‘라이더 Vs 레이더 戰’에 소환된 테슬라

영국의 IDTechEx와 제임스 제프 박사는 그들의 최신 보고서 ‘Automotive Radar 2022-2042’를 소개하며 ‘테슬라의 레이더 제거가 잘못된 이유’란 글을 보냈다. IDTechEx는 레이더 성능을 새로운 영역으로 끌어올린 기술 혁신의 진행과 이런 레이더가 제공할 수 있는 이점을 감안할 때 테슬라의 ‘카메라 온리’ 전략이 조정될 필요가 있다고 했다. 라이더와 이미징 레이더의 미래 충돌을 말하기 위해 테슬라를 들러리로 세웠다. 

글 | 한상민 기자_han@autoelectronics.co.kr

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지난 20년 동안 레이더는 자동차의 주요 센서로 확고히 자리 잡았고 그 입지는 더욱 강화될 전망이다. 

적응형 순항제어 시스템(ACC), 자동 긴급제동 시스템(AEB), 교차교통 경고(CTA) 등 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)과 함께 레이더는 ‘안전’과 동의어가 되면서 신차 55%에 장거리 프론트 레이더, 27%에 적어도 2개의 측면 레이더를 장착하도록 만들었다. 게다가 자율주행의 고도화가 추구됨에 따라 다른 센서가 갖지 못한 강점, 안개, 비, 먼지 등과 악천후에서 작동하고 거리와 속도의 동시 측정이 가능하며 직사광선과 관계없이 성능을 발휘한다는 점은 새로운 기술업체를 통해 대폭 업그레이드된 성능과 합리적인 비용과 함께 레이더를 자동차 센서 시장의 지배자로 올려놓고 있다.  

최근 IDTechEx는 ‘Automotive Radar 2022-2042’ 보고서를 내고 자동주행 기술의 본격화와 ADAS의 광범위한 보급으로 차량용 레이더 시장이 연 14%로 빠르면서도 지속적으로 성장할 것으로 전망했다. 이와 함께 IDTechEx의 제임스 제프(James Jeffs) 박사는 ‘테슬라의 레이더 제거가 잘못된 이유(Why Tesla is Wrong to Drop Radar)’란 글을 통해 라이더 대비 이미징 레이더의 가치를 강조했다.   


 

“명확히 하자면, ‘미래의 라이더와 이미징 레이더의 충돌 예상’을 기술의 중복, 즉 유사한 성능과 가격으로 해석하고 있습니다. 레이더가 이미징 성능 면에서 라이더를 따라잡을 것으로 생각합니다. 레이더는 악천후에서도 가시성을 확보하고 FMCW 기술을 통해 상대 속도를 직접 측정함으로써 우위를 유지할 것입니다. 저는 테슬라가 이 비교에 대해 특별히 목소리를 냈다는 것은 알지 못합니다.” 
제프 박사가 질문에 이렇게 답했다.







테슬라가 레이더를 버린 후  

제프 박사는 ‘테슬라가 인간이 시각으로만 운전하기 때문에 차도 시각으로 운전할 수 있어야 한다고 주장하는데 이 말은 레이더가 필요 없다는 것’이라고 언급했다. 

테슬라는 레이더가, 예를 들어 맨홀 뚜껑을 장애물로 오인하는 등 가끔 측정오류를 발생시킨다고 했다. 이는 ‘팬텀 브레이크(phantom braking)’로 불리는 현상으로 실제의 이유 없이 비상 제동 반응을 일으킨다. 테슬라가 레이더를 채택했던 것은 좋은 레이더 데이터 샘플을 이용해 자동주행을 위한 신경망을 훈련을 시켜 카메라가 레이더와 같은 깊이와 속도 측정을 할 수 있도록 하고자 한 것이었다. 

“그들은 이것이 성공적이었고, 적절한 조건에서 기술이 매우 잘 작동할 수 있다고 말합니다. 그런데 조건이 안 맞으면 어떻게 될까요?” 제프 박사는 의문을 표했다.

테슬라 차량에서 레이더가 처음으로 비활성화되었을 때 테슬라는 그들의 고객에게 ADAS 기능에 일시적인 제한이 있을 것이라고 알렸다. 테슬라는 자동 조향 기능을 시속 75마일(120 km/h) 미만으로 제한하고 최소 추종 거리를 더 늘렸으며, 긴급 차선이탈 기능을 비활성화시켰다. 또 (카메라의 열악한 야간 성능 때문에) 야간 주행 시 자동으로 하이빔이 켜지도록 설정했다. 이 과정에서 일부 고객은 빗속에서 성능이 저하되고 좋지 않다고 보고했다. 

“이것은 카메라 대비 레이더가 갖는 몇 가지 주요 이점을 강조합니다. 레이더는 열악한 조명 및 가시성 조건에 영향을 받지 않는데, 레이더가 작동하는 파장은 먼지나 빗방울 입자와 같은 앰비언트 어클루션(ambient occlusions)이 보이지 않는다는 의미이며, 신호를 방출하고 반향을 찾기 때문에 낮, 밤, 직사광선 등 카메라의 단점과 관계없습니다. 테슬라와 달리 다른 카 메이커들은 카메라에 열광하는 모습을 보이지 않습니다.”

‘Automotive Radar 2022-2042’에 따르면, 테슬라의 레이더 제거와는 관계없이 향후 자동차에 장착되는 레이더 수는 더욱 증가할 전망이다. 이미 전 세계적으로 출시되는 신차의 55%가 AEB를, 40%가 ACC를, 27%가 CTA/BSD 기능을 갖춰 출고되고 있다. 이들 기능 대부분은 레이더에 의존한다. 신차 대부분에 레벨 2 ADAS 기능이 탑재되고, 2/3(39%) 이상이 레벨 2 기술로 판매되고 있다. 게다가 사각지대에 감춰진 보행자를 비롯한 다른 도로 사용자 등 차량 주변을 모니터링하는 보행자 AEB, CTA, BSD와 같은 기술의 중요도가 높아지면서 레이더 수를 더욱 폭증시키고 있다. 또, 지난해부터 레벨 3 자율주행이 몇몇 지역을 기점으로 확대되고 있다. 레벨 2+, 레벨 3 자율주행의 경우 일반적으로 고성능 장거리 레이더 1개와 360°를 제공하는 단거리 레이더 4개 등 레이더를 압도적으로 활용한다. 

제프 박사는 “우리는 자동차 산업의 주요 업체들과 여러 차례 논의했는데, 레이더가 주차 지원 시스템에서도 일반적으로 사용되는 초음파 센서를 대체할 수 있음을 확인했습니다. 이렇게 되면 차 당 레이더 수는 잠재적으로 5개를 넘어 더욱 증가할 것입니다. 레이더는 로보택시 운영 회사들에서도 많이 사용되는데, 일부는 차 당 최대 21개의 레이더를 사용하기도 합니다”라고 설명했다.  

제프 박사에 따르면, 테슬라만이 이 규칙에서 예외인 셈이다. 테슬라는 레벨 3 및 레벨 4 자율주행을 위한 고급차에 한 개의 레이더, 저렴한 모델에는 카메라만 사용할 것이다. IDTechEx는 테슬라가 구형 레이더를 사용하고 있기 때문에 더 첨단의 옵션을 고려해야 할 것이라고 지적했다. 

“테슬라가 트렌드를 만들려고 했던 것이라면 그것은 성공하지 못했습니다.”







이미징 레이더 

지난해 여름 테슬라의 인공지능 부문 이사는 프레젠테이션에서 지하차도를 통과하는 것과 같은 상황이 낮은 고도 분해 성능을 가진 레이더에 까다롭다고 했다. 낮은 고도 분해로 레이더는 고가도로 아래에 여유 공간이 있는 것을 구별하기 어렵고 예방 조치로 인해 속도를 늦춘다고 했다. 이 경우, 고가도로로 인해 발생하는 것 같은 신호는 무시해야 한다고 레이더에 가르칠 수 있지만(통과할 수 있는 것이므로), 그 아래 주차된
차량이 있다면 레이더는 여전히 고가도로와 차량을 구별할 수 없기 때문에 잠재적인 충돌로 이어질 수 있다.

제프 박사는 “테슬라는 2014년에 콘티넨탈의 ARS4-B 레이더를 사용했습니다. 하지만 이후로 레이더 기술은 비약적으로 발전했습니다. 예를 들어, 레이더의 잠재적인 이미징 성능을 측정하는 한 가지 방법이 레이더에 있는 가상 채널 수인데, 이것은 송신 채널 수와 수신 채널 수의 곱으로 카메라의 픽셀 수와 유사합니다. 현재 시장에 나와 있는 최신 레이더들과 스타트업에서 개발 중인 레이더는 과거의 모호한 스캔이 아닌 라이더와 유사한 이미지를 생성할 수 있습니다”라고 설명했다. 

레이더는 신호에서 두 물체를 분리하는 데 필요한 더 높은 해상도, 특히 고도를 포함한 감지 거리와 시야 증대, 차량 통합을 위한 패키징의 소형화 등 여러 측면에서 반도체 기술의 전환과 함께 커다란 개선을 이뤄왔다. 테슬라가 사용한 것과 같은 SiGe BiCMOS 기반 레이더는 Si-CMOS 기반 레이더 대비 높은 신호 대 잡음비로 지난 10년 동안 지배적이었지만 상황이 바뀌었다. 

“Si-CMOS 기반 레이더는 트랜지스터 크기가 줄어들면서 BiCMOS 성능과 일치하고 능가할 수 있게 됐습니다. 이것의 보너스는 감소한 트랜지스터 크기로 레이더 당 더 많은 기능과 더 많은 가상 채널을 가능하게 한 것입니다. Si-CMOS 레이더는 2019년에 시장에 진입했는데, 아직은 널리 사용되지 않고 있고 스타트업의 최고 성능 레이더도 시장에 출시되지 않았습니다.” 

테슬라가 사용한 당시의 ARS4-B에는 8개 채널이 있었다. 이후 업계는 12개 채널로 이동했다. 현재는, 콘티넨탈의 최신 레이더 ARS 540(with NXP)은 192개 채널을 갖고 있다. 이처럼 레이더 산업에는 OEM, 티어 1 및 주요 플레이어들의 투자와 함께 상당수의 기업이 혁신적인 레이더 제품을 내고 있다. 예를 들어, 알베이(Arbe), 오큘리(Oculii)와 같은 플레이어는 완전한 이미징 레이더 제품을 공급할 뿐만 아니라 발레오와 같은 티어 1과 협력해 새로운 레이더 디자인에 들어가 있다. NXP 등 전통적인 칩 업체를 비롯해 마그나의 192채널 ICON 레이더로 유명한 운더(Uhnder), 메타웨이브(Metawave), 에코다인(Echodyne), 바야(Vayyar)와 같은 플레이어들이 자동차 산업의 주요 플레이어들에게 핵심 컴포넌트를 공급하려 하고 있다. ‘Automotive Radar 2022-2042’에서 다루는 이들 기업의 레이더는 200개 이상 가상 채널을 갖고 있고, 알베이의 2,304채널처럼 2,000채널 이상을 지원키도 한다.






카메라 + 이미징 레이더

“테슬라를 비난한 것이 아닙니다. 많은 새로운 자동차 모델들이 비슷한 처지에 있고, 차량의 긴 수명주기(일반적으로 10년)가 문제의 일부입니다.” 제프 박사가 말했다.  

자동차 제조업체가 오늘 새 모델을 출시하고, 판도를 바꿀 새 레이더가 내일 시장에 출시되면, 이 레이더가 차에 장착되는 데에는 최대 10년이 걸릴 수 있다. 제품 주기가 끝날 무렵 차에 장착된 하드웨어는 이미 5년에서 10년 또는 그 이상 된 것일 가능성이 크다. 제프 박사는 테슬라의 센서군이 2016년에 정의됐기 때문에 하드웨어에 큰 변화가 있기까지는 최대 2026년까지 봐야할 수 있다고 짐작했다. 

“테슬라는 차량 대부분을 소프트웨어 정의로 했기 때문에 이런 문제를 해결할 수 있습니다. 무선 업데이트를 통해 수명주기 동안 제품을 반복적으로 개선합니다. 카메라 기반 시스템은 카메라가 풍부한 데이터를 생성하고 해당 데이터를 최대한 활용하기 위한 소프트웨어 개선사항이 제공되기 때문에 잘 작동할 수 있습니다. 그런데 여기서 레이더의 이미징 잠재력도 큽니다.”

IDTechEx는 새로운 레이더의 높은 성능이 레이더에 대한 테슬라의 태도를 재고토록 설득할 수 있을지 모른다고 본다. 테슬라는 레이더 없는 비전 온리 접근 방식으로 잘할 수 있을지 모르지만, 제프 박사는 이것이 테슬라의 성능 잠재력을 저해할 것이라고 본다.

“테슬라는 인간이 시각으로만 운전하기 때문에 차도 시각으로 운전할 수 있어야 한다고 주장합니다. 이것은 사실이지만, 폐쇄적인 사고방식일 수 있습니다. 예를 들어 인간은 두 눈으로 운전하지만, 여기에 선택의 여지가 많지 않기 때문입니다.”

레이더 센서에서 사용할 수 있는 성능은 빠르게 성장했고 지난 10년간 이미징 성능은 한 차원 더 향상됐다. 열악한 해상도와 같이 레이더 채택을 방해했던 속성들은 사라지고 레이더는 많은 카 메이커에게 높은 수준의 자율주행을 위한 핵심 센서로 인식되기 시작했다. 기업들은 악천후, 열악한 조명 및 간섭에 대해 장거리와 놀라운 견고성을 유지하면서 라이더와 경쟁할 수 있는 해상도를 가진 이미징 레이더를 약속하고 있다. 
이런 레이더는 자율주행을 위한 궁극의 센서로 얘기되던 라이더와 충돌할 전망이다.

“이제 레벨 3 차가 등장하기 시작했습니다. 제가 아는 한, 그들 모두에는 5개 이상의 레이더가 있고, 대부분 1개 또는 2개의 라이더를 갖고 있습니다. 하지만 레벨 4까지 레이더가 라이더보다 우세할 것으로 생각합니다. 비용이 항상 자동차 제조업체의 핵심 요소이기 때문에 레이더와 함께 되는 레벨 3 모델을 얻을 수 있다면 5~10배 더 비싼 라이더보다 이것이 좋습니다.” 

상호 보완이 잘 되는 카메라와 레이더는 레벨 2에서 레벨 5까지 광범위하게 사용될 것이다. 차가 종방향, 횡방향 제어를 동시 수행하려면 센서 융합이 필요하다. 예를 들어, 레벨 2+, 레벨 3의 고속도로 파일럿은 멀리 내다보며 최대 130 km/h의 속도로 차선 변경을 하고 저속주행 차량을 추월하면서 안전 공간과 거리를 확보할 수 있어야 한다. 이제 탐지 범위가 제한되고 필요 공간 식별을 위한 해상도가 부족했던 레이더의 한계가 제거돼 코너 케이스와 리던던시 측면에서 요구되던 라이더의 필요성이 크게 줄고 있다. 특히 비용 측면에서 레이더는 선호될 수밖에 없다.   

“레이더의 비용은 지금과 비슷할 것이라고 믿습니다. 새로운 반도체 기술은 단일 칩에 더 많은 기능을 제공하고, 이런 칩은 더 비싸지만 여러 컴포넌트를 대체하고 더 작은 디자인을 제공할 수 있어 전체 레이더를 더 저렴하게 합니다. 비용은 유사하게 유지되고 성능은 향상될 것입니다. 심지어 이미징 레이더는 자동차 외부의 일부 시장에서도 매우 확립된 기술인 라이더와 경쟁할 수 있다고 봅니다.” 제프 박사가 말했다. 




 

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