의 의미
영어로 Architecture, 즉 아키택처는 뜻을 직역하면 건축을 뜻합니다. 자동차에서 아키택처가 뜻하는 바는 무엇일까요? 전통적으로 자동차산업에서 아키택처란 차량 내 부품을 어떻게 배열하고 이를 최적화할 것인지를 뜻합니다. 이는 자동차가 내연기관의 경우 최대 20,000~30,000개의 다양한 부품으로 구성되는 만큼 수많은 부품을 어떻게 배열할 것이느냐에 따라 그 효율성이 달라졌기 때문에 등장한 용어입니다. Design Society의 "Management of Vehicle Architecture Parameters"라는 기고문을 보면 그 뜻을 더 잘 이해할 수 있는데요. 해당 글을 보면 아키택처는 결국 모듈화와 같은 의미라는 것을 확인할 수 있었습니다. 즉 표준화된 일부 모듈을 기능에 따라 조합하는 방식으로 제품을 개발함으로써 그 편의와 효율성을 높이고자 한 것이 아키택처의 출발점이라 볼 수 있습니다.
그럼 이 의미에서 파생된 E/E Architecture에 대해 생각해봅시다. E/E Architecture는 Electrical/Electronic Architecture라는 의미로 전자/전기 아키택처라는 뜻을 가집니다. 차량 내 전자장비를 비롯해 ECU, 와이어까지 많은 전자기기를 효율적으로 설계하고 연결하고자 하는 것이 그 의미인 것으로 축약할 수 있는데요. Bosch Japan은 E/E 아키택처에 대해 차량 내 ECU, 센서, 액추에이터(모터) 등을 연결하는 시스템을 뜻한다고 정의했습니다. 자동차 산업에 관심이 많은 분들께서는 아시겠지만 E/E 아키택처라는 말이 최근들어 점점 더 자주 등장하고 있습니다. 이는 자동차가 전동화되면서, 그리고 더 많은 기능을 사람들이 바라게 되면서 ECU가 증가했기 때문에 발생한 현상입니다.
과거 물리적인 하드웨어만으로 움직이던 자동차는 많은 제어기와 와이어가 필요하지 않았습니다. 엔진 정도의 중요한 부분에만 ECU(Engine Control Unit, 엔진컨트롤유닛)을 배치하는 정도라면 기능 수행에 무리가 없었습니다. 하지만 스마트폰의 발달, 그리고 차량 내 더 많은 편의 기능의 장착으로 인해 ECU는 점점 더 증가 최근에는 200~300개의 ECU가 차량에 탑재되는 상황까지 이르렀습니다. 이렇게 많은 제어기가 들어가면 그 배치에 따라 와이어 무게에 따른 성능, 제어 및 통신 안전성과 같이 많은 부분에 있어 변수가 생길 수 있기 때문에 이를 최적화할 수 있는 E/E 아키택처가 더욱 주목을 받는 상황이 되었다라고 요약할 수 있습니다.
2. 도메인 아키텍처와 조날 아키택처
현재 차량에 적용되어 있는 아키택처는 도메인 아키택처, 그리고 지향점으로 평가받는 미래의 아키택처가 바로 조날 아키택처(영역 아키택처) 입니다. 여담이지만, 예전에 관련 자료를 만들어 놓았었는데, 이게 없어지는 바람에 급작스럽게 만들게 되어 조금 퀄리티가 떨어지네요..여튼 도메인 아키택처에 대해 먼저 소개해드리겠습니다. 차량 내 제어기(ECU)가 산발적으로 배치되어 있는 것에 대해 완성차 기업은 이를 개선해야 할 필요성을 느꼈습니다. 그 해결법 중 하나가 차량의 기능(도메인)을 중심으로 같은 기능을 묶는 것이었죠.
차량 내 기능을 인포테인먼트, ADAS, 주행, 바디와 같은 영역으로 도메인을 분할하는 과정이 선행되었습니다. 이후 센터 게이트웨이를 통해 개별 도메인이 통신하는 방식을 구현하고자 했고, 현재 이런 변화는 현재 진행 중입니다. 도메인 기반으로 제어기를 분류하게 되며 차량의 전자제어기기를 보다 서비스 목적형으로 바꾸는데는 성공했지만 아직 부족한 점이 많았어요. 왜냐하면 개별 제어기 사이의 물리적 거리 및 배치는 여전히 혼재되어 있었기 때문에 많은 와이어가 사용되고, 유연성이 떨어진다는 단점이 존재했기 때문이죠. 이런 문제점을 해결하기 위해 등장한 것이 바로 영역 기반 아키택처(조날 아키택처) 입니다.
조날 아키택처의 태동에는 역시 테슬라가 함께 했어요. 기존 자동차 산업의 밸류체인에 얽매이지 않았던 기업이 테슬라인만큼 테슬라는 차량 내 제어기를 4개로 퉁쳐버리는 새로운 전략을 적용했습니다. 이런 방법으로 테슬라는 와이어의 간소화와 물리적 거리 최적화 등이 가능해졌기 때문에 완성차 기업 역시 이를 모방하고자 했습니다. 하지만 기존에 얽힌 많은 유관 부품사가 있었기에 테슬라와 같은 변화를 그대로 구현하기 어려웠고, 조날 아키택처(Zonal Architecture)이라는 개념을 등장시키게 된 것이죠.
조날 아키택처처는 중앙의 고성능 컴퓨터와 각 영역의 게이트웨이로 구성됩니다. 개별 영역의 게이트웨이는 해당 영역에 존재하는 센서와 구동부와 상호작용하며 퓨즈 역할을 하기도 하고, 이더넷 스위치와 같은 통신 기능을 병행하게 됩니다. 이렇게 되면 현재 구조 대비 복잡도를 최소화 할 수 있다는 장점을 얻을 수 있고 차량의 소프트웨어를 중앙집중화할 수 있습니다. 소프트웨어 중앙집중화는 변경을 용이하게 만드는만큼 갈수록 다양해지는 개별 고객의 니즈에 맞출 수 있다는 강점도 있어, 많은 자동차 기업 그리고 유관 부품사는 조날 아키택처로 전진하는데 온 힘을 쏟고 있습니다.
3. SDV로의 전환을 위해 변화를 꾀하는 단체들
SDV로의 전환이 일어남에 따라 기존 소프트웨어 아키택처 역시 변화가 일어났습니다. 그 대상은 바로 오토사(AUTOSAR) 인데요. AUTOSAR는 AUTomotive Open System Architecture, 즉 개방형 자동차 표준 소프트웨어 구조로 차량 내 적용되는 소프트웨어의 구조를 표준화시키기 위해 등장한 단체입니다. 많은 자동차기업 그리고 임베디드 및 부품사가 해당 협의체에 포함되어 있죠. 이렇게 표준을 제정하는 이유는 각기 다른 기업이 원하는 개별 표준을 맞추는데 발생하는 비용을 줄이고 규모의 경제를 이루는 것은 물론, 소프트웨어의 재사용 및 모듈화를 통해 사용성을 높이기 위함입니다. 앞에서 언급한 것과 같이 SDV로 변화한다는 것은 기존의 AUTOSAR의 표준 역시 변화해야 함을 뜻했어요. 그래서 오토사(AUTOSAR)는 영역 기반 아키택처(Zonal Architecture)가 끼칠 자동차 소프트웨어 영향력에 대해 분석하고 변화를 도울 방법을 모색하기 시작했습니다.
그 해답은 바로 AUTOSAR Adaptive 플랫폼이었습니다. 기존 버전인 Classic Autosar와의 차이점이 있는데요. 기존 Classic Autosar가 몇 마이크로 초 이내의 빠른 반응을 요구했다면 Autosar Adaptive는 ms 단위의 반응속도로 더 많은 여유를 가져갑니다. 안전에 대한 기준은 여전히 높았습니다. Autosar Adaptive 역시 최소 ASIL-B 수준의 높은 안전 기준을 요구함을 알 수 있었습니다. 가장 큰 변화가 있는 부분은 컴퓨터 성능 관련 부분이었는데요. 기존 버전이 1000 DMIPs의 PC 성능만을 요구했다면 Adpative는 이보다 20배 향상된 20,000DMIPs로 고성능을 추구함을 확인할 수 있었습니다.
해당 자료에서는 AUTOSAR Adaptive가 아키택처에 어떻게 적용될지에 대해서도 명시했습니다. 그림을 보면 결국 게이트웨이 그리고 메인 PC에서 Classic Autosar 기반 플랫폼과 AUTOSAR Adaptive 기반 플랫폼이 혼재되어 함께 병행되어 작동하는 모습을 꿈꾸는 것으로 유추할 수 있을 것 같아요. 아무래도 AUTOSAR 플랫폼이 현재 많은 자동차 기업에게 익숙한 플랫폼인만큼 별도의 COTS 라이센스를 구매하더라도, 익숙함을 얻을 수 있는 것이 장점이 될 수 있을 것이라 생각합니다. 이외에도 SOAFEE와 같이 새로운 방식으로 기구를 만들어 정답이 없는 SDV 시장의 해답을 찾으려는 노력이 계속되는만큼, 이런 발표 역시 함께 눈여겨보시면 좋을 것 같네요
이번 포스팅에서는 SDV의 핵심인 e/e 아키택처에 대해 알아보았습니다.
이를 위해 차량 내 아키택처의 정의와 e/e 아키택처가 뜻하는 바를 파악했고,
현재 차량에 많이 적용된 도메인 아키택처와 미래 지향적인 조날 아키택처에 대해 다뤘습니다.
그리고 이를 위해 AUTOSAR와 같은 국제 플랫폼의 변화도 함께 알아보았죠.
SDV의 큰 특징이라고 하면 바로 업그레이드, 바로 OTA를 말할 수 있을텐데요
다음 포스팅에서는 차량 내 적용되는 OTA방식과 SDV-OTA의 연관성에 대해 면밀히 파악해보겠습니다.
긴 글 읽어주셔서 감사드립니다!
참고 자료 (Reference)
[1] 위기를 기회로, 자동차 반도체와 시스템 소프트웨어 기술동향과 대응전략 / SNU
[2] Management of Vehicle Architecture Parameters
[3] How Zonal E/E Architectures with Ethernet are enabling SDV?
[4] Impact of the Zone Architecture on the in Vehicle SW Distrivbution / AUTOSAR
[5] LG전자가 만드는 미래차의 핵심 #16 AUTOSAR / LG전자 뉴스룸
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