프리스케일은 자동차 산업 내 각각의 혁신 흐름에 전자 기술이 어떤 역할을 했는지 관찰하기에 이상적인 위치에 있다. 오토모티브 마케팅 부문 글로벌 파워트레인 및 HEV의 쉐리프 아사드 매니저가 파워트레인의 전자화 요구, 이에 따른 전기/전자 부문의 혁신에 대해 말한다.

글│쉐리프 아사드(Cherif Assad) 매니저
    프리스케일, 오토모티브 마케팅, 글로벌 파워트레인 및 HEV

19세기 말 자동차 산업은 휘발유 엔진을 개발한 칼 벤츠(Karl Benz)와 같은 선구적인 발명가, 또는 모델 T(미국 중산층이 최초로 부담 없이 구매할 수 있었던 자동차)로 유명한 헨리 포드(Henry Ford)와 같은 기업가 정신으로 운송 혁명을 일으켰다. 이는 1차 및 2차 석유 파동 이후 컴퓨터 엔진 관리 시스템으로 연비 향상을 이루면서 증가된 출력을 제공하는 80년대의 현대식 자동차가 나오기까지 변화가 없었다. 그러나 현재 몇 차례의 개선이 이뤄지면서 자동차는 전자장치와 사회적, 환경적 가치의 급격한 변화와 함께 획기적인 변화를 맞이하고 있다.

변화의 지렛대
오늘날 자동차 산업은 현행 공급망 구성에서 혁신적인 변화가 기대됨에 따라 거대한 변화에 직면하고 있다. 변화는 다음과 같다.

- IEA(국제에너지기구)에 따르면 에너지가 단일(화석 연료) 소스에서 복합 소스로 변화하고 있으며, 저렴한 에너지의 시대는 막을 내렸다. 
- 지금과 같은 배기가스 수준으로는 세계가 유지될 수 없다. 지역별 계획과 정부 정책이 오염 수준을 낮추는 데 공조할 것이다.
- 소비자의 행태가 변화하고 있다. 인구가 대도시에 집중되고 있으며, 젊은 세대에게 있어 자동차 소유는 그리 매력적인 일이 아니다.
- 배터리와 관련해 혁신적인 기술이 나올 것으로 기대되고 있지만, 20년 전과 마찬가지로 마이크로 전자 분야가 여전히 기술 변화의 주요 원동력이다.
- 기존 내연기관과 더불어 신기술이 도입됨에 따라 새로운 인프라(충전소, 차량 외부 통신, 유틸리티, 주차, 자동차 공유)가 구축되고 있다. 
낙관적, 중도, 비관적 등 다양한 시나리오에 따라 영향은 다르겠지만, 엔지니어링 커뮤니티는 미래 자동차의 모습을 새롭게 바꿀 혁신의 시기에 들어서고 있다.

마이크로 전자 요소
프리스케일은 자동차 산업 내 각각의 새로운 혁신 흐름에 전자 기술이 어떤 역할을 했는지 관찰하기에 이상적인 위치에 있다. 자동차가 점점 더 정밀해지면서 이에 발맞춰 산업 부문에서 유일한 제품 성능, 품질, 물류, 비용의 조합을 요구하게 됐다.
이전 세대와 달리 이러한 요구사항은 단순히 주파수 증가, 새로운 기능 모음, 메모리 확장 또는 비용 절감 방침 등을 통한 성능 향상의 문제에 국한되지 않는다. 필수적인 요소로 유지되지만, 필요에 따라 새로운 매개변수가 돌출되고 있다. 이는 다음과 같다.

- 마이크로 컨트롤러는 복잡한 연산 부품으로 변화하고 있다. 모든 주요 부문에서 32비트 아키텍처가 표준이 됐다. 멀티코어 프로세서는 주파수와 허용 가능한 전력 소비 수준이 상승하면서 EMI(전자기파) 영향이 완화돼 약 5배 강력한 성능인 1,500 DMIPS(Drystone MIPS)를 달성하게 될 것이다.
자동차의 전기/전자 아키텍처는 전자제어 장치의 폭증을 막을 수 있도록 쇄신됐다. 멀티코어 마이크로 컨트롤러 환경 덕분에 애플리케이션 요구에 따라 다양한 작동 모드를 사용할 수 있게 됐다. 하이브리드 카(HEV)의 경우 이는 열 엔진, 전기모터를 구동하는 인버터 컨트롤러의 연료 분사 사이클 처리 또는 에너지 관리에 유용할 수 있다.
- 주요 티어1 업체에 따르면 소프트웨어 또한 전체 시장규모(TAM)가 전체 차량 가격의 최대 13%에 달하는 2,700억 달러에 달하면서 비중이 높아지고 있다. 소프트웨어 패키지는 여러 공급업체 소스에 속한 다양한 계층으로 구성된다. 기본 소프트웨어는 티어1 업체에서 제공하지만 저레벨 라이브러리와 운영체제(예: Autosar)는 반도체 공급업체에서 제공하며, 애플리케이션 계층은 IP(지적 재산권) 관계로 티어1 업체 또는 자동차 제조사에서 개발할 수 있다. 통합 목적으로 상호운용성 및 호환성을 지원하려면 각 계층에 표준화가 필요하다. 이러한 표준화에는 통신업계가 그랬던 것처럼 공개 아키텍처와 확장성 구축이 필요하다.
- 그 다음에는 애플리케이션의 무결성에 영향을 줄 수 있는 잠재적인 위험을 감지하는 안전 메커니즘의 도입이 필연적이다. ISO26262 표준에 자동차의 기능상 안전 수준이 명시돼 있다.
- 저전력 기술 트리밍과 트랜지스터 구조 소형화 덕분에 기존 아키텍처에 비해 소비 전력이 50% 절감되었다. 이는 설계 기법 및 디바이스 아키텍처에 대한 새로운 IP로 가능해졌다.
- 고가의 냉각시스템을 사용하지 않으려면 고출력단의 전력 밀도를 4배까지 향상시키고 더 높은 스위치 주파수로 에너지 손실을 줄여야 한다. GaN(질화갈륨) 및 SiC(탄화규소) 등과 같은 유망한 소재가 부상하고 있지만, 제조 공정 검증을 통해 시장의 기대가 확인되어야 한다.
- 현재의 14 V 납축전지는 고전압 배터리와 함께 60 V 미만의 고전력 범용 전력 네트워크로 통합될 수 있다. 그 다음 반도체가 에너지 관리 시스템을 효율적인 방식으로 수행한다. 배터리 수명과 연비를 높이려면 화학적 반응에 따른 물리적 매개변수(전압, 전류, 온도)를 정확히 측정해야 한다.

결론
자동차 제조사들은 2020년의 배기가스 표준 준수 여부가 자동차의 전자화와 밀접한 연관이 있음을 인정하고 있다. 반도체 업계는 시장 확대에 매력적인 성능, 신뢰성, 가격을 제공할 수 있음을 입증했다. 배터리 기술은 에너지 밀도(와트/Kg)와 더불어 신뢰성, 지속 가능성에 대해 강력한 기대를 심어준다. 미래의 이동성은 단지 하나의 기술이 아니라 친환경 이동성을 제공하는 여러 경로의 조합이 될 가능성이 높다. 사회적 요구 및 지역에 따라 기술 가용성이 이에 부합될 것이다.

AEM_Automotive Electronics Magazine