OTA 비용 부담의 최소화

스텔라, 차세대 도메인 아키텍처와 새 메모리 컨셉

2019년 09월호 지면기사  /  글│윤범진, 한상민 기자 _ han@autoelectronics.co.kr



Automotive MCU With New Memory Concept For OTA

OTA 비용 부담의 최소화
스텔라, 차세대 도메인 아키텍처와 새 메모리 컨셉
 
ST마이크로일렉트로닉스의 코러스 SPC58 MCU를 보완하는 최신 '스텔라'는 ST의 방대한 노하우와 업계의 고민을 잘 반영하고 있다. OTA 메모리 이슈와 관련해서는 자동차 설계자들이 요구하는 경제성을 구현하면서 실시간 성능, 신뢰성, 보안성을 보장한다. 이동구 이사가 설명한다.

글│윤범진, 한상민 기자 _ han@autoelectronics.co.kr



“OTA(Over The Air)와 보안에 대한 요구는 자동차 바디 영역을 예로 들면, 그 동안 특정 애플리케이션에 국한됐던 것이 지난 2년 사이 심지어 파워시트 모듈까지 요구하듯 거의 전 부분으로 확대됐습니다. 보안성을 전제로 한 커넥티비티의 이용은 이제 어떻게 더 효율적으로 자동차의 시스템을 관리하고 업데이트할 것인가가 되고 있습니다.”

ST마이크로일렉트로닉스의 이동구 이사가 말했다. OTA는 스마트폰이나 셋톱박스 등 컨슈머 마켓에서는 이미 10년 이상된 오래된 기술로, WiFi나 이더넷을 통해 최신 펌웨어를 위한 백그라운드 다운로딩을 제공한다.
OTA는 이제 자동차의 메가트렌드 C.A.S.E와 함께 가장 중요하면서 보편적인 기술이 되고 있다.


보안과 메모리

OTA에 대한 ST의 지원은 마이크로컨트롤러(MCU)에서 출발한다. 왜 MCU가 OTA에 직접적으로 개입되는 것일까?
최근 차량에는 100개 이상 ECU, 1억 라인 이상의 소프트웨어 코드가 들어가고, 이는 300개 이상으로 증가할 전망이다. 이에 따라 업계는 증대되는 오토모티브 일렉트로닉스, 소프트웨어의 복잡성을 줄이기 위해 분산화돼 있던 자동차 E/E 아키텍처를 유사 애플리케이션을 하나로 묶어 상위 개념의 도메인 컨트롤러로 관리하는 도메인 아키텍처 형태로 전환하고 있다. 이 도메인 컨트롤러 위에는 외부와 통신하는 게이트웨이가 위치하고, 이 정보를 토대로 시스템은 서브 컨트롤러를 관리하면서 필요한 기능에 대한 소프트웨어 업데이트를 진행한다.

“펌웨어 업데이트(FOTA)가 요구된다는 것은 자동차의 다양한 기능 및 시스템과 관련해 에러, 버그, 개선사항이 존재하는 것이기 때문에 주행 중에도 가능해야 합니다. 따라서 기존 펌웨어가 동작하는 동안 새 버전을 백그라운드 다운로딩하고 업데이트해야 합니다. 즉, 메모리가 두 배가 돼야 한다는 의미입니다.”

현재까지 대부분 MCU의 임베디드 플래시들은 하나로 돼 주소를 나눠 쓰고 있다. 이 경우 백그라운드로 할 수 없기 때문에 메모리 매니지먼트 유닛(MMU)이 요구된다. MMU가 없다는 것은 소프트웨어 파티셔닝이 필요한 것이고, 이렇게 되면 가장 중요한 보안성을 적용할 수 없게 된다.

ST의 자동차 MCU 제품군인 코러스(Chorus)는 보안 기능과 풍부한 온칩 코드 저장공간을 제공해 OTA 업데이트를 안전하게 처리할 수 있는 게이트웨이/도메인 애플리케이션에 적합한 마이크로컨트롤러다. 지난해 코러스에 추가된 SPC58 H 제품 라인은 고성능 프로세서 코어 3개와 1.2메가바이트 이상의 RAM, 강력한 온칩 주변장치를 갖춰 유연하고 효율적인 차량용 아키텍처 구현을 지원한다. 두 개의 독립적인 이더넷 포트는 차량 전반에 걸쳐 여러 코러스 칩 간 고속 커넥티비티를 제공해 즉각적인 차량 진단을 지원한다. 또 커넥티드 카의 기능을 보호하고 OTA 업데이트를 안전하게 구현하기 위한, 비대칭 암호화가 가능한 HSM(Hardware Security Module)을 포함한다. EVITA Full 버전을 준수하며 사이버 어택 예방 및 감지, 차단을 한다.





새로운 메모리와 비용저감

그러나, 자동차 업계 요구는 더 나아가, MMU를 두면서 실제 하드웨어로 업데이트를 지원할 뿐만 아니라 메모리가 커진데 대한 비용적 부담의 최소화를 요구하고 있다. 이것을 ST의 최신 28nm 스텔라(Stellar) 제품군이 해결한다.
스텔라 제품군은 28nm 완전공핍형 실리콘 온 인슐레이터 공정(FD-SOI)의 장점과 새로운 임베디드 메모리 컨셉인 ‘PCM(Phase Change Memory)’, 첨단 패키징, 멀티 Arm Cortex-R52 코어를 결합한다. 코러스 라인업의 180 MHz 대비 최대 600 MHz의 주파수로 동작할 수 있으며, 40메가바이트 이상 PCM을 통합하면서도 까다로운 고온 환경에서 전력소모를 최소화한다.

“ST의 새로운 28nm 제품과 이전 40nm 제품간 가장 큰 차이는 코어가 바뀐 것입니다. Power Architecture 코어에서 ARM Cortex로 넘어가면서 임베디드 PCM이란 새로운 메모리를 도입했습니다. 안전하고 견고한 PCM은 최고 165도에서 데이터 보존 및 성능을 보장하면서 다수의 펌웨어 이미지를 관리하는 FOTA를 지원합니다.” 이동구 이사가 설명했다.

전통적인 플래시가 두 셀이 한 비트를 차지할 때 PCM은 각 비트가 한 셀을 차지한다. 쉽게 말해 메모리를 한시적으로 두 배로 늘릴 수 있는 것이다. 따라서 데이터시트에 명기된 메모리 사이즈가 16, 혹은 24메가바이트라면, OTA 모드에서는 27, 43메가바이트로 늘릴 수 있는 것이다.

스텔라는 EVITA Full 요건을 지원하는 최첨단 HSM을 갖추고 있으며, Cortex-R52 코어들을 록스텝(Lockstep) 기능으로 확장해 자동차 산업이 요구하는 ISO 26262 ASIL D 안전 인증을 충족한다. 또 기능안전성과 신뢰성을 향상시키기 위해 소프트웨어 분리 및 메모리 보호를 수행하는 하이퍼바이저(Hypervisor) 기능을 갖추고 있다.

“사실 PCM을 MCU의 임베디드 메모리로 채택한 것은 공정과 관계됩니다. 40nm 이하로 가면서 플래시를 더 이상 가져가기 힘들다는 의견이 있었습니다. 결과적으로 ST의 최신 MCU는 보안성, 메모리 용량, 비용 측면에서 커다란 강점을 갖게 됐습니다. 스텔라는 커넥티드 카로의 전개에서 OTA 기능에 대한 비용 증가 최소화에 큰 업적을 남기게 됐습니다.”


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