지난 7월 8일 NXP 반도체 오토모티브 사업부문의 라스 레거(Lars Reger) CTO가 본지 주최의 ‘2015 Automotive Innovation Day’ 세미나에서 자율주행, 커넥티드 카, IoT 환경의 심화에 따라 NXP의 커넥티비티 역량이 더욱 빛을 발하고 있다고 밝혔다. 레거 CTO는 커넥티드 카의 5대 요소로 이더넷, V2X, NFC, 보안, 레이더를 꼽으며 NXP의 혁신을 소개했다.
글｜윤 범 진, 한 상 민 기자
NXP의 미래
『미래의 어느 날, 멜라니와 장이 집을 나선다. 멜라니의 손가락 끝이 차량 도어 표면에 닿자 지문인식 시스템이 그녀임을 확인하고 도어록을 풀어준다. 차는 스스로의 지능이 깨어났고 멜라니와 장의 탑승을 환영함을 알리기 위해 테일라이트, 테일 디스플레이, 인테리어 조명 등을 동원한다.
달리는 차는 노면 상태, 날씨 등 주변상황과 운전자의 주행습관에 따라 적절한 파워트레인, 드라이브트레인 옵션을 찾아 최적의 주행이 될 수 있게 조정한다. 멜라니의 스마트폰은 탑승과 동시에 차량의 IVI 시스템과 자동으로 싱크되고 센터 콘솔에 위치시킨 것만으로 간단히 무선충전되기 시작한다. 인스트루먼트 패널은 아날로그의 감성은 그대로이지만 풀 HD로 디지털화된 지 오래다.
얼마나 주행했을까. 대형 중앙 정보 디스플레이(CID)에 멜라니와 장이 즐겨 찾는 카페에서 라떼 마키아토와 햄치즈 샌드위치를 권하는 메시지가 표시된다. 스티어링 휠 등에 장착된 센서가 멜라니의 생체신호를 포착하고 차량의 주행방향을 고려해 적절한 레스토랑으로부터 선호하는 메뉴를 추천한 것이다. 몇 분 후 차가 카페에 도착하자 간단히 폰으로 안전하게 결제를 한다. 다시 길을 나서고 한참을 달리다 보니 V2V 통신을 통해 전방 교차로에 곧 긴급차량이 지나갈 것이라는 경고 메시지가 뜬다.
해변에 도착한 멜라니와 장은 조깅을 한다. 차는 그들을 따라오도록 ‘팔로우’ 모드를 선택했기 때문에 천천히 자율주행하며 주인을 쫓는다. 해변을 나설 때 멜라니는 조수석의 장에게 스티어링 휠을 넘겨준다. 로봇암으로 된 스티어링 휠 모듈은 운전석에서 조수석으로 간단히 옮겨진다. 멜라니와 장은 자율주행 모드로 변환하고 항공기에서처럼 편안히 몸을 뉘어 윈드실드 상단의 선셰이드 디스플레이에서 영화를 즐긴다. CID의 마이홈 메뉴에서 도착시간에 맞춰 목욕물을 준비해 놓도록 설정한다.
스마트한 세상과 스마트한 자동차에 대한 모든 경험이 보안을 전제로 심리스하게 연결된다.』
레거 CTO가 기조강연을 시작하면서 보여준 영상 내용이다.
레거 CTO는 “이 영상은 미래의 자율주행차 버디(Budii)와 함께 달라질 라이프스타일을 그린 ‘The Car of the Future - Powered by NXP’란 홍보 영상”이라며 “NXP는 지난해 44년 전통의 스위스 카 디자인펌 린스피드(Rinspeed) 등과 버디란 자율주행차를 만들며 10년 후의 자동차의 모습과 함께 바뀌어 있을 스마트시티, 스마트 모빌리티에 대해 전망해봤다”고 말했다.
사실, 자율주행 또는 자동주행이 크게 이슈화 되면서 이같은 영상은 이제 특별해 보이지 않는다. 예를 들어, ‘옆 좌석으로 옮길 수 있는 스티어링 휠’이나 ‘자율주행차의 팔로우’ 기능은 기업들의 홍보영상, 몇몇 헐리웃 영화는 물론 린스피드와 NXP의 2013년도 콘셉트 카 ‘엑스체인지(XchangE)’에도 포함됐던 것들이다.
그러나 NXP에게 이같은 홍보는 아무리 강조해도 지나침이 없다. 미래의 모든 것이 연결되는 사물인터넷(IoT) 세상을 향한 모든 분야에서의 리더십, IoT의 중요 거점 중 하나인 자동차 커넥티비티에서의 위상은 자율주행 시대를 앞두고 있다. 또한 연결된 세상의 기본 전제조건으로 NXP의 ‘Secure Connections’이란 강점을 부각시키고 있다.
레거 CTO에 따르면, NXP는 2020년까지 500억 개의 네트워크 디바이스 개발에 관계할 것이다. 이 디바이스들과 인터페이스는 보안을 전제로 컨슈머 IT, 보안, 모빌리티, 헬스케어, 에너지, e뱅킹, e여권 등 모든 산업에 해당되고 하나로 융합할 것이다.
레거 CTO는 “미래의 커넥티드 월드에서 보안의 중요성은 간과할 수 없다. 저명한 애널리스트에 따르면 시장에는 명확한 비전이 두 가지 있는데, 하나는 ‘융합’이고 다른 하나는 ‘보안’”이라며 “NXP는 안전한 커넥티드 시장에서 선두에 서 있고 자동차에서도 그렇다”고 강조했다.
NXP의 자동차 사업 부문과 커넥티드 카
레거 CTO가 NXP 부스에서 국내 엔지니어들에게 둘러 싸여 NXP의 혁신 솔루션에 대해 설명하고 있다. 프리스케일 인수 시너지가 발휘될 시점이 되면 NXP는 엔진, 엑추에이터 부분에서도 제품을 제공해 완전한 주행 시스템을 지원할 전망이다.
NXP의 전통
레거 CTO는 “수동으로 주행해야했던 자동차는 로봇이 탑재돼 주변 환경을 인식, 계산하고, 스스로 제어함으로써 주행을 더욱 안전하고, 편리하고, 효율적으로 만들면서 모바일 기기와 거실에서 즐길 수 있는 끊임없는 커넥티비티 세상을 자동차에서도 경험하게 만들 것”이라고 말했다.
자동차 산업의 메가트렌드는 명료하다. 하나는 에너지 효율성에 대한 것으로, 업계는 2020년까지 CO2 배출을 현재보다 20% 정도 낮춰야 한다. 둘째는 매년 전 세계적으로 발생하는 130만 명의 도로교통사고 사상자를 낮추는 것으로, 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)과 자율주행 시스템이 이를 가능케 할 것이다. 세 번째는 컨슈머 IT 시장에서 비롯된 커넥티드 라이프스타일의 경험을 차 안까지 잇는 것이다. 이 모든 것에 커넥티비티가 관여한다.
전통적으로 자동차 산업에서 NXP는 세 번째인 커넥티비티 부문을 크게 리드하고 있다. 물론 휠 스피드 센서, 레이더, 라이트, 펌프 등의 부문에서도 경쟁력이 있지만 카 라디오, 카 액세스, 앰프, V2X 통신 등의 커넥티비티 분야는 명실상부 업계 선두다. 이는 커넥티드 카 트렌드와 함께 더욱 모멘텀을 늘려가고 있다. 예를 들어, 커넥티드 카의 시발인 라디오 부문은 필립스 반도체로부터 시작돼 50여년의 역사를 자랑한다.
레거 CTO는 “라디오 표준이 AM, FM의 아날로그에서 디지털로 바뀌면서 지역에 따라 표준이 제각각이 돼 BMW, 다임러와 같은 카 메이커들이 이에 대응하는데 상당한 부담이 있었지만 NXP가 소프트웨어로 정의된 통합 디지털 라디오를 내며 손쉽게 대응할 수 있도록 했다”며 “이에 따라 NXP는 현재 톱 20의 티어1 서플라이어 중 19개 업체에 제품을 공급하고 있다”고 밝혔다.
현재 BMW, 다임러 등 카 메이커들은 NXP의 소형 라디오 칩이 장착된 차량 루프의 샤크 안테나를 통해 차내 인터넷 서비스를 25유로 정도에 제공하고 있다.
전통적인 자동차 키, RKE, PKE 등 차량 액세스 부문도 20년 전 보험회사와 차량 도난방지 칩 개발을 시작한 이래 NXP의 텃밭이다. NXP의 솔루션을 통해 운전자들은 짧게는 50미터에서 1 km, 멀게는 그 이상 떨어진 곳에서 도어록, 에어컨디셔닝 시스템 등 다양한 기능을 원격으로 제어하고 살펴볼 수 있다.
라디오와 액세스 부문이 자동차와 바깥세상을 연결한다면, 자동차 내부의 각 제어 시스템을 연결하는 차내 네트워크(IVN) 분야도 NXP가 리더십을 지키고 있다. NXP는 지금까지 세계 자동차 산업에 CAN, LIN, FlexRay 등의 네트워킹 트랜시버 60억 개 이상을 제공해왔고, 현재 매일 200만 개를 공급하고 있다. 신차로 따지면 대당 평균 10개를 공급하고 있다.
광범위한 디스크리트 반도체 포트폴리오 외에도 모션 센서 등을 차량에 제공해 스마트폰 등 모바일 기기에서 할 수 있는 제스처 컨트롤, 지문인식 등 다양한 기능과 HMI를 차에서 가능하게 하고 있다.
레거 CTO는 “NXP의 시장 영향력이 다소 낮은 카메라, 라이더, 센서 퓨전, 차량 제어 부문, 엔터테인먼트 애플리케이션, 디스플레이 등에서는 프
리스케일이 큰 강점을 지니고 있어 향후 프리스케일 인수 시너지가 발휘될 시점이 되면 NXP는 완전한 주행 시스템을 지원하게 될 것”이라며 “예를 들어 엔진, 액추에이터 부문에도 제품을 제공하게 될 것”이라고 말했다.
커넥티드 카의 5가지 조건
ADAS에 대응되는 이더넷
레거 CTO는 전통적인 차량을 현대적인 커넥티드 카로 만들려면 5가지가 필요하다고 말했다. 이 5가지는 ▶이더넷, ▶V2X, ▶NFC, ▶보안, ▶레이더다.
레거 CTO는 “차내에는 현재 150개 정도의 컨트롤 유닛이 들어가고 서로 연결돼 통신하는데, 안전과 신뢰성을 이유로 유선으로 연결되면서 차에서 두 번째로 무게가 많이 나가는 부문”이라며 “예를 들어 메르세데스 S클래스의 와이어 무게는 거의 사람 몸무게와 같다. 더욱이 하이브리드 카나 전기차, 자율주행차는 전통적인 차보다 더 많은 데이터를 사용하기 때문에 이에 대응하는 새로운 규격이 요구된다”고 말했다.
자동차 산업은 비용의 부담을 완화하기 위해 모든 면에서 규모의 경제를 활용한다. 때문에 새로운 IVN 표준을 만들기 보다는 IT 등 외부 산업의 표준을 활용하려고 한다. 이더넷도 그중 하나로 이미 이동통신, 자동화, 우주항공, 컴퓨팅 분야에 활용되고 있다. 이더넷 솔루션은 자동차 제조사에 비용 효율적이면서 무게가 적게 나가고, 높은 신뢰성을 제공함으로써 미래의 애플리케이션에서 CAN, LIN, FlexRay로 지원이 불가능한 부분을 감당하게 될 것이다.
레거 CTO는 “예를 들어 서라운드 뷰 모니터, 풀 3D 디지털 인포테인먼트, 레이더 등 다양한 센서가 이용될 자율주행 시스템이나 ADAS의 높은 대역폭을 감당할 것”이라며 “자율주행차가 나오려면 아직 몇 년은 더 기다려야겠지만 수많은 자동차 제조사들이 이미 이더넷 개발에 나서고 있다”고 말했다.
NXP는 최근 이더넷 PHY TJA1100을 발표했다. TJA1100은 저전력 모드를 지원해 엔진이 꺼졌을 때 시스템이 대기 모드로 들어가 이더넷 PHY의 전력이 부분적으로 들어와 있다가 네트워크가 작동할 때만 시스템을 깨운다. 기존 솔루션과 달리 NXP 이더넷 PHY는 엔진이 꺼졌을 때에도 전압 레귤레이터 같은 추가적인 부품이 없어도 ‘온(on)’ 상태를 유지한다.
NXP는 티티텍과 긴밀히 협력해 이더넷 스위치 SJA1105를 개발했다. 이 스위치는 자율주행에서 운행 효율성, 기능안전성이 필요한 애플리케이션에 메시지 레이턴시를 보장하는 ‘확정적 이더넷’ 기술을 사용한다.
또한 NXP는 티티텍(TTTech)과 긴밀히 협력해 이더넷 스위치 SJA1105도 개발했다. 이 스위치는 자율주행에서 운행 효율성, 기능안전성이 필요한 애플리케이션에 메시지 레이턴시를 보장하는 ‘확정적 이더넷(Deterministic Ethernet)’ 기술을 사용한다. 이 기술은 대역폭 요건이 최대 1기가비트까지 늘어나면서 네트워크 제어 시스템의 높은 신뢰성과 오류 작동(fail-operation) 애플리케이션의 고가용성을 보장한다. 이더넷(IEEE 802.3), 타임 트리거(Time-Triggered) 이더넷(SAE AS6802), 오디오 비디오 브리지(AVB), TSN(Time Sensitive Network) 등과 같은 다양한 표준을 지원한다.
V2V: 상대속도 520 km도 거뜬
차량 간 통신, 차와 노변 인프라 간 통신의 V2X, 지능형 교통은 자율주행의 한 부분이다. 이 V2X 통신기술은 이미 상용화 수준에 와 있고, 각국 정부, 카 메이커, 그리고 델파이 등 서플라이어와 NXP, 코다와이러리스 등의 기업들이 주도하고 있다. 미국에서 늦어도 2020년 내에 입법화되면 V2X는 유럽, 일본, 한국 등 전 세계로 확산될 전망이다.
V2X를 이용하면 플래툰 주행 등 차량 간 거리 확보, 긴급제동 등 충돌 회피가 용이해지고, 보이지 않는 전방 상황을 사전에 통보받아 위험한 상황을 예방할 수 있다. 차는 데이터 메시지를 V2X 단말기가 장착된 다른 차량과 주고받고, 데이터를 전환해 운전자에게 특별한 교통 위험요소를 경고한다. 위험요소란 교차로 사각지대, 차선변경 시 차량 사각지대, 후방에서 임박한 충돌상황, 그리고 전방 도로에서의 급제동이나 사고 발생 등이다.
NXP의 유연한 V2X 아키텍처
V2X는 지능형 물류체계도 가능케 한다. 예를 들어, 특정 신호등에서 530 m 떨어져 있을 때, 시스템은 얼마의 속도로 어느 정도를 진행하면 신호가 초록으로 바뀌는지를 알려줄 수 있다.
레거 CTO는 “현재 리더기를 장착한 교통신호는 태그를 부착한 차량은 물론 보행자까지 인식할 수 있다”며 “예를 들어 함부르크나 싱가포르의 항만지역에서는 트럭이 이동할 때만 가로등 조명을 환하게 밝히도록 하고 있다”고 소개했다.
NXP는 V2X와 관련해 몇 가지 소형 칩들을 개발 중이다. 예를 들어, NXP 하드웨어 시큐리티 모듈을 포함한 V2X ‘로드링크(RoadLINK) 솔루션’은 이미 아우디, 델파이 등과 함께 테스트를 마쳤다.
레거 CTO는 “NXP 칩이 내장된 수천 개의 V2X 유닛이 차에 탑재돼 세계 각지에서 시험되고 있다. 아우디와의 테스트에서 NXP 칩은 차 간 간격 2 km에서, 차 간 상대속도 260 km와 520 km에서 테스트됐다”며 “컨버터블 등 다양한 모델, 사이드 미러, 샤크핀, 루프 등 각기 다른 곳에 내장된 안테나 모두를 적용해 문제없음을 확인했다”고 말했다.
NXP의 V2X 솔루션은 늦어도 2년 내에 상용화될 전망이다.
올 CMOS 80 GHz 레이더
CMOS 레이더 돌핀
차세대 운전자 지원 시스템의 핵심 요구사항 중 하나는 레이더의 소형화다. NXP는 RF 올 CMOS 기반 80 GHz 전방 레이더 트랜스미터 칩을 OEM, 티어1과 개발 중이다.
레거 CTO는 “이 레이더는 단지 초소형임을 말하는 것이 아니다”며 “NXP는 베이스밴드와 프런트엔드 레이더 트랜스미터를 통합하는 방법을 찾았다”고 말했다.
‘돌핀(Dolphin)’이라 명명된 80(79~81) GHz 레이더 칩은 디지털 CMOS 프로세스 기술을 사용해 믿기 어려운 성능을 낸다. NXP는 이 칩을 MCU와 함께 활용해 종국에는 하나의 매우 작은 CMOS 레이더 칩 모듈을 만들 계획이다. 이를 위해 안테나의 소형화가 요구된다. 이 작은 모듈들은 이더넷과 함께 차에 적용돼 차에 보호막을 씌울 것이다.
레거 CTO는 “이 레이더는 자율주행뿐만 아니라 드론, 항공우주는 물론 다양한 스마트 산업 분야에서 활용될 수 있다”고 말했다.
자동차로 확장되는 NFC
NXP는 근거리 무선통신(NFC) 인터페이스의 창조자이자 세계 최대 공급자다. NFC는 10 cm의 짧은 통신 범위를 갖지만, 예를 들어 iOS, 안드로이드 OS의 모바일 기기에 칩이 장착돼 애플페이(Apple Pay)나 구글 월렛(Google Wallet)과 같은 e결제 서비스 기능을 가능케 한다. 자동차에서도 NFC는 널리 활용돼 도어를 열거나 시동을 걸때는 물론 정비소에서도 사용되고 있다. 키만 건네면 NFC와 키에 내장된 메모리를 통해 모든 차량 정보와 고장 등의 원인까지도 밝힐 수 있다.
세계 최초 자동차 등급 NFC 칩 NCF3340
레거 CTO는 “자동차 NFC 시장은 카 셰어링, 블루투스 및 와이파이 연결 등과 같은 서비스, 차량 내 개인별 맞춤화 요구로 인해 급부상하고 있다”며 “전통적인 자동차 키 외에 NFC 지원 스마트폰을 통한 차량 정보 접근, 엔진 시동, 모바일 디바이스 연동 e결제 등 자동차의 광범위한 연결성 혁신을 가능케 할 것”이라고 말했다.
지난해 NXP는 고성능 NFC 컨트롤러인 NCF3340를 내놓으며 NFC 역량을 자동차 산업으로 확대했다. 특히 NCF3340은 NFC 포럼이 규정한 NFC 컨트롤러 인터페이스에 기반을 둔 세계 최초의 자동차 등급 NFC 컨트롤러다. NCF3340은 감도를 높이고 전력소비를 줄이도록 최적화됐다.
시스템 차원, 프로세스를 고려한 보안 대책의 요구
레거 CTO는 산업 수준의 보안을 자동차업계에 적용하는 것이 NXP의 목표라고 말했다. 사진은 패널 토의.
커넥티드 카의 근본 보안
자동차의 전자화가 가속화되면서 보안 문제는 갈수록 심화되고 있다. 지난 15년 간 NXP는 모든 산업 영역에서 보안 개선 제품을 개발해왔다. 시스템 해킹을 방지하기 위해서는 기본적으로 안전한 데이터 교환과 프라이버시 보호를 위한 암호화 기술이 요구되고, 이를 위해선 생산 단계에서부터 보안을 고려해야만 한다. 때문에 NXP는 지속적인 보안 향상 노력을 기울여 암호화 및 인증 솔루션 분야에서 선두에 오르며 금융 등 산업 보안의 리더가 됐다.
레거 CTO는 “산업 수준의 보안을 자동차업계에 적용하는 것이 우리의 목표로, 이제 자동차의 무선 인터페이스가 컴퓨터, 인터넷과 연결되고 있기 때문에 원격 공격이 가능해졌다”며 “자동차 보안은 크게 차량 내부 ECU와 IVN, 차량 외부의 텔레매틱스, ITS, 카 엔터테인먼트, 카 액세스 부분으로 구분할 수 있는데, 우리는 주로 외부 인터페이스에 집중하고 있다”고 말했다.
NXP의 보안은 암호화 및 인증을 통해 V2X 통신, 텔레매틱스 시스템, 차량 액세스 등에 대한 보안대책을 실행한다. V2X에서 차량 내 네트워크에 대한 안전한 접속, 전기차에서 안전한 e빌링에서 마이크로컨트롤러에 대한 공격을 차단한다. 트래킹 애플리케이션, 교통 관리 시스템의 차량 인식 등에서 비접촉 리더기를 보호하고, 소프트웨어 업그레이드 및 기능 활성화 등 원격 제어, 전자 라이선스, 도난방지 시스템, 오도미터 등 비접촉 태그와 라벨 조작을 방지한다.
레거 CTO는 “수개월 전 해커들이 BMW의 핵심 자산인 커넥티드 시스템을 공격해 독일에서 큰 이슈가 됐다”며 “이는 ADAC(Allgemeiner Deutcher Automobil-Club)의 연구원들이 해킹용 가짜 네트워크를 만들어 수행한 것인데, 이것이 사실이었다면 브랜드에 치명적 결과가 될 것”이라고 말했다. 운전자가 폰으로 원격제어하거나 정보를 받을 때 해커가 이 과정에 침투해 SIM 카드를 위조해 통제권을 뺏을 수 있다는 것이다.
레거 CTO는 “단순하게 NXP의 보안은 암호화된 칩을 사용하는 e뱅킹, e여권과 같다. 차량의 모든 컨트롤 유닛은 암호화를 통해 보호되고, 만일의 경우 전체 시스템은 차단될 수 있어야한다”고 말했다.
<저작권자 © AEM. 무단전재 및 재배포, AI학습 이용 금지>
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