자율주행차 멀티 기가비트 대역폭 요구에 답하다

MIPI 얼라이언스, 차량용 초고속 통신 표준으로 발렌스 기술 채택

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



HDBaseT Automotive Comes To Life
자율주행차 EMC, 멀티 기가비트 대역폭 요구에 답하다
MIPI 얼라이언스, 차량용 초고속 통신 표준으로 발렌스 기술 채택

 
자율주행 기술 개발업체들이 멀티 기가비트 전송속도를 지원하는 차량 통신 요구가 커지고 있다. 비전 센서, 라이더, 레이더 등 고해상도 센서로부터 들어오는 정보량이 크게 증가하고 있기 때문이다. 반도체 칩 솔루션 업체인 발렌스(Valens)가 개발한 ‘HDBaseT Automotive’ 기술은 자동차 업계가 요구하는 엄격한 전자파적합성(EMC) 요건을 충족하면서 단일 비차폐 케이블을 통해 비압축 풀 HD 비디오/오디오, 이더넷, USB, PCIe 등의 신호를 최대 15미터(50ft)까지 전송한다.

글│ 윤 범 진 기자 _ bjyun@autoelectronics.co.kr



넥티드 카와 자율주행 영역에서 통신 인프라는 우회할 수 없는 허들이다. 차세대 인포테인먼트, 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS), 센서 퓨전, 자율주행은 모두 안정적인 차량 내 통신 네트워크와 초광대역 연결을 요구한다. 그러나 CAN, CANFD, LIN, MOST, FlexRay와 같은 기존 차량네트워크는 커넥티드 카 및 자율주행차의 모든 장치와 애플리케이션을 지원하는 데 필요한 대역폭을 제공하지 않는다. 점점 더 늘어나는 ECU와 센서는 더 높은 처리량에 대한 요구와 함께 보다 유연한 아키텍처를 지원하기 위해 고대역폭 연결과 확장성을 요구한다. 자율주행 생태계는 증가하는 데이터 요구를 충족하기 위해 많은 회사들이 미봉책으로 엔터프라이즈 네트워킹 솔루션에 의존하고 있다.

현재 자동차에 제공되는 선택사항 중 하나인 차량용 이더넷은 2008년에 소개됐다. 고속 이더넷 표준 100Base-TX는 자동차에서 OBD 인터페이스를 연결하기 위해 도입됐으며 DoIP(Diagnostics over Internet Protocol)을 통한 통합 진단과 빠른 소프트웨어 다운로드가 가능하다.

그러나 더 높은 대역폭과 데이터 집약적인 애플리케이션의 증가로 차량용 이더넷 역시 도전받고 있다. 우선, 가까운 시일 내에 차량 내에서 기가비트 속도로 데이터를 전송하고 장기적으로는 100 G 이상을 지원할 수 있어야 한다. 또한 노이즈가 심한 자동차 환경에서 EMC 강건성과 페일 오퍼레이션(Fail Operation) 모드를 포함한 신뢰성을 보장해야 한다. 이뿐 아니라 가장 최적화되고 비용 효율적인 아키텍처로 차량 내 모든 전자장치를 지원하는 경제적이고 가벼운 와이어 하니스를 제공할 수 있어야 한다.

차량용 100Base-T1과 1000Base-T1 이더넷은 실시간 스트리밍 애플리케이션용으로 IEEE AVB(Audio Video Bridging) 기술과 결정적 동작을 위해 TSN(Time Sensitive Networking) 기술을 이용한다. 물론, AVB와 TSN 프로토콜은 오버헤드 추가와 높은 처리능력이 필요하다. 대역폭에 대한 증가하는 수요에 발맞춰, 1000Base-T1 등 고대역폭 차량용 이더넷이 개발되고 있지만 EMI를 처리하려면 보다 강건한 케이블 연결이 필요하다. 데이터 속도가 빠를수록 간섭으로 인한 데이터 오류 가능성이 높아진다.

차량용 이더넷은 물리계층(PHY) 변조를 위해 PAM-3 및 PAM-4와 같은 펄스 진폭변조(Pulse-Amplitude Modulation, PAM)에 의존한다. PAM은 전송되는 정보가 신호 펄스 자체의 진폭으로 부호화되는 아날로그 펄스 변조방식이다. 가능한 진폭의 수는 각 진폭에 의해 전달되는 데이터 비트 수에 직접 영향을 준다. 차량용 이더넷은 전송되는 데이터의 유효성을 보장하기 위해 순방향 오류정정(Forward Error Correction, FEC)을 사용한다. 그러나 중복 데이터 비트를 추가하면 링크 오버헤드가 증가하고 유효 대역폭이 줄어든다. 이는 개발 예산과 직결된다.

HDBaseT는 고속 차량 연결성 옵션 중 하나다. 원래 AV 기기용 유선 인터페이스로 탄생했다. HDBaseT Automotive는 필요할 때만 자동으로 활성화될 수 있는 빠른 적응형 노이즈 제거 기능과 함께 PAM-16 변조방식을 사용해 차량용 이더넷에 제기되는 문제를 해결한다. 또한 로컬 패킷 재전송은 순간적인 노이즈(Instant Noise) 공격을 차단하는 데 사용된다.

HDBaseT Automotive는 한 쌍의 비차폐(UTP) 케이블을 사용해 이더넷 데이터(100Mb/1GbE/2.5GbE)를 전송한다. 비차폐 와이어 하니스는 접지 복잡성을 제거하고 1GbE에서도 MQS 등 멀티핀 레거시 커넥터의 재사용과 관련해 더 많은 유연성을 제공한다. 또한 칩셋이 링크 끝 양쪽에서 표준 이더넷 RGMII/SGMII MAC PHY 인터페이스를 전송해 물리계층 위의 이더넷 기반 시스템에 대한 변경이 불필요해 전체 아키텍처가 간소화되고 면적과 전력 요구가 줄어든다. 이뿐만 아니라 HDBaseT Automotive를 사용하면, 동일한 링크를 통해 추가 인터페이스(비디오, 오디오, PCIe, USB 등)를 통합할 수 있어, 차량에 필요한 전선 수를 줄일 수 있다. 지원하는 데이터 전송거리는 15미터다.
 




HDBaseT: Powered by Valens
“연말 독일 OEM 통해 첫 상용화”

 
렌스는 HDBaseT 원조 회사다. 자동차, 산업, 가전시장을 위한 비압축 고화질(HD) 멀티미디어 컨텐츠를 전송하기 위한 반도체 칩을 공급한다. 강력한 스타트업 생태계가 구축돼 있는 이스라엘에서 2006년 설립된 발렌스는 2010년 삼성전자, LG전자, 소니 픽처스와 함께 HDBaseT 얼라이언스를 공동 설립했다. 2017년 4월엔 삼성전자가 6,000만 달러(약 679억 원) 규모의 공동투자를 집행한다는 소식으로 주목을 받았다. 당시 투자자로는 삼성촉진펀드 외에 골드만삭스, 델파이, 미디어텍 등이 합류했다. 최근엔 앱티브(Aptiv PLC), 린스캐피탈, 오펜하이머 자산운용으로부터 투자를 유치했다. 린스캐피탈과 오펜하이버가 투자한 금액은 6,300만 달러다.

발렌스는 그간 유수의 자동차 OEM, 티어 1 부품업체들과 전략적 제휴를 통해 자동차 분야로 꾸준히 사업 기회를 확대해 왔다. 윤양호 대표는 “NDA(기밀유지협약)로 인해 고객사를 다 열거할 수 없으나 ADAS, 자율주행, 인포테인먼트, 5G 등의 ECU 개발업체들이 발렌스가 도울 수 있는 회사입니다. 게다가 지난 4월 2일 안양시와 MOU를 체결했듯 자율주행을 통한 다가오는 스마트시티 시대를 주도하는 각 지자체 또한 최적의 솔루션을 고민해 볼 수 있는 고객들입니다”라고 말했다.

 
"HDBaseT는 커넥티드 및 자율주행 차량에 요구되는 고속 데이터 전송을 기존 케이블과 커넥터로 제공한다."


HDBaseT보다 더 좋은 기술은 아직 없다는 윤 대표. 그는 “HDBaseT의 가장 큰 장점은 여러 프로토콜을 HDBaseT 단일 프로토콜로 컨버전스해 전송하기 때문에 차량 내 배선 및 커넥터 감소와 비차폐 방식을 통한 비용절감입니다. 또한 데이터 전송 시 압축하지 않은 상태에서 멀티 기가비트 데이터를 전송하기 때문에 데이터 왜곡 가능성이 거의 없고, 압축이 없어 추가적으로 소프트웨어를 개발할 필요가 없습니다”라고 말했다.

게다가 HDBaseT는 강력한 EMC와 Almost Zero Latency(초저지연)을 구현한다. 사실상 멀티 기가비트 데이터를 전송하기 위한 인터페이스 장벽을 없앴다는 것이다.

HDBaseT 얼라이언스는 CES 2017에서 HDBaseT Automotive 기능과 장점을 첫 시연했다. 이 시연에는 델파이(현 APTIV)가 동참했다. CES 2019에서도 발렌스는 앱티브와 협력해 HDBaseT 기술을 선보였다. 내년 HDBaseT는 커넥티드 및 자율주행 차량에 요구되는 고속 데이터 전송을 기존 케이블과 커넥터로 제공한다. CES에서는 더 많은 고객사와 협력 성과를 전시할 예정이다.

 
"HDBaseT는 여러 프로토콜의 통합화를 통해 데이터를 UTP 케이블로 ‘No shield, No compression, Almost Zero Latency’ 전송이 가능해 개발 및 양산 시 많은 비용과 번거로움을 없앨 수 있는 장점이 있다."


“HDBaseT가 자동차 헤드유닛(Head Unit), 멀티미디어 박스, 리어시트 엔터테인먼트(Rear Seat Entertainment, RSE), 텔레매틱스(Telematics Control Unit, TCU) 연계 시스템에 우선 적용될 것입니다. 올 연말이나 내년 초쯤 독일 자동차 제조사 중 한 곳에서 HDBaseT를 적용한 프리미엄급 차종을 출시할 예정입니다.”

발렌스는 ProAV(Professional Audio/Video) 시장의 리더이기도 하다. 주 수익이 주로 극장, 홈시어터, 옥외광고판(Signage) 시장에서 창출된다. 삼성동 코엑스에서 운용 중인 대형 옥외광고판이 발렌스 HDBaseT 기술을 적용한 대표적인 예다.

“미국 MLB, NBA 등에 있는 대형 전광판 또한 HDBaseT 기술이 적용돼 있습니다. 또 호화 요트, 여객선 등에도 적용됩니다.”

발렌스는 HDBaseT Automotive 호환 칩을 공급하는 유일한 회사다. 이 점은 기회요인이면서 동시에 도전과제이기도 하다. 이에 대해, 윤 대표는 “오디오, USB, 이더넷, UART, I2C와 같은 기존의 기본 프로토콜(Native Protocol)을 모두 수용하는 기술로서 통합화 관점에서 많은 기회가 있습니다. 지난 3월 말 MIPI 얼라이언스 A-PHY 그룹이 발렌스 HDBaseT 기술을 미래 자동차를 위한 차세대 기술로 채택함에 따라 발렌스의 모든 IP가 무료 공개돼 다른 반도체 회사들도 자유롭게 사용할 수 있게 됐습니다”라고 말했다.

HDBaseT Automotive 생태계 확대는 시간문제일 뿐이라는 게 윤 대표의 견해다. 이에 따르면, HDBaseT 얼라이언스는 250여개 회원사가 참여해 미래 HDBaseT 사양을 논의 중이다.

HDBaseT 기술은 궁극적으로 멀티 기가비트 영역이 타깃이다.

윤 대표는 “5G 및 그 이상의 영역에 대해서는 특화된 기술로서 대응할 것입니다. 궁극적으로 자율주행 차량이 레벨 3, 4로 진화하면서 더 많은 데이터가 생산될 것이고, 특히 외부 환경과 연결되는 Ultra-Bandwidth 시대가 도래하면 HDBaseT 기술의 장점이 더욱 부각될 것입니다. 현재 기술로는 급속히 늘어나는 ECU, 와이어, 커넥터, 그로 인한 비용 상승을 막을 수 없습니다. 가까운 미래의 어느 시점에는 중앙집중식 고성능 ECU와 더욱 간소화된 전장기술을 구현함에 있어 HDBaseT 기술이 궁극적인 해법이 될 것입니다”라고 말했다.

하지만 여전히 자동차 엔지니어들에게 HDBaseT는 낯선 기술이다. 새로운 기술 도입에 따른 불확실성도 부담일 수밖에 없다. 이에 대해, 윤 대표는 “저희는 처음부터 전반적인 큰 변화를 도모하기보다는 HDBaseT를 차근차근 게이트웨이(Arial Network) 및 국소 부위 애플리케이션에 적용할 수 있는 기회를 찾고 있습니다. HDBaseT 기술의 신뢰가 쌓이면 보다 새로운 차원의 ECU 및 아키텍처를 만들 수 있다고 봅니다”라고 말했다.

윤 대표는 HDBaseT가 오히려 비용을 최소화하고 불확실성을 제거할 수 있다고 믿는다.

“차량의 전반적인 시스템 차원에서는 오히려 BOM(Bills of Material)을 최적화해 비용을 절감할 수 있는 기회라고 봅니다. 또한 초기엔 다소 힘들 수 있어도 기존 방식의 고착화로 인해 늘어날 수 있는 불확실성을 제거할 수 있다는 점이 오히려 긍정적인 요소라고 생각합니다.”

윤 대표는 새로운 콘셉트의 IVN(In Vehicle Networking, 차량 내 통신)을 추구하는 고객들과의 협업을 통해 국내에서 HDBaseT 확산을 도모해 나갈 예정이다.

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