[칼럼] 안전하고 스마트한 자동차를 만드는 6가지 반도체 기술

 

범퍼에서 범퍼, 루프에서 바퀴까지 자동차에는 그 어느 때보다도 혁신적이고 효율적인 반도체 기술이 적용되고 있습니다.

오늘날 자동차는 전력을 공급하고, 감지하고, 정보를 처리하는 반도체가 약 200~2,000개 정도 탑재되어 우리를 안전하게 보호해줍니다. 반도체 기술의 혁신을 통해 자동차 제조업체는 기술적으로 가장 진보한 자동차를 만들 수 있게 되었습니다. 

그렇다면 이러한 첨단 반도체 기술이 운전자에게 어떤 영향을 미칠까요?

필자가 차량용 반도체 업계의 일원인 것이 흥분되는 이유 중 하나는 제가 차량에서 무엇을 원하고 필요로 하는지 생각하는 운전자이면서 동시에 자동차 제조업체가 미래의 자동차를 설계하는 기술에 영향을 미치는 엔지니어라는 점입니다. 오늘날 운전자가 차량에 기대하는 바는 20년 전과 크게 달라졌습니다. 과거 운전자의 주된 관심사는 A 지점에서 B 지점으로 이동하는 방법이었습니다. 그들은 얼마나 안전하게 이동할 수 있는지, 얼마나 빠르게 목적지에 도착할 수 있는지를 중요하게 여겼습니다.

오늘날 자동차는 필수 이동 수단입니다. 이제 운전자는 자율 주행이나 온도 조절이 가능한 시트를 구현할 수 있는 센서와 같은 편안함과 편의성을 제공하는 기능을 기대합니다. 운전자는 서라운드뷰 카메라(Surround-view Camera)나 탑승자 또는 뒤에 남겨진 물체를 감지할 수 있는 시스템과 같은 향상된 차량 안전성과 지능을 요구합니다. 전기차(EV)의 성장과 함께 지속가능성도 우선순위가 되었습니다. TI의 기술은 자동차를 더 스마트하고 안전하게 만들기 위한 이러한 운전자의 기대를 실현하는 데 도움을 주고 있습니다.

시스템 진화

반도체 혁신을 통해 자동차 시스템은 계속 발전하고 있으며 더욱 안전하고 즐거운 운전자 경험에 기여하고 있습니다. 이러한 시스템 중 몇 가지를 살펴보겠습니다. 

첨단 배터리관리시스템(Battery Management Systems, BMS)은 배터리의 충전 상태(State of Charge , SOC)와 건강 상태(State of Health, SOH)를 더 정확하게 파악하고 특성화하여 운전자가 더 먼 거리를 이동할 수 있도록 지원합니다. 배터리 모니터링 기술의 진보는 DC 고속 충전 또는 교환 배터리와 같은 기능을 통합하여 전기차 충전 시간과 총 소유 비용을 개선하고 전기차의 배터리 주행 거리를 연장하고 새로운 충전 환경을 구현합니다. 

무선 BMS(wireless BMS, wBMS), 트랙션 인버터, 온보드 충전기(OBC), DC/DC 충전기, 냉난방 시스템 등 여러 시스템에 걸쳐 효율성을 개선하고 무게를 줄이면 운전자가 1회 충전으로 이동할 수 있는 주행 거리를 더욱 향상시킬 수 있습니다. 

최대 800V의 전압을 지원하는 전력전자는 고효율 전력 변환과 증가된 전력 밀도를 지원하며, 빠르고 효율적인 충전을 구현할 수 있도록 절연 방식을 고를 때 더 많은 선택지를 제공합니다.

첨단운전자보조시스템(ADAS)은 차량이 카메라와 레이다 센서로 주변을 정확하게 감지하고, 센서 데이터를 안정적이고 안전하게 전송하며, 데이터를 처리하고 통신하여 실시간 결정을 내릴 수 있도록 신뢰할 수 있고 지능적인 기술을 필요로 합니다. 

이러한 시스템이나 전자제어장치(ECU)의 구조도 바뀌고 있습니다. 전기/전자(E/E) 아키텍처는 ECU가 기능 대신 자동차 내 위치에 따라 제어되는 영역 아키텍처(zone architecture)로 발전하고 있습니다. ADAS, 공조 시스템 등 이전에는 통합되지 않았던 시스템이 이제는 영역화(localization)되어 복잡성이 줄고 소프트웨어를 통해 기능을 구현할 수 있게 되었습니다. 소프트웨어 정의 차량(software-defined vehicle, SDV) 아키텍처에는 빠르고 안전한 통신 네트워크, 정확한 센서, 스마트하고 효율적인 부하 액추에이터, 효율적인 전력 분배, 고성능 중앙 집중식 컴퓨팅 시스템이 필요합니다.
 

6가지 기반 기술

더 안전하고 스마트한 차량을 구현하는 데 도움이 되도록 각 시스템의 발전을 촉진하는 6가지 기반 기술이 있습니다.

첨단 감지 기술: 더 정확한 레이다, 전류, 전압 및 위치 감지 등 첨단 감지 기술은 차량 전반의 안전성과 신뢰성을 달성하는 데 중요한 역할을 합니다. 

전력: 차량 전반에 걸친 전력 기술은 더 작은 풋프린트에서 더 높은 전력 밀도와 효율성을 구현해야 합니다. 소형 패키지의 통합 솔루션, 열 관리가 덜 필요한 보다 효율적인 스위칭 레귤레이터, 향상된 보호를 위한 진단 기능을 통해 이러한 요구사항을 달성할 수 있습니다. 

고전압 시스템: 전기차의 업계 목표를 달성하려면 최대 800V 이상의 고전압 시스템이 필요합니다. 우리의 고전압 기술은 절연과 최첨단 전력 변환 토폴로지를 통해 향상된 안전성을 위한 성능과 신뢰성을 제공합니다. 

안전한 데이터 전송: 차량 내부는 물론 외부로 전송해야 하는 데이터의 양이 증가하고 있습니다. TI의 인터페이스 포트폴리오는 신호 무결성을 유지하면서 안전한 데이터 전송에 필요한 대역폭 요구를 충족합니다. 데이터 요구에 따라 확장 가능한 유연한 대역폭을 위한 유무선 솔루션이 그 예입니다.

모터 제어: 기능안전성을 준수하는 디바이스는 다양한 모터 제어 애플리케이션에 신뢰성과 확장성을 제공합니다. 제어 알고리즘이 포함된 통합 마이크로컨트롤러, 아날로그-디지털 컨버터가 통합된 모터 드라이버, 정밀한 움직임을 검출하는 감지 IC가 그 예입니다. 

프로세싱: 차량의 두뇌에 해당하는 프로세싱 없이는 차량을 더 스마트하게 만들 수 없습니다. 단순한 기능부터 고도의 자율주행 애플리케이션을 지원하는 복잡한 프로세싱까지 생각해 보세요. 

오늘날 자동차는 운행에 20년 전과 같은 제약을 받지 않으며, 20년 후의 자동차는 무엇을 할 수 있을지 기대가 됩니다. 합리적인 가격으로 최상의 경험을 제공하면서도 더 안전한 운전 경험을 제공하는 것은 이제 시작에 불과합니다. 반도체가 어떻게 최첨단 자동차 기술을 견인하고 운전자 경험을 재정의할지 기대가 됩니다.


 

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Q&A

텍사스 인스트루먼트(Texas Instruments, 이하 TI)는 15일 '더 안전하고 스마트한 차량을 만들어 나가는 6가지 핵심 반도체 기술과 TI의 역할'에 관한 온라인 미디어 브리핑을 가졌다. 다음은 이날 발표를 진행한 펀 윤(Fern Yoon) TI 오토모티브 시스템 엔지니어링 및 마케팅 총괄 디렉터와의 일문일답이다. <윤범진 기자>


AEM: 반도체 공급 문제는 없을까요?
Yoon: 2021년 초부터 지난해 상반기까지 이어졌던 차량용 반도체 공급 부족으로 인해 전 세계 완성차 업체가 초유의 생산 차질을 겪었습니다. 자체 반도체 웨이퍼 제조 공장(Fab)을 보유하고 있는 TI는 제조 역량을 확대하여 자동차 산업 고객사의 수요에 대응할 수 있도록 노력하고 있습니다. 과거 데이터를 살펴보면, 반도체는 40개월 주기로 움직이기 때문에 2025년에 다시 수요 피크가 있을 것으로 예상합니다. 이에 맞춰 TI는 생산 능력을 끌어올리기 위해 제조 설비 투자를 단행하고 있습니다. 현재 텍사스주 리처드슨과 유타주 리하이에 있는 기존 300 mm 팹을 증설하고, 텍사스 주 셔먼(Sherman)에 새로운 300 mm 웨이퍼 팹을 건설 중입니다. 또한, 말레이시아 쿠알라룸푸르와 멜라카에 있는 기존 조립 및 테스트 공장 2곳을 확장하여 수요 피크에 대비하고 있습니다.

AEM: 2021년 초 무선 BMS 솔루션을 출시했습니다. 양산 적용 사례가 있나요?
Yoon: 무선 BMS 적용 사례는 있지만 대규모 양산 모델에 아직 적용되지는 않았습니다. 현재 3곳의 글로벌 자동차 OEM과 협력 중입니다.

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