신뢰할 수 있는 미래의 동반자

안전성과 보안 융합해 지능형車 지원
인피니언 테크놀로지스 오토모티브 사업부의 요흔 하나벡(Jochen Hanebeck) 사장과 마이크로컨트롤러 시장 동향, 전력 반도체, 센서, 운전자 지원 시스템, 안전성, 보안 등에 관해 이야기를 나눴다. 하나벡 사장은 진정한 “세계 최초”의 ADAS용 소형 광학 3D카메라 칩을 소개했다.
Q. 향후 몇 년간 인피니언이 자동차시장에서 역점을 둘 사안은.
A인피니언은 좀더 청정하고, 안전하고, 경제성이 뛰어난 자동차를 설계할 수 있도록 힘을 보탤 것입니다. 우리는 포괄적 유형의 마이크로컨트롤러, 전력 반도체, 전력 모듈, 그리고 지능형 센서 제품을 제공하며 고객들의 설계 논의에 참여하고 있습니다. 인피니언의 높은 품질 기준과 축적된 시스템 전문성을 활용하기 위해 고객들은 설계에 있어 인피니언과의 공동 작업을 원합니다. 예를 들어 하이브리드 카에서 전력 반도체를 이용하는 애플리케이션에서 인피니언은 시스템을 깊이 이해하고 있으며 이에 따라 고객에게 가능한 최선의 방법을 제안할 수 있습니다.
인피니언은 경제성이 뛰어난 반도체를 제공하기 위해 기능들을 통합하는 데 집중하고 있습니다. 인피니언은 마이크로컨트롤러와 ASIC, 그리고 하이브리드 카의 고전력 애플리케이션에 이용되는 전력 반도체부터 윈드실드 와이퍼, 오일펌프, 냉각수 펌프 등에 이용되는 저전력 MOSFET까지 다양한 유형의 전력 반도체 제품에 중점을 두고 있습니다. 또 갈수록 더 지능화되고 정밀도가 향상되고 있는 센서 제품에 주력하고 있습니다. 이러한 센서 제품은 타이어 압력 모니터링을 위한 센서와 운전자 지원 시스템에 이용하도록 실리콘 게르마늄 기술 기반 레이다 칩 등을 포함합니다.
Q. 마이크로컨트롤러 사업에서는 어떤가.
ATriCore™ 기반 마이크로컨트롤러는 엔진 및 트랜스미션 제어 유닛에 이미 널리 채택되고 있습니다. 평균적으로 전 세계에서 생산되는 신차 두 대 중 한 대의 엔진 또는 트랜스미션 제어에 인피니언의 TriCore 제품이 사용되고 있습니다. 65나노미터 임베디드 플래시(65nm eFlash) 기술을 채택한 차세대 마이크로컨트롤러(MCU) 제품을 출시함과 더불어 인피니언은 안전 마이크로컨트롤러 분야로 시장을 추가적으로 확대하고자 합니다. 안전성 애플리케이션에 이용할 수 있도록 인피니언의 AURIX 멀티코어 마이크로컨트롤러 제품군은 최대 2개의 TriCore 프로세서가 록스텝 동작으로 서로 협력적으로 동작하는 하이엔드 제품입니다. 이러한 동작을 자세히 살펴보면 단일 마이크로컨트롤러 칩으로 4개의 TriCore 프로세서가 동작하는 셈입니다. 이와 함께 보안 기능을 실행하도록 하드웨어 보안 모듈(Hardware Security Module, HSM)이라고 하는 추가적인 코프로세서(coprocessor)를 제공합니다. 록스텝 동작은 추가적인 안전성 관련 기능들과 결합돼 ASIL D 시스템을 설계할 때 안전 시스템 개발 작업을 크게 단축할 수 있도록 합니다. 몇몇 주요 자동차 고객들이 이미 AURIX 제품을 이용해 개발 작업을 하고 있습니다. 본격적인 샘플 공급은 2013년 중반에 시작할 예정이며 양산은 2013년 하반기로 계획하고 있습니다.
 

TriCore™ 기반 마이크로컨트롤러는 엔진 및 트랜스미션 제어 유닛에 이미 널리 채택되고 있다. 평균적으로 전 세계에서 생산되는 신차 두 대 중 한 대의 엔진 또는 트랜스미션 제어에 인피니언의 TriCore 제품이 사용되고 있다.

Q. 새로운 마이크로컨트롤러에 보안 기능을 통합한 이유는.
A파워트레인과 안전성 기능이 융합됨에 따라 마이크로컨트롤러에 대한 요구가 지속적으로 높아지고 있습니다. 이러한 경향은 비단 전기차만이 아닙니다. 트랜스미션의 경우에도 무게를 줄이기 위해 개발자들이 기계적 장치 사용을 피하고 ASIL D를 준수하는 전자 시스템으로 대체하고 있습니다. 이제 여기에 보안 기능까지 통합되고 있습니다.
이 분야의 시장 수요는 빠르게 증가할 것입니다. 자동차 OEM들이 무단 조작, 튜닝, 해커 공격의 위협으로부터 시스템을 보호하고자 하는 요구가 높아지고 있기 때문입니다. 우리는 이전 세대 제품으로서 90 nm 기술을 이용한 TriCore AUDO MAX 제품에서부터 보안 하드웨어 확장(Secure Hardware Extension, SHE)이라고 하는 모듈을 도입했습니다. 이 보안 모듈은 독일 자동차 업체들의 소프트웨어 프로젝트 기구인 HIS(Herstellerinitiative Software: Manufacturers’ Initiative Software) 산하의 보안 워킹 그룹의 논의를 바탕으로 한 것입니다. 워킹 그룹에는 아우디, BMW, 다임러, 포르쉐, 폭스바겐이 참여해 가이드라인을 정의했습니다. 인피니언은 AURIX 제품군의 65 nm 멀티코어 마이크로컨트롤러에 HSM을 통합했습니다. 이와 같이 암호화된 컨트롤러는 공격에 대한 보호 능력이 한층 향상된 ECU를 가능하게 합니다.
마이크로컨트롤러 칩에 암호화 유닛을 통합함으로써 근본적으로 중대한 이점을 제공합니다. 회로 보드 상에 별도의 분리된 칩을 이용하면 공격자가 이 동반 칩에 대한 데이터 트래픽을 도청할 수 있기 때문입니다. 모노리딕으로 암호화 유닛을 통합함으로써 키를 매우 안전하게 저장할 수 있습니다. 인피니언이 칩 카드 및 보안 부문에서 오랜 기간에 걸쳐 축적된 암호화 전문성을 자동차 분야에 활용할 수 있게 된 것입니다.
인피니언은 칩카드 및 보안 애플리케이션 분야에서 세계 1위의 칩 공급업체입니다. 앞으로는 안전성과 보안을 융합하는 것이 시장의 중요한 경향으로 부상할 것입니다. 특히 커넥티드 카라는 미래 비전을 실현하기 위해 무단조작이나 어떠한 공격의 위험성 없이 자동차의 안전성 애플리케이션을 실행할 수 있도록 해야 합니다.
Q. 유럽의 유력 OEM이 도입하고 있는 보안 기법과 기타 지역 자동차 업체들이 도입하고 있는 보안 기법 사이에 차이점이 있나.
A전세계적으로 안전성 관련 애플리케이션에 도입하는 보안 기법에 있어서 업체들은 상당한 차이점을 나타내고 있습니다. 하지만 모든 업체들이 보안 문제를 해결하기 위해 조치를 취해야 하는 필요성에 대해서는 잘 인식하고 있습니다. 이점에 있어서 유럽 업체들이 선도적인 역할을 하고 있습니다. 인피니언은 TriCore AUDO NG / AUDO Future 제품군을 내놓은 이후로 지속적으로 성공적인 보안 솔루션들을 추가함으로써 이러한 역할에 적극적으로 힘을 보태고 있습니다.
Q. 임베디드 전력 분야에서는 어떤 혁신을 가하고 있나. 
A임베디드 전력 분야의 제품으로 인피니언은 릴레이 제어에 이용하도록 130 nm BCD(Bipolar CMOS DMOS) 기술을 이용해 8비트 마이크로컨트롤러, 플래시 EEPROM, 모든 전력 출력 스테이지를 통합한 고도의 통합 솔루션을 개발했습니다. 이에 따라 릴레이 자체가 모터를 제어할 수 있습니다. 이와 같은 임베디드 전력 IC는 전동 창문이나 선루프 등을 제어할 수 있습니다. 이 솔루션은 유연성과 확장성이 뛰어난 솔루션으로 32비트 마이크로컨트롤러 성능, 다양한 플래시 크기, 2위상 및 3위상 전력 출력 스테이지를 포함하는 포괄적인 제품군으로 확장될 것입니다. 또한 SBC(system-basis chip)와 CAN 네트워크에 이용하도록 웨이크업 기능 CAN을 통합한 제품도 제공하고 있습니다.
전력 ASIC 분야의 또 다른 신제품으로는 자동 트랜스미션에 이용되는 것과 같은 밸브를 제어하기 위한 칩 제품이 있습니다. 이 칩은 최대 1.2 A의 전류를 공급하는데 이는 다른 어떤 ASIC도 달성하지 못한 것으로 -40~125도의 온도범위에 걸쳐서 1% 정확도를 달성하고 있으며, HS/LS 구성이 가능합니다. 이러한 정확도 수준은 트랜스미션의 액추에이터 구동 코일을 최대한 정밀하게 제어하는데 매우 중요합니다. 인피니언은 이 칩으로 새로운 제어 알고리즘을 구현함으로써 값의 변동이나 장애 발생에 빠르게 대응할 수 있습니다. 이를 통해 훨씬 더 매끄럽고 정밀한 기어 변속 특성을 달성할 수 있습니다.


Q. 그 밖에 주력하고 있는 제품은.
A측면 에어백 등에 이용되는 센서 제품에 중점을 두고 있습니다. 이 센서는 각각의 도어에서 잘 정의된 공기 양을 이용해 충돌 시에 발생하는 압력파를 매우 빠르게 검출할 수 있습니다. 속도는 가속도 센서를 채택한 충격 검출 시스템을 이용할 때보다 3배 빠릅니다. 보행자 보호 등을 위해 이 기술을 활용한 새로운 애플리케이션들이 등장하고 있습니다. 기술을 구현하기 위해서는 자동차의 전면 범퍼로 변형가능(deformable) 공기 호스를 내장합니다. 공기 호스는 중복성을 위해서 양쪽에 하나씩 2개의 압력 센서를 포함합니다. 충돌 시에 센서가 공기 호스의 압력 변화를 측정하고, 이 데이터를 실시간으로 검출해, 매 500마이크로 초마다 중앙 에어백 제어 유닛으로 압력 데이터를 전송합니다. 이에 따라 평균적으로 40마이크로 초 이내에 이와 같은 측정을 수행하고 데이터를 준비해야 합니다. 제어 유닛은 엔진 후드를 들어 올리는 메커니즘을 작동함으로써 보행자에 대한 충격을 완화하도록 합니다.
인피니언의 압력 센서는 7×7 mm에 불과한 매우 소형 패키지로 공기 압력을 측정하기 위한 센서 유닛과 평가 ASIC을 통합합니다. 인피니언의 압력 센서는 데이터 측정 및 평가 프로세스 시에 주위 공기 압력의 변동을 자동으로 보정합니다.
Q. 트랙션 배터리의 배터리 관리 시 인피니언은 왜 경쟁사들과 다른 솔루션을 이용하는가.
A인피니언은 수동 셀 밸런싱과 함께 능동 셀 밸런싱 솔루션을 제공하는 유일한 회사입니다. 능동 기법은 저렴한 트랜스포머를 이용해 셀 간에 최대 5 A의 전류 전하량을 이동시킬 수 있는 것이 이점입니다. 그럼으로써 배터리 용량을 최고 10%까지 높일 수 있으며, 동일한 용량으로 배터리 무게를 줄일 수 있습니다. 뿐만 아니라 이 기법은 약한 셀을 검출하고 이에 따라 배터리 시스템을 밸런싱 할 수 있습니다. 현재 인피니언은 주요 고객들과 협력해 능동 셀 밸런싱 기법이 배터리의 수명 전반에 걸쳐서 어떠한 가능성을 제공하는지에 대해 연구하고 있습니다.

Q. ABS, ESC, 에어백, EPS가 이제는 모든 등급의 차종에서 표준이 됐다. 이 시스템들이 더 최적화될 수 있는가. 어떤 시스템의 잠재력이 더 크다고 보나.
A안전성 애플리케이션 분야에서 인피니언이 중점을 두고 있는 기능들은 에어백, 전동 파워 스티어링(EPS), ABS 및 전자식 안정성 제어, 전자 제어 섀시/서스펜션, 레이다 기반 운전자 지원 시스템, 타이어 압력 모니터링 시스템 등입니다.
예를 들어서 인피니언은 130 nm BCD 기술을 이용함으로써 마이크로컨트롤러를 제외한 다음의 모든 기능들을 에어백 제어 유닛(ACU)에 통합할 수 있게 되었습니다. PSI5/DSI 위성 리시버, 전원장치, LIN 인터페이스, 워치도그, 안전성 컨트롤러, 그리고 에어백 전개를 위한 점화 스테이지 뿐만 아니라 ASIC이 다른 외부적 점화 ASIC을 제어하고 모니터링할 수 있어 ACU가 최대 40개 채널을 처리할 수 있습니다. 또한 ASIC 개발 시에 ASIL D 프로세스 및 기준을 충족하도록 설계함으로써 1차 협력사 및 OEM 업체들이 전체적인 시스템에 대해서 편리하게 인증을 달성할 수 있습니다.
인피니언이 무엇보다도 중요시하고 있는 것은 기능을 통합하는 것입니다. 그럼으로써 인피니언은 플래시를 포함하고 있는 마이크로컨트롤러와 에어백 ASIC 단 2개 칩만을 이용해 전체적인 에어백 솔루션을 구현할 수 있도록 하고 있습니다. 전자식 안정성 제어 시스템에 대해서도 이와 같은 통합을 달성하고자 합니다.


Q. ADAS에서 특히 기능적 신뢰성과 관련해 인피니언은 어떻게 지원하고 있나.
A인피니언은 ADAS에 이용하기 위한 AURIX 마이크로컨트롤러 제품도 개발했습니다.  77 GHz 레이다 시스템에 이용할 수 있도록 최신 실리콘 게르마늄(SiGe) 프론트엔드 제품을 제공하고 있습니다. 이 기술이 ADAS 분야에서 갈륨 아세나이드(Gallium Arsenide)를 대체하고 있습니다. 주요 시스템 업체들이 이미 적응형 순항제어 시스템(ACC)에 SiGe 솔루션을 채택하고 있습니다. 레이다는 시야를 확보하기 어려운 상황에서도 효과적으로 작동할 수 있고 최대 200미터까지 감지하는 것이 중요한 이점입니다. 인피니언의 차세대 제품은 eWLB(embedded Wafer Level BGA) 패키지로 제공됨으로써 고주파 애플리케이션에 이용하기에 특히 적합합니다.
인피니언의 10만 픽셀 3D 카메라 칩은 진정한 “세계 최초”로서 PMD와 협력을 통해 탄생했습니다. 개략적으로 설명해서 이 센서는 적외선 빛을 내보내고 빛이 반사돼 돌아올 때의 위상 편이를 측정합니다. 이 방식으로 각각의 픽셀에 대해서 2D 데이터 뿐만 아니라 깊이에 대한 추가적 디테일을 제공합니다. 또 짧은 지연시간과 초당 최대 100프레임의 높은 프레임 레이트를 특징으로 합니다. 그러면서도 매우 소형 폼팩터입니다. 현실적으로 이러한 센서는 기존의 2D 단일 렌즈 카메라와 함께 이용됩니다. 인피니언은 이미지 센서의 감도와 성능을 한 차원 향상시키고 통합을 높이고자 했습니다. 또 칩 상으로 고성능 A/D 컨버터를 제공함으로써 출력에서 이미 디지털 상태의 신호를 제공합니다.
인피니언의 새로운 3D 카메라 칩은 폭이 수 센티미터에 불과해 설치를 위해 매우 적은 공간을 차지하면서 공간적 시각을 제공하는 시스템을 구현할 수 있습니다. 3D 칩이 이미 나머지 정보들과 함께 별도의 정보로서 깊이 데이터를 제공하기 때문에 스테레오 카메라를 이용할 때처럼 상당한 양의 연산 성능을 필요로 하는 프로세스를 이용해 각도 정보를 계산할 필요가 없습니다. 인피니언의 3D 칩은 최대 50미터에 이르는 거리를 커버합니다. 이 시스템은 적외선 LED 체인을 이용한 능동 조명을 이용함으로써 야간 투시 기능이 가능해 야간에도 보행자 인식 및 동작 제어가 가능합니다. 이르면 2014년부터 이 기술을 채택한 자동차가 생산될 것으로 보입니다. 앞으로는 카메라와 레이다가 자동차에서 중요한 시스템이 될 것입니다. 센서 융합을 위해서는 복잡성이 따르기 때문에 레이다와 이미지 신호를 결합함으로써 실제적으로 모든 중요한 운전 상황을 지원할 수 있습니다. 장기적으로 자동차 회사들이 라이더(lidar)를 쓰지 않게 될 것입니다.
Q. 전기차에서 뿐만 아니라 전력 반도체가 갈수록 중요해지고 있다. 패키지 등을 비롯해 이 분야의 새로운 경향은.
A인피니언은 기능을 통합하는 것에 중점을 두고 있으며 경제성이 뛰어난 반도체 제품을 제공하고자 합니다. 최근에는 갈수록 실리콘이 아닌 패키징 때문에 반도체 특성이 제약을 받고 있습니다. 따라서 인피니언은 패키징 측면에서 지속적인 향상을 시도하고 있습니다. 이러한 예로 인피니언은 H-PSOF(heatsink plastic small-outline flat lead)라 하는 극소형의 MOSFET 패키지를 개발했습니다. 이 패키지는 특수한 디자인을 채택함으로써 “온” 저항을 20%까지 낮췄으며 크기는 요즘의 D2PAK 패키지에 비해 약 20% 더 작습니다. 이 MOSFET은 ABS 및 EPS 분야에서 대량으로 이용됩니다. 인피니언은 페어차일드 반도체가 H-PSOF를 사용하도록 라이선스를 제공하고 있어 2차 소스로 이용할 수 있습니다.

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AEM_Automotive Electronics Magazine