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Suppliers Face Major Barriers to Entry for Advanced 77 GHz Radar Applications
서플라이어, 77 GHz 레이더 진입장벽 직면
2021년 01월호 지면기사  /  글|요셉 마르티네스(Ioseph Martinez) 레이더 제품 관리자, NXP 반도체



강화된 NCAP은 레이더 기술 전문성을 확대하고자 하는 티어 1, 티어 2 서플라이어에게 큰 부담을 주고 있다. 또 프리미엄 기술이었던 레이더 기반 기능이 주류 생산라인으로 도입되면서 시장 출시 기간 단축 압박도 받고 있다. 하지만, 기술 개발을 위한 과제는 무수히 많지만 OEM 요건에 부합되는 경로는 크게 단순화될 수 있다.


글|요셉 마르티네스(Ioseph Martinez) 레이더 제품 관리자, NXP 반도체


요셉 마르티네스 
마르티네스는 자동차에서 14년 이상, 운전자 지원 시스템 분야에서 5년의 전문 경력을 쌓은 레이더 마이크로프로세서 제품 매니저다. 그동안 고객 지원 관련 업무를 해오며 고객들의 고충을 깊이 반영한 제품을 애플리케이션 엔지니어링, 소프트웨어, 하드웨어와 툴에 대한 풍부한 경험과 함께 개발, 제작해왔다.






최첨단 안전 기능에 대한 소비자 인식이 높아짐에 따라 운전자, 승객, 보행자 안전성 극대화를 위한 글로벌 NCAP(신차안전도평가 프로그램, New Car Assessment Programs) 규제가 강화되고 있다. 

최근 몇 년 동안 강화된 NCAP 요건으로 OEM의 레이더 센서 도입이 확대됐고, 향후 레이더 기반 기능은 기본적인 초음파 센서를 크게 넘어, 오늘날 OEM 서브세트에서 사용 가능한 다양한 주차 지원 기능을 가능케 할 것으로 예상된다.
이런 NCAP 요건은 레이더 기술 전문성을 확대하고자 하는 티어 1 서플라이어, 점점 늘고 있는 티어 2 서플라이어에게 큰 부담이 되고 있다. 이로 인해 티어 1과 티어 2 및 기타 레이더 개발업체는 심각한 시행 과제에 직면하게 됐다. 또, 한때 프리미엄 기술이었던 레이더 기반 기능이 주류 생산라인으로 도입되면서 시장 출시 기간(TTM) 단축 필요성도 대두되고 있다.






주파수 확장 

특히, 77 GHz 레이더 기술로 도약하려는 서플라이어들의 문제는 더욱 복잡하다. 규제기관은 점점 더 혼잡해지는 24 GHz 대역에서 작동하는 레이더 시스템을 단계적으로 폐지시키는 것과 동시에 주파수 변조 연속파(FMCW) 레이더를 활용한 77 GHz 대역(77~81 GHz)의 차량 레이더용 밀리미터파(mmW) 주파수를 개방했기 때문이다.

이렇게 사용 가능한 주파수가 확장됨으로써 200 MHz로 제한되었던 기존의 24 GHz 협대역 레이더 시스템의 변조 광대역(sweep bandwidth)이 최대 5 GHz까지 확대돼 사용 가능한 주파수 대역이 획기적으로 늘어난다. 이와 같은 77 GHz로의 성능 변화는 거리분해능(range resolution)을 25배 향상시키며 개체들이 각각 뚜렷한 개별 물체로 식별되기 위해 물체 간에 확보돼야 할 거리를 줄여, 빽빽하게 밀집된 인접 물체 간 감지 및 트래킹 기능을 개선시킨다. 여러 물체(예: 자동차와 보행자)를 구별할 수 있는 기능은 이 두 가지 “물체”에 대한 이동 패턴 및 속성을 기반으로 판단되는 고차원적인 자동화 의사결정에 있어 매우 중요하다.






물리적 관점

물리적 관점에서 보면, 77 GHz는 레이더 센서의 거리 분해능과 물체 감지 성능을 약 5 cm 단면까지 향상시킨다. 77 GHz 성능 향상을 통해 ACC(Adaptive Cruise Control)와 AEB(Automatic Emergency Braking)와 같은 첨단 운전자 지원(ADAS) 애플리케이션 성능이 대폭 개선돼 레이더 범위를 24 GHz 대비 훨씬 더 크게 확장할 수 있다. 레이더 데이터 처리 계층(레이어)에서 하드웨어 가속은 77 GHz에서 경쟁하는 자동차 등급 프로세서를 정의하는 상당한 유의미한 속성이 됐으며 와트 당 성능 및 열 관리에 중요한 영향을 미친다. 

그러나 완전히 처음부터 시작하는 신생 서플라이어의 경우, 매우 복잡한 자동차 레이더 애플리케이션을 구현하기 위해 하드웨어 가속을 위한 알고리즘 개발에 상당한 시간과 자원을 투자해야 함과 동시에 복잡한 여러 소프트웨어 개발 과제를 해결해야만 한다.

레이더 시스템 크기 및 비용과 관련해, 77 GHz 레이더 모듈은 작은 컴포넌트로 설계 및 구축된 더 작은 폼팩터와 상대적으로 작은 규모의 자재명세서(BOM)를 허용할 것이다. 더욱 작은 규모와 더 낮은 비용으로 레이더 성능을 향상시킬 수 있다는 이점은 결코 무시하기 힘든 부분이다.
그러나 이와 동시에, 77 GHz 주파수 기반 자동차 레이더로 진화하는 과정에서 일부 신생 서플라이어들은 이미 기반을 닦은 기존 경쟁업체들보다 훨씬 뒤처지고 있다는 것이 문제다. 양산 애플리케이션에서는 이러한 전문성을 구축하기가 매우 까다롭기 때문이다. 고주파 레이더 기술에 대한 전문지식은 주로 군사영역에서 비롯되었으며, 이 분야에서 이용 가능한 전문가 풀은 당연히 제한적일 수밖에 없다(또한 군은 고급 레이더 시스템 구축 방법에 대해 정확히 알려주지도 않는다).

지금까지 많은 서플라이어가 레이더 분야에서 성과를 내려고 노력했지만, 실제로 성공한 업체는 드물다. 현재 자동차 레이더 시스템의 거의 80%가 겨우 네 군데 티어 1 기업으로부터 공급되는 것으로 추정된다. 77 GHz 주파수에는 수많은 복잡한 하드웨어 및 소프트웨어 분야와 상호의존성이 서로 관련돼 작용하기 때문에, 훨씬 더 많은 경쟁 서플라이어들이 기술 통합을 이끌어줄 서드파티 기술 업체들을 찾아 나서면서, 작업 능률 개선과 개발 시간의 극적인 단축을 꾀하고 있다. 이런 노력과 함께, OEM도 이 고급 레이더 기능을 자사의 자동차에 광범위하게 구현하려는 움직임이 더욱 빨라지고 있다.


개발 경로 단축

모든 서플라이어는 알고리즘 설계나 안테나 개발 등 저마다 자사의 전문기술을 보유하고 있기 때문에 서드파티에 대한 의존도가 각자 다양할 수 있다. 만약 자사의 고유한 기술력을 활용하면서도 그 중 부족한 부분을 서드파티에서 메울 기회가 있다고 하면, 이들은 기꺼이 그런 기회를 잡으려고 할 것이다. 특히 서드파티를 통해 서플라이어 고객의 특정 강점과 취약점에 부합하도록 쉽게 모델링 할 수 있다면 서플라이어는 이를 받아들일 가능성이 매우 높다.

그러나 이런 정보가 항상 OEM에서 신규 서플라이어로 제공되는 것이 아니라는 점이 거대한 진입장벽으로 존재한다. 또 OEM은 샘플 A, B에서 C까지 레이더 테스트 데이터의 의도된 궤적을 명확히 보여주는 신뢰할 만한 증거를 사전에 요구한다. 그러나 자사의 시장 신뢰도와 이미 설계된 OEM 로드맵에 대한 접근성을 기반으로 이러한 요건을 충족할 수 있는 티어 1 업체는 극소수에 불과하다.

하지만 OEM들은 생태계를 확대시키기 위해 서플라이어 시장에서 더 많은 레이더 구매 옵션을 바라고 있으며, OEM 업체와 공급업체 그리고 서드파티 기술 업체 간 라운드 로빈(round-robin) 커뮤니케이션과 협업을 통해 솔루션 시장을 강화할 수 있기를 바라고 있다. 결국 서플라이어는 OEM 레이더 공급 계약에서 경쟁우위를 차지하기 위해 실제 상황에서 검증된 데이터를 제공해야 한다. 그리고 경쟁업체 수가 늘면서 이러한 데이터를 분석해 신뢰할 수 있는 업체를 가려내기 위한 노력이 활발해질 것이다.


지름길이 필요한 산업

이러한 문제를 해결하기 위해 NXP는 콜로라도 엔지니어링(CEI)과 협력해, 자동차 레이더 디자인 워크플로를 크게 가속화하는 통합된 하드웨어 및 소프트웨어와 툴 외에도, 77 GHz 레이더 기술에 필요한 엄격한 기능, 안전 및 성능 요구사항을 충족하도록 설계된 차량용 레퍼런스 디자인을 제공한다. 

이 솔루션은 레이더 개발 및 주요 생산 차량에 대한 배포를 촉진하며, 시장출시 기간을 단축하면서 개발 비용을 낮추는 것을 목표로 하는 툴의 전체 생태계를 포함한다. 레이더 기술이 발전함에 따라 경쟁에서 뒤처질 수 있는 서플라이어들 사이에서 OEM이 요구하는 실제 테스트 데이터를 지원해 77 GHz 레이더 개발 경로를 단축시킨다. 궁극적으로, NCAP 표준은 규제 준수를 위한 어떤 하나의 단일 경로를 요구하지 않는다. OEM은 NCAP 요건을 충족할 수 있는 최적의 기술을 자유롭게 선택할 수 있다. 77 GHz 레이더 기술은 NCAP 준수를 위한 핵심기술로 부상했다. 그리고 이에 수반되는 기술 발전을 촉진하는 일은 바로 OEM, 서플라이어, 서드파티 기술 제공업체 등 모두에게 달려있다.

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