How ST Supports EV & Autonomous Driving Innovation
ST가 전기-자율주행을 지원하는 방법
2022년 01월호 지면기사  /  글 | 한상민 기자_han@autoelectronics.co.kr



STMicroelectronics Hojae Lee                ST마이크로일렉트로닉스 이 호 재 부장

ST마이크로일렉트로닉스(STMicroelectronics)가 최근 우리나라 자동차 산업의 혁신 지원을 위해 K-TEC 온라인 컨퍼런스를 개최했다. 이호재 부장을 통해 ST가 NEV 컨피턴스 센터를 통해 어떻게 한국을 비롯한 아시아태평양 지역 고객사의 전기-자율주행 혁신을 지원하고 있는지 들었다. 

글 | 한 상 민 기자_han@autoelectronics.co.kr






Q. ST마이크로일렉트로닉스가 전기차 역량 센터를 설립한 것이 2020년이죠? 어떤 이유입니까? 
A. 전 세계적으로, 특히 한국, 중국, 일본 자동차 시장이 급격한 변화를 겪고 있습니다. 전동화(Electrification), 자율주행(Intelligence), 커넥티드 카(Connectivity)가 새로운 트렌드가 되면서 기존 자동차 산업과 다른 산업 간 협력을 통한 더 많은 기회 창출이 기대되고 있습니다. 게다가, 자동차 산업의 축적된 기술과 기업에 도전하는 새로운 산업의 참여자와 신생기업들로 인한 새로운 경쟁 환경에서 그 강도가 점점 더 높아지고 있습니다. 이런 상황에서 ST는 전통적인 자동차 영역에서 선도적인 지위를 유지하면서, 도메인과 존 아키텍처에 따른 전동화, 자율주행, 커넥티드 카 시스템 영역에서 역량을 확장하기 위해 2019년 9월 중국 상하이에 NEV 컴피턴스 센터(New Energy Vehicle Competence Center)를 설립했습니다. 이 센터를 통해 ST는 고객에게 개발기간 단축에 도움을 줄 수 있도록 NSP(New Solution Proposal)를 제공하고, 현지 고객 요구에 맞는 NPP(New Product Proposal)를 제공하고 있습니다.  


Q. NEV 컴피턴스 센터 설립과 고객 지원을 위해 인적, 기술적, 지역적으로 상당한 투자가 이뤄졌을 것입니다. 한국에서는 센터와 함께 어떤 것들이 달라졌습니까? 
A. NEV 컴피턴스 센터의 핵심 목표는 NEV 시스템에 대한 ST 솔루션 역량을 고객에게 제공해 새로운 비즈니스를 창출하는 것입니다. ST는 그동안 전기차 관련 기술 분야의 주요 파트너들과 비즈니스를 시작해 전 세계 전기차 관련 고객들을 중심으로 시스템 솔루션 개발 및 IC 기술을 선도해왔으며, 이 축적된 기술을 바탕으로 컴피턴스 센터를 설립해 NEV에 적용되는 전동화 시스템 디자인에 적합한 ST 솔루션을 제안하면서 적극적으로 시장 성장에 발맞춰 나아가고 있습니다. 

한국에서도 주요 고객들로부터 선행개발 관련 요구사항을 받아 시스템 디자인을 제안하고 시스템 스펙을 함께 협의해 ST 제품으로 구성된 시스템 보드 솔루션을 제공하고 있습니다. 보드 제작에 필요한 소프트웨어나 보드 평가(validation) 관련 사항은 중국 상하이의 컴피턴스 센터와 협업을 진행하고 있습니다. 또, New Product Proposal과 관련해 한국 고객들로부터 받은 요구사항 외에도 아시아태평양 지역의 주요 고객들 요구사항을 함께 공유해 시장경쟁력 있는 신제품을 프로덕트 디비전과 협업해 개발하고 있습니다. 







Q. 오토모티브 명가 ST의 저력은 어디에서 비롯되고, 이것을 어떤 부분에서 보여줄 것입니까?  
A. ST는 MCU, Smart Power IC, 디스크리트 등 다양한 제품과 솔루션을 바탕으로 오토모티브 시장의 여러 분야를 리드하고 있으며 이를 통해 고객 신뢰를 쌓아왔습니다. ST의 경쟁력 있는 기술 적용과 비용 최적화된 시스템 디자인을 구현할 수 있다는 점은 고객들에게 매우 큰 혜택을 제공할 수 있습니다. 

저는 NEV 컴피턴스 센터와 협업해 한국 시장의 요구에 부합하는 시스템 보드가 개발될 수 있도록 하고 있습니다. 우리는 새로운 비즈니스 진입을 위해 NEV 시스템별 적용 가능한 ST의 오토모티브 제품군을 기반으로 솔루션을 제공할 것입니다. NEV 시스템으로는 VCU(Vehicle Control Unit), BMS(Battery Management System), OBC 및 DC/DC, 트랙션 인버터, 바디 도메인 컨트롤 유닛, 이모셔널 엔진 사운드 시뮬레이터, GNSS(Global Navigation Satellite system), FCEV가 있고, 해당 시스템별 ST의 적용 가능한 제품군을 바탕으로 솔루션을 개발하고 있습니다. 

고객들과 긴밀한 관계를 유지하며 입수한 요구사항을 바탕으로 시스템 데모를 직접 개발해 노하우를 습득하고, 이를 바탕으로 향후 ST가 개발한 신제품 개발 제안을 하고 있으며 이를 통해 얻은 노하우도 고객과 공유하고 있습니다. 그리고, 자율주행 관련 분야 시스템 솔루션 및 신제품 제안으로 새로운 사업영역에 전략적인 집중을 하려 합니다. 이런 활동 중 하나로 현재 아시아태평양 지역의 주요 고객과 함께 자율주행 시스템에 적용될 PMIC 라인업과 배터리 셀 모니터링 IC인 L9963E, 트랙션 인버터에 적용할 게이트 드라이버 IC인 L9502 등을 개발하고 있습니다.
 

Q. 현재 업계의 기술적 극복과제, 요구사항에 대한 진행 중인 신제품, 새로운 시스템 프로젝트들을 소개해주세요.
A. 주요 시스템별 전략을 살펴보면, 라이팅 애플리케이션으로는 단순히 조명을 켜고 끄는 것이 아닌, 인터랙티브하고 스트일리시한 조명이 요구되고 있습니다. 파워트레인은 친환경적인 시스템 구성, 바디와 인포테민먼트는 편의성과 고급스런 어쿠스틱 경험을 만족할 수 있어야만 합니다. 이를 위해 ST는 리딩 커스터머에게 최선의 서비스를 제공할 것이며 핵심 성장 애플리케이션에 적용될 신제품을 개발할 예정입니다. 이와 함께 새로운 E/E 아키텍처 애플리케이션을 지원하는 간편한 스타트업 킷을 개발하고 ISO 26262 및 AUTOSAR 컴플라이언스를 통해 원스톱 ST 턴키 솔루션으로 고객을 지원할 예정입니다.

현재 NEV 컴피턴스 센터에서 진행 중인 프로젝트 현황을 말씀드리면, NPP 관련해 6개 프로젝트가 검증(validation) 중이고 2개가 스펙 정의(spec definition) 상태입니다. 그리고 NSP 관련 4개 프로젝트가 개발 중이고 1개 프로젝트가 검토(feasibility study) 중입니다.

NPP는 트랙션 인버터와 OBC 시스템에서 SiC 또는 IGBT를 구동하기 위한 아이솔레이티드 게이트 드라이브 IC 2종류, 자율주행 ECU에 적용될 PMIC 라인업인 STPM80x 시리즈로 3개 제품, 멀티채널 하프-브리지 IC인 L99MD 시리즈를 기반으로 차량 통합 유닛(Vehicle Integration Unit) 시스템을 타깃한 IC 개발을 위해 스펙 및 컨셉을 정의 중에 있으며, 전력분배 시스템에 적용하기 위한 E-fuse 제품을 개발하고 있습니다. 마지막으로, 내연기관 차량의 엔진 매니지먼트 ECU에 사용되는 PMIC와 로우사이드, 하이사이드 드라이버와 트랜시버가 내장된 엄브렐러 칩인 L9788을 기반으로 신규 내연기관 차량의 엔진과 전기차 VCU에 적용할 IC의 스펙 및 컨셉을 정의하고 있습니다. 

NSP에서는 22 kW OBC, DC/DC 콤보 시스템과 트랙션 인버터 시스템을 상기 개발 중인 게이트 드라이브 IC를 적용해 개발 중입니다. 디지털 키와 External Amplifier system도 개발하고 있으며, VIU에 대한 시스템 개발도 IC의 NPP와 함께 검토하고 있습니다. 





Q. 제품 차원과 시스템 제공은 다르며 아마도 자동차 밸류체인이 ST에 요구하는 바일 것입니다. 소개해주신 서로 연관되는 신제품, 새 시스템 프로젝트를 예로 들어서 ST가 이것을 어떻게 고객에게 제공하고, 왜 ST가 할 수밖에 없는지 말해주세요.
A. ST는 전동화 시스템 솔루션의 새로운 시스템 제안으로 트랙션 인터버를 400 V 플랫폼으로 2020년 개발 완료해 릴리스했습니다. 이 시스템 보드에는 소프트웨어 리졸버(software resolver)가 사용됐으며 앵글 에러가 ±1.25도입니다. 소프트웨어 플랫폼을 제공하며 400 V, 60 kW로 개발했습니다. 추가로 개발하고 있는 800 V 플랫폼은 ±0.22도의 앵글 에러를 향상시킬 예정이며, AUTOSAR 플랫폼을 사용할 예정입니다. 800 V, 120 kW 출력이며 효율적인 소프트웨어 개발을 위해 모델 기반 개발(MBD)로 진행 중입니다. 2021년 말 완료 타깃으로 진행 중입니다. 

추가로 멀티 in 1 플랫폼 시스템 보드에 대해 타당성 검토(feasibility check)가 진행되고 있습니다. 기존 400 V, 800 V 트랙션 인버터에 사용된 MCU인 SPC58NN에 비해 18배 향상된 컴퓨팅 퍼포먼스를 가진 ARM 기반 신규 ST Stellar MCU를 사용해 개발할 예정입니다. 기존의 GTM, SPI, ADC, CAN IP와 세이프티 모듈은 재사용할 예정이며 하이퍼바이저를 이용한 멀티 OS 가상화 환경을 제공해 통합된 각기 다른 DC/DC, OBC, 트랙션 인버터, 모터 애플리케이션, BMS, VCU, PDU 등의 시스템 모듈들의 독립적 구동이 가능하도록 지원할 예정입니다.
  

Q. 새 Stellar MCU가 언급됐는데, 디지털화, 전동화 등 모든 부문에서 새로운 스텔라 MCU의 가치는 무엇입니까?
A. 현재 자동차 E/E 아키텍처는 자동차의 디지털화, 전동화, 경량화, 커넥티드 카 그리고 자율주행까지 새롭고 많은 트렌드를 통해 급변하고 있습니다. ST의 차세대 리얼타임 MCU인 Stellar는 이처럼 급변하는 트렌드에 완벽히 대응할 수 있도록 디자인됐습니다. 

실시간으로 점점 더 많은 데이터 처리와 높은 레벨의 보안 기능이 요구되고 있기 때문에, 이에 따른 데이터 라우팅 가속, 더 높은 컴퓨팅 파워, Evita 풀 레벨의 보안 기능들을 지원하며, 멀티코어 가상화를 통한 수많은 ECU 간 통합을 더 쉽게 구현하는 것을 가능케 합니다. 또 PCM(Phase Change Memory: 상변환 메모리)을 통한 높은 비용 효율성(cost-effectiveness)을 지원하는 OTA를 구현할 수 있어 앞으로 다가올 새로운 통합 ECU에 맞춰 많은 자동차 제조사 및 고객사들의 니즈에 적합한 MCU가 될 것입니다. 



Q. 콤보 OBC, 800 V 시스템이라던지 존 아키텍처가 적용된 차량들이 이미 나오고 있는데, 그렇다면 발표된 ST의 프로젝트들은 늦는 것은 아닌가요?
A. 시장의 트렌드와 ST의 제품 라인업을 맞춰가며 개발하고 있어 현재 출시된 시스템보다 늦다고 생각할 수도 있습니다만, 현재 나와 있는 시스템에서 개선해야 할 부분을 찾아 개발하고 있어 그 의미가 있습니다. 
고효율, 고출력 밀도와 저비용을 위해 기계적인 공간을 줄이고 출력 에너지 밀도를 향상시키기 위해 OBC, DC/DC 컨버터는 스탠드얼론에서 결합된 통합 솔루션을 사용합니다. 그리고 더 높은 ISO 26262 기능안전성을 구현하려 합니다. 

현재 OBC의 경우 ASIL B나 경우에 따라 QM 수준입니다. DC/DC 컨버터는 ASIL C 또는 D입니다. 향후 개발될 DSP + MCU 통합 솔루션의 안전성 레벨은 DC/DC 컨버터와 같이 ASIL C나 D가 될 예정입니다. 그리고 무선통신을 이용해 실시간 펌웨어가 업데이트될 수 있는 OTA 기능이 OBC, DC/DC 컨버터 콤보 시스템에 요구되고 있습니다. 
이에 ST의 솔루션은 SiC를 이용한 800 V DC 제어, 3상 TTPL(Totem-pole) PFC와 CLLLC 구성의 22 kW OBC와 피크전류 모드제어(peak current mode control) 기반의 95% 효율 성능을 가진 2.5 kW DC/DC 컨버터를 통합한 콤보 보드를 개발할 예정입니다. 여기에는 ARM 코어 기반인 MCU Stellar E 패밀리가 사용될 예정이며, 기존의 MCU는 HV DSP와 MCU 조합으로 변경될 예정입니다.

세이프티 강화를 위해 ASIL D 레벨 MCU를 고전압 측에 둘 것이며, 아날로그, PWM 성능 향상을 위해 SiC 또는 GaN을 사용할 예정입니다. 그리고 고전압 측에서 OTA가 가능하도록 구현할 예정입니다. 현재 이 시스템에 적합한 SiC 게이트 드라이브 IC인 L9501과 SBC(System Based Chip)에 대한 NPP 연구개발이 진행 중입니다.  

현재 일반적인 OBC, DC/DC 콤보의 시장 솔루션은 양방향 OBC, PFC 블록을 제어하는 DSP, OBC+CLLC를 제어하는 DSP, DC/DC 컨버팅을 제어하는 DSP, 커뮤니케이션과 시스템 안전을 담당하는 MCU로 총 3개의 DSP와 1개 MCU로 구성돼 있습니다. ST가 제안하는 솔루션은 2개 Stellar MCU를 플래시 메모리 사이즈 라인업에 따라 구성하는 것입니다. 기존 SPC58NN MCU가 적용된 3.3 kW OBC와 2.5 kW DC/DC 컨버터를 기반으로 2022년 1분기까지 OBC, DC/DC 콤보를 개발할 예정입니다.


Q. 새롭게 제안하는 전동화 시스템들의 핵심사안은 무엇인가요? 이 부분에서 ST의 강점은요?
A. 현재 전동화 시장에서 요구되는 기능은 더 긴 주행거리, 빠른 충전, 고밀도 에너지입니다. 주행거리를 증가하기 위해서 800 V 배터리 시스템이 폭넓게 사용되고 있습니다. 또 빠른 충전을 위해 11~22 kW가 표준이 될 것입니다. 고밀도 에너지를 구현하기 위해 3 in 1 또는 6 in 1 등 여러 ECU가 통합된 도메인 컨트롤러가 필요할 것으로 예상됩니다.

이에 DC/DC 컨버터, OBC, VCU, BMS, 모터, 트랙션 인버터 시스템들을 통합한 3 in 1과 6 in 1 타입인 PDU와 22 kW OBC와 DC/DC 컨버터 콤보 솔루션을 개발할 예정입니다. ST가 새롭게 개발 중인 새로운 ARM M28 MCU인 Stellar와 SiC, GaN, 스마트 파워를 활용해 멀티-인-원 전동화 애플리케이션에 활용 예정입니다. AUTOSAR 및 ISO 26262 호환 애플리케이션을 고객에게 제공하는 시스템 파트너와 협력하고 ST의 제품 로드맵을 강화하기 위해 SiC, GaN, Smart Power IC 사업부와 함께 개발할 예정입니다.

좀 더 구체적인 예로 ST의 강점을 설명해 보겠습니다. BMS의 높은 안전성과 트랙션 인버터의 효율성은 전동화의 핵심 요구사항입니다. ST는 BMS의 안전을 위해 신뢰성이 높은 시스템 기반 칩인 L9396, 고안전 PowerPC 아키텍처 MCU(SPC57x/SPC58xx) 및 고전압 시스템 비상 차단 기능을 하는 L9678P를 바탕으로 AUTOSAR, 기능안전성 ASIL D, HSM 및 FOTA를 지원합니다. 배터리 팩의 안전을 위협하는 고전압 시스템의 단락 또는 기타 고장이 발생할 경우, L9678P는 수 msec 이내에 고전압 시스템을 차단해 배터리 안전 문제를 피할 수 있습니다. 아날로그 프론트엔드의 경우 단일 칩 L9963E를 사용해 시스템 설계를 단순화하고 ASIL D 요건을 실현할 수 있으며, 전체 온도 범위에서 샘플링 정확도를 구현하고, 저비용과 높은 신뢰성을 가진 바이 디렉션 아이솔레이티드 데이지 체인, 0 us로 동기화된 배터리 셀 전압 샘플링 및 리던던시 셀 전압 샘플링을 각 채널별 ADC를 사용해 구현할 수 있습니다. 

트랙션 인버터의 효율성을 위해 시스템 기반 칩과 PowerPC 외에 높은 신뢰성을 가진 게이트 드라이브 IC L9502 및 3세대 SiC 장치도 제공할 수 있습니다. L9502는 플라이백(Flyback)을 내장하고, 10 A 이상의 드라이브 기능, 다양한 진단 및 보호 기능, SiC 애플리케이션에 최적화된 기능을 갖고 있습니다. 다가오는 3세대 SiC 장치는 온저항을 더욱 개선하고 더 높은 작동 주파수에 적합할 것입니다. ST는 장기적인 관점에서 리더십을 유지하기 위해 지속적으로 투자하고 있습니다.







Q. 마지막으로, 자율주행 영역에서 ST의 경쟁력, 제품 라인업, 시스템을 소개해주세요. 
A. 자율주행 ECU는 외부의 레이더, 라이더, 정밀 포지셔닝(GNSS), 프론트 카메라, EPS, 초음파 센서, 제동 모듈과 데이터 통신을 해 적절한 동작 명령을 수행하게 디자인되고 있습니다. 이에 하이엔드 SoC(GPU 및 MCU)가 사용되고 있습니다. 

ST는 MCU, SBC(System Based Chip), E-Fuse, GNSS 제품 솔루션을 제안 드릴 예정이며, 현재 메이저 업체와 4개의 PMIC Hot swap & Oring, 벅-부스트, 멀리 벅 컨트롤러, MOSFET 드라이빙 IC를 개발하고 있습니다.  

자율주행 ECU의 경우 50에서 300 TOPS, 초당 테라 연산이 필요한 High computing power SoC가 필요합니다. 현재 ST는 특정 SoC 및 자율주행 시스템에 적합한 PMIC 솔루션을 티어 1과 함께 개발하고 있습니다. 이 개발 중인 PMIC는 다른 SoC 업체와 협력해 확대할 예정입니다. 이를 통해 자율주행 도메인 컨트롤러에서 ST의 PMIC, VIPOWER, MCU 및 SBC를 활용할 예정입니다.

ST에서 가용할 수 있는 기술인 GaN, FD-SOI, BCD를 활용해 자율주행 레벨 2에서 레벨 4까지 대응할 다양한 SoC와 각종 센서 및 액추에이터를 지원하는 드라이버에 적합한 PMIC의 제품 로드맵을 강화할 예정입니다. 

ST는 자율주행 관련 고객과의 협력 및 연구개발 투자를 지속적으로 확대하고 있습니다. 컴퓨팅 플랫폼 측면에서, ST는 EyeQ 비주얼 시리즈와 전력관리 제품군을 공동으로 출시하기 위해 모빌아이(Mobileye)와 같은 전 세계 제조업체들과 협력해왔습니다. V2X에서는 오토톡스(Autotalks)와 협력해 V2X 통신 관련 기술을 제공했습니다. 현지화 측면에서 ST는 글로벌 내비게이션 프로토콜을 멀티 프리퀀시 센치미터 레벨의 정밀 포지셔닝 칩을 제공해 높은 정밀도의 맵과 연동할 수 있습니다. 동시에 ST는 비 오는 날, 안개 등 악천후 환경에 적합한 밀리미터파 레이더(24 GHz와 77 GHz를 커버하는 제품)의 성숙된 기술과 제품을 보유하고 있어 ADAS 및 자율주행에 대한 새로운 솔루션/지원 기능을 제공합니다. 또 시장 최고의 야간 비전 카메라 시스템 제조업체인 아다스키(Adasky)와 발렌스(Valens)와 협력해 자율주행 차량에 대한 대규모 데이터 전송 문제를 해결하기 위한 HDBaseT 솔루션을 개발하고 있습니다.




 


[AEM] Automotive Electronics Magazine



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