미래 자율 주행의 핵심, 안전을 구현하다

Arm 자동차 부문 책임자인 필자와 우리 팀은 자동차 제조사들과 Arm의 자동차 생태계(상위 15개 차량용 반도체 제조사들이 Arm IP를 사용 중)와 지속적인 대화를 통해 완전 자율주행으로 나아가는 과정에 대해 논의하고 있다. 자동차 성능, 전력, 보안 요구사항을 충족할 방안에 대한 내용도 물론 포함되지만 화두는 단연 '안전'이다.  

우리와 이야기를 나눈 자동차 제조사들은 하나같이 안전을 최우선 사항으로 꼽았다. 주행의 모든 부분을 제어하는 자율 시스템과 관련된 명확한 기술 요소뿐만 아니라, 자동차를 이용하는 승객이 자율주행 운전자를 신뢰할 수 있는지 확인하는 차원 모두에 해당한다. 소비자가 차량 내 자율주행 시스템의 안전성을 신뢰하지 않는다면, 자율주행 기술의 양산화는 더뎌질 수밖에 없다.

아이러니하게도 인적 요소인 운전자 과실은 자율주행으로 사라질 전망이다. 전체 사고의 94%가 운전자 과실이라는 점을 감안하면, 완전 자율주행으로 사고 및 사망자 수를 상당히 줄일 수 있을 것으로 보인다. 그렇기에 자율주행용 SoC와 시스템 개발 시 성능이나 전력 효율, 보안보다 안전에 방점을 둘 수밖에 없다. 그러나 안타깝게도 레벨 5 자율주행으로 나아가는 길은 가장 기본적인 안전기능조차 부족한, 전력 소모가 많고 값비싼 데이터 센터 CPU에 기반한 프로토타입 위주로 되어 있다.

Arm은 수 년간 안전에 최우선 순위를 두었으며, 이는 ADAS 애플리케이션에 사용된 반도체의 65%가 Arm IP인 주된 이유이기도 하다. Arm의 자동차 생태계는 최신 ISO 인증을 갖춘, 업계에서 가장 광범위한 기능안전 IP에 액세스 할 수 있다. Arm 파트너들이 안전 부문에서 한층 앞서 갈 수 있도록, Arm은 Arm Safety Ready 프로그램을 오늘 발표한다. 이는 파트너 및 전체 자동차 공급망이 한층 안전한 제품을 보다 빨리 출시할 수 있도록 일정을 단축시켜주기 위해 안전에 대대적 투자를 집중시킨 프로그램이다. 

그러나 Arm의 행보는 최신 인증과 표준을 통합하는 데서 그치지 않는다. 이에 오늘 우리는 통합 안전을 갖춘 최초의 자율주행급 프로세서인 Arm Cortex-A76AE도 함께 선보인다. 이는 차량용으로 특화 설계됐으며, 최초로 애플리케이션 프로세서에서 사용할 수 있는 획기적 안전 혁신인 스플릿-락(Split-Lock) 기술이 포함돼 있다. 

한 단계 향상된 자율성을 위한 ‘Safety Ready’ 프로그램

Safety Ready 프로그램은 ISO 26262와 IEC 61508 표준을 지원하는 시스템 수준의 개발 절차(Systematic flows)를 포함한 엄격한 기능안전 프로세스를 거친 Arm의 기존 안전 제품과 신규 및 향후 제품을 포함한다. Safety Ready는 소프트웨어, 도구, 구성요소, 인증과 표준을 원스톱으로 제공해 Arm 파트너들이 기능안전을 통합하는 과정을 간소화 하고 소요비용을 줄여준다. 파트너와 차량 제조사들은 이 프로그램의 이점을 활용해 자체 SoC와 시스템에 자율주행 애플리케이션에 필요한 최고 수준의 기능 안전이 통합돼 있다는 확신을 가질 수 있다. 

Cortex-A76AE: 통합 안전 갖춘 세계 최초 자율주행급 프로세서 

Cortex-A76AE는 차량용으로 특화 설계됐으며, 7nm 공정 노드에 최적화된 획기적인 새로운 CPU이다. AE는 “Automotive Enhanced(차량 기능 향상)”의 약자이며, AE 지정 기호가 있는 Arm IP에는 차량 내 프로세싱 요구사항을 충족하는 특정 기능이 포함돼 있다. 

자율주행에는 내재된 안전이 표준으로 갖춰져야 하며, 더불어 높은 수준의 프로세싱 능력이 필요하다. Cortex-A76AE는 자율주행 애플리케이션과 높은 통합 안전에 필요한 프로세싱 성능을 통합한 스플릿-락 기능을 갖춘 업계 최초의 고성능 애플리케이션 프로세서로, 기능 저하 없이 앞서 언급한 두 가지 요건을 충족한다.  스플릿-락은 업계에 선보이는 신기술은 아니지만, Arm은 최초로 자율주행과 같은 고성능 차량용 애플리케이션에 특화 설계된 프로세서에 이를 도입했다. 스플릿-락 기능의 주요 이점은 다음과 같다. 

• 기존의 락스텝(lock-step) CPU 구현 시에는 여의치 않았던 유연성을 제공한다. 
• SoC의 CPU 클러스터는 두 모드로 구성 가능. 클러스터 내에서 두 개 (또는 네 개) 독립 CPU를 다양한 작업과 애플리케이션에 사용될 수 있는 고성능용 ‘스플릿 모드’가 그 중 하나이며, 
• 다른 하나는 CPU가 락스텝에 있는 락 모드(lock mode)로, 한층 향상된 안전 통합 애플리케이션을 위해 클러스터 내에서 한 쌍 (또는 두 쌍)의 잠금 CPU(Locked CPUs)를 생성한다.
• 이러한 CPU 클러스터는 실리콘 생산 이후 두 가지 모드를 혼합하여 작동할 수 있도록 구성할 수 있다. 

자동차 제조사는 Arm이 Cortex-A76AE을 통해 선보이는 선도적 전력 효율적인 컴퓨팅 기술을 활용해 오늘날의 프로토타입에서 필요로 하는 킬로와트급 전력소비가 아닌 와트급 전력을 필요로 하는 자율주행 시스템을 자체 설계할 수 있다. 또한 저전력과 이에 따른 열효율의 향상을 통해서 차량 배터리 전력을 더욱 에너지 효율적인 방식으로 사용할 수 있으며, 이는 컴퓨팅 기능들을 통합/패키징하는 것을 돕는 한편, 더욱 더 많은 종류와 숫자의 차량 들에서 총 주행 비용을 낮출 수 있게 한다.  

Arm은 언제나처럼 전체 시스템을 고려하고 Cortex-A76AE를 보완하기 위해 포괄적인 자율주행급 SoC 설계를 위한 새로운 AE 시스템 IP를 선보인다. 새로운 CoreLink GIC-600AE, CoreLink MMU-600AE와 CoreLink CMN-600AE는 고성능 인터럽트 관리, 확장된 가상화, 메모리 관리, 다중 CPU 클러스터에 대한 연결성을 제공해 안전한 멀티코어(multicore) 시스템 내 성능을 확장한다. 이들 제품은 ASIL-B로부터 ASIL-D 안전 통합을 이루는 것을 목표로 하는 고성능 시스템을 구현하고, Cortex-A76AE에 설계된 기능안전용 스플릿-락과 체계적 기능을 지원하도록 설계됐다. 

Arm 자동차 생태계만이 선보일 수 있는 역량 - 확장성

자율 시스템에 들어가는 소프트웨어의 복잡성과 양이 급격히 늘어나면서 개발 비용도 기하급수적으로 증가하고 있다. 레벨 5 차량에는 10억 개의 코드 라인이 들어가는데, 참고로 보잉 787 드림라이너에 들어가는 코드 라인이 1,400만 개이다. Arm과 강력한 자동차 개발자 생태계는 차량용 소프트웨어 스택의 모든 계층과 공통 아키텍처 상의 도구 비용을 절감하고 간소화하고 있다. 

Arm의 차량용 IP 로드맵

Cortex-A76AE는 업계 최고 기능 안전 지원 IP 포트폴리오를 제공하는 ‘차량 기능 향상’ 프로세서 로드맵의 첫 번째 제품이다. 새로운 로드맵에는 ‘Helios-AE’와 ‘Hercules-AE’가 포함돼 있으며, 이들 모두 7nm에 최적화 돼 있다. 제품 출시와 더불어 더욱 자세한 사항이 공개될 예정이다. 

Arm은 1996년부터 차량용 애플리케이션 칩을 설계해 왔다. 상위 15개 차량용 칩 제조사들이 Arm 라이선스를 사용하고 있으며, 현재 ADAS 애플리케이션의 65% 이상, IVI 애플리케이션의 85% 가량이 Arm 기반 칩으로 실행된다.<끝>

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