토요타 Arene OS 양산 적용 및 전략

토요타는 VW의 VW.OS 개발 방식을 모니터링하면서 전략을 수정해왔다. 토요타가 공식적으로 Arene OS 전략을 발표한 것은 2022년 12월. 토요타는 ‘스마트폰化가 되어가는 자동차 SW 생태계’란 SDV 개방형 생태계로의 전략을 발표하고, 스마트폰 앱 생태계처럼 자동차도 개방형 생태계를 만들어야 하며, 그러기 위해서는 통합개발 IDE가 가장 중요하다고 언급했었다.



글 | 채승엽 대표, PopcornSAR, sychae@popcornsar.com 

채승엽 대표는 AUTOSAR 분야에서 16년 이상 개발 활동을 하고 있다. 2008년~2010년 10월까지 일본 JASPAR에서 Classic Platform 표준화 활동에 참여했고, 2017년부터 AUTOSAR 협회에서 Adaptive Platform 표준화 멤버로 활동하고 있다. 2014년 AUTOSAR Adaptive Platform 전문기업 PopcornSAR를 창립해 Adaptive Platform 도구 및 스택 국산화에 성공했다.


연재기획: 
1. 중국 SDV API 표준 양산 적용과 일본 정부의 긴급대책 (autoelectronics.co.kr)
2. 토요타 Arene OS 양산 적용 및 전략
3. 우리나라의 SDV 현황 및 방향 
4. 미국 GM, Stellantis의 SDV 전략 및 현황
5. 독일 VW와 Bosch의 SDV 전략 및 현황
6. AWS Cloud Native 개발 환경으로 양산 적용한 Volvo와 BMW 

 


토요타 Arene OS 전략 

토요타는 지난해 1,000만 대 이상을 판매한 세계 1위 자동차 회사다. 토요타는 2023년 회계연도(2023년 4월 ~ 2024년 3월)에 일본 제조업 사상 처음으로 영업이익 5조 엔(약 47조 원)을 돌파했다. 매출은 45.9조 엔. 그런데 전기차(EV) 판매량은 1만 대에 불과했다. 2023년 기준 지난 20년 동안 세계에서 가장 많이 판매된 자동차 모델 토요타 Corolla의 자리는 테슬라 전기차 Model Y의 차지가 됐다(약 123만 대). 토요타는 올해 전기차와 인공지능(AI) 등을 중심으로 총 1.7조 엔을 투자키로 했다.
 
토요타는 AUTOSAR의 Core 파트너로서 AUTOSAR 창립 회원사다. 토요타의 Arene OS가 처음 언급된 것은 2021년 1월. 2018년 3월 미국 실리콘 밸리서 설립한 선행개발 연구소인 TRI-AD가 ‘Woven’이란 회사로 변경될 때부터다. 당시는 SDV 실현을 위한 오픈 플랫폼으로 토요타 관련 회사만 사용할 수 있었다. 토요타는 VW의 VW.OS 개발 방식을 모니터링하면서 전략을 수정해왔다.

토요타가 공식적으로 Arene OS 전략을 발표한 것은 2022년 12월. 토요타는 ‘스마트폰化가 되어가는 자동차 SW 생태계’란 SDV 개방형 생태계로의 전략을 발표한다(표 2). 토요타는 스마트폰의 앱 생태계처럼 자동차도 개방형 생태계를 만들어야 하며, 그러기 위해서는 통합 개발 IDE가 가장 중요하다고 언급했다.

[ 참고로 일본 자동차 회사들의 SDV 전략은 일본 Tech Play에서 온라인 이벤트 서비스로 라이브 방송이 진행된다. 6개월 후면 그들의 Youtube 채널에서 일부 공개된다(표 1). Q/A가 방송의 1/3이다. 좋은 정보가 많지만, Youtube 채널에서는 공개되지 않는다. ]

 

	Arene OS 전략 공개 영상(일본어)
1	자동차 진화의 궤적 https://www.youtube.com/watch?v=fm5uKSzwVAk
2	공장을 포함한 SW 퍼스트는? https://www.youtube.com/watch?v=faVzD8m6c1A
3	차량용 OS인 Arene OS는 왜 개발 되었는가? https://www.youtube.com/watch?v=x5x89nSRUE0
4	OS가 제공되면 새로운 기능을 업데이트 https://www.youtube.com/watch?v=bTlhnZ6JNHc

표 1 | Arene OS 전략 공개 영상(Youtube)


- 토요타는 자동차 개발, 서비스 및 App 개발
- Woven은 Arene OS 개발(통합개발 IDE 포함)

토요타는 도쿄 니혼바시에 Woven을 두고 토요타와 Woven 직원이 함께 협업해 자동차의 새로운 SW 세계를 추구하기 시작했다.


표 2 | 스마트폰化 되어가는 자동차 SW 생태계


Arene OS를 도입해 HW와 SW 분리 

토요타는 전 세계 200개 이상 국가와 지역의 다양한 사용자 요구사항을 충족시키기 위해, 수많은 차종과 등급/옵션 종류(파워트레인, 내부장비, 조작 패널, 안전장치 등)를 개발하고 있다. 이는 조합이 많고 복잡해 각각의 Variation(자동차 모델) 별로 퍼즐을 맞추는 정교한 접근이 요구된다. 토요타는 Arene OS를 도입해 HW와 SW를 분리함으로써 Application 개발의 자유도를 크게 향상시킨다. Arene OS는 HAL (Hardware Abstract Layer) API로 HW 차이를 신경 쓰지 않고 차량 Application 개발에만 전념할 수 있게 한다. HW와 SW를 완전히 분리하기 위해서는 기존 차량 내에 얽혀 있는 와이어하네스 설계 전체를 교체해야 하며, 이를 위해서는 E/E 아키텍처를 재설계해야 한다.

토요타의 특이사항은 4가지 ‘공통 ECU’로, AD/ADAS, Cluster, IVI, Central을 지정하고 모든 자동차 모델에 동일한 ECU를 사용할 수 있게 하는 것이다. 공통 ECU를 대량 생산함으로 원가절감 실현하겠다는 것이다.

* MM : Multi Media 컨텐츠 Application




그림 1 | Arene OS를 도입해 HW와 SW를 분리, 그리고 공통 ECU 도입



토요타의 ‘공통 ECU’로 개발 자유도 향상     

1)　ECU 하드웨어 설계 측면　　　　　　
기존에는 Variation(다양한 차종과 등급, 옵션의 조합) 별로 ECU를 각각의 티어 1에서 최적화 설계를 했지만, 공통 ECU를 대량생산하는 방식을 도입하기 위해 HW의 I/O 회로를 범용화 설계함으로 설계 자유도를 높이고 개발 공정을 단축시켰다.




그림 2 | ‘공통 ECU’ 적용을 위해 HW의 I/O 회로를 범용화


2) 공장 운영 측면    
기존에는 Variation(다양한 차종과 등급, 옵션의 조합) 별로 ECU를 각각의 티어 1으로부터 공급받았으나, Arene OS 도입으로 메가 서플라이어가 공통 ECU를 개발하고 기존 티어 1은 SW만 납품해 DB서버로부터 OTA로 차량에 맞는 SW를 자동 업데이트하는 방식으로 변경된다.




그림 3 | ‘공통 ECU’ 적용으로 기존 티어 1은 SW만 납품하는 구조


3) 공통 ECU 간 차량 이더넷 지원과 지원되지 않는 방식 모두 지원 
차량 이더넷은 자율주행 레벨 2 이상 고급 기능에 필수이지만, 중저가 차에 적용할 경우 원가가 높아져 모두 적용할 수 없다. 그래서 공통 ECU는 차량 이더넷이 사용되는 것, 그리고 사용되지 않는 경우 CAN 통신으로 처리할 수 있게 한다. 공통 ECU의 HW에서 이더넷 부분을 제거하고 SW만 재설치해 공통 ECU를 그대로 사용할 수 있게 한다. HW와 SW가 분리되면 이것도 가능하다. 공통 ECU에 연결된 타 ECU도 SW에 의해 네트워크 재배치가 가능해야 한다. 이 기능을 구현하기 위해서는 SDN (Software Defined Network) 기술이 필요하다. JASPAR는 2023년 8월 4일 SDN을 표준화해 공개했다. Dynamic PNC (Partital Network Cluster) 기술이라고도 한다. CAN Transceiver는 PNC를 지원하는 반도체를 사용해야 한다. 

JASPAR의 SDN 표준화 문서 (일본어/영어): 
https://www.jaspar.jp/standard_documents/detail_disclosure/690?select_tab=all


4) 차량 판매 후, 별도 하드웨어 추가구매 및 업데이트 지원
ADAS, 급속충전 시스템 등 차량 구매 시 없던 기능을 별도 하드웨어의 추가구매 및 장착해 기능 업데이트를 할 수 있다.
그림 4와 같이 Arene OS가 적용된 4개 공통 ECU와 서로 다른 모델의 Cluster 및 IVI 화면 소프트웨어 변경을 VR 시뮬레이터에서 테스트할 수 있다.




그림 4 | Arene OS가 적용된 4가지 공통 ECU와 VR 시뮬레이터



Arene OS에서 90% 통합개발 환경(IDE) 확보가 중요    

Arene은 운영체제 (OS) 뿐만 아니라, 소프트웨어 개발 도구와 플랫폼, 통합개발 환경(IDE), 데이터 센터까지 아우르는 광범위한 영역을 포괄한다. Arene의 핵심은 소프트웨어 개발, 테스트 및 시뮬레이션을 위한 통합개발 환경(IDE)이란 점이다. 이를 통해 차에 탑재되는 애플리케이션을 자유롭게 개발할 수 있다. 이는 3rd Party Application 개발을 위해서도 공개될 예정이다. 새로운 통합개발 환경(IDE)의 중요성은 2020년 1월 독일 VW의 VW.OS에 대한 해외 유료 세미나에서도 VW가 강조한 부분이다. 따라서 PopcornSAR도 2017년부터 SaaS 기반 새로운 통합개발 환경(IDE)을 개발해왔다. 현재 이것은 SOAFEE가 말한 Cloud Native Development와 같은 의미다.




그림 5 | SW 개발은 통합개발 환경(IDE)에서 이뤄짐.



Arene OS 개발은 쉽지 않았다  
 
Arene OS 상용화 지연과 함께 토요타에는 2023년 4월 50대의 젊은 코지 사토 사장이 부임했다.
그는 1969년생으로 와세다 대학 기계공학과를 졸업한 뒤 1992년 토요타에 입사해 렉서스의 수석 엔지니어, 부사장, 토요타의 최고 브랜드 책임자 등을 거쳤다. 그는 2023년 10월 Woven을 토요타의 완전 자회사(Woven By 토요타)로 만들었다. 
2024년 4월에는 덴소가 계열사인 AUTOSAR 전문기업 AUBASS(2016년 설립)를 흡수 합병했다. 덴소는 Classic AUTOSAR와 Adaptive AUTOSAR를 직접 개발하면서 AUTOSAR 협회 프리미엄 플러스 파트너로 활동한다. 
2023년 10월 1일 Arene OS 개발 관련 각각의 역할이 정해졌다.



표 3 | Arene OS와 플레이어들의 역할


토요타는 VW의 SW 내재화 실패 후 ‘전략적 파트너십’ 구축으로 전략을 변경한 것과 같게 2024년 5월 ‘전략적 파트너십’을 구축해 진행키로 선언한다.

Arene OS, 전략적 파트너십으로 SDV 실현:
https://toyotatimes.jp/report/financial_results_2024/003.html?padid=ag478_from_newsroom

Arene OS는 2025년 처음으로 토요타 모델에 탑재돼 등장할 예정이다. 토요타는 2026년 차세대 배터리 전기차(BEV)인 렉서스(LF-ZC)에서 Arene OS를 안정화시킨 후 전 차종으로 이를 확대할 계획이다. 하지만, 토요타는 2024년 1월 일본 국토교통성으로부터 형식승인 부정에 대한 실태조사를 받았고, 2024년 6월 2014년 이후 생산된 7종의 차량 인증 과정 부정에 대한 기자회견을 실시하는 등 Arene OS 추진에 난항을 겪고 있다.




그림 6, 7 | Arene OS가 적용된 렉서스 전기차 LF-ZC


덴소의 기반 SW 기술부 
PopcornSAR에 제품 구매 및 컨설팅 요청    

2018년 1월 PopcornSAR는 일본 Automotive World 전시회에서 온프라미스 서버 형태로 SaaS 기반 Adaptive AUTOSAR R17-10 제품을 전시했다. 이때 덴소가 3번이나 부스를 방문했고 2018년 3월까지 납품을 요청했다. PopcornSAR의 첫 해외수출이었다.

그들은 Adaptive AUTOSAR가 왜 필요한지 컨설팅을 요청했고, 이후 1년간 PopcornSAR 제품을 평가했다. 당시 독일 Vector도 Adaptive AUTOSAR R17-10 제품을 준비 중인 시점이었는데, 덴소는 Vector에 알파 버전을 요청해 PopcornSAR 제품과 비교 평가했다.
2020년 4월 22일 덴소 계열사 AUBASS가 PopcornSAR의 AutoSAR.io 설계 도구에 대한 독점계약을 체결하면서 이 제품이 Woven, AISIN, 덴소, TOKAI RICA, 마쓰다 등에 납품됐다. PopcornSAR는 덴소에 R18-10, R19-03, R19-11, R20-11 등 표준 버전을 지속적으로 납품하면서 제품 피드백을 받고 있다. 

한편, AUBASS는 2024년 4월 1일부로 덴소에 흡수합병되면서 사라졌다. Arene OS의 AUTOSAR 부분 안전화를 가속하기 위해 덴소 자체개발로 전략이 수정됐기 때문이다. 이와 유사한 형태로 보쉬는 AUTOSAR 전문기업인 ETAS를 자회사로, 콘티넨탈은 AUTOSAR 전문기업 Elektrobit를 2015년에 인수했다. 차이는 보쉬와 콘티넨탈은 해외 여러 OEM 대응을 목표로 AUTOSAR 전문기업을 자회사로 둔 반면, 덴소는 오로지 토요타의 Arene OS에 집중한다는 점이다.  



그림 8 | 덴소에 대한 SaaS 기반 Adaptive AUTOSAR R17-10 판매 및 컨설팅(2018)


Arene OS의 개방형 생태계 고려      

Arene OS는 자동차의 지능화를 가속화하고 고객에게 새로운 가치를 제공하는 최첨단 소프트웨어 플랫폼으로 아래와 같은 3가지 핵심을 갖고 있다(그림 9).

1) 도구: 자동차 소프트웨어의 효율적인 개발/평가를 위한 도구 세트
2) 소프트웨어 개발 키트(SDK): 최첨단 소프트웨어를 차량에 쉽게 통합하기 위한 개발 키트
3) 사용자 상호작용(UI): 사람과 자동차, 자동차와 사회의 상호작용 메커니즘

그리고 Arene OS는 차량 서비스 기능을 200개 이상 제공한다.
Arene OS는 POSIX OS 기반으로 AGL과 QNX 위에 덴소가 자체개발한 Adaptive AUTOSAR를 적용했다. 또 개방형 생태계의 3rd Party Application 개발을 지원할 수 있도록 SDK를 배포했다.
개발 환경은 데스크탑에서 개발용 IDE를 위한 Docker Container와 가상제어기용 Docker Container를 사용한다. 그리고 개발용 IDE를 위한 Docker Container에 Arene SDK가 설치된 상태다. Application 개발이 완료되면 가상제어기용 Docker Container에 복사해 기능 검증 테스트를 진행할 수 있다. 일반적으로 IVI나 Cluster를 개발할 때 QEMU이 GUI를 사용하지만, Arene OS는 QEMU를 사용하지 않고 Docker Container를 통해 GUI 확인이 가능한 방식을 사용한다. 이 방식은 AGL에서 오픈소스로 Wayland Protocl을 사용해 AGL-Compsitor와 Docker container가 연동돼 GUI가 출력된다.

토요타의 AGL 참고 동영상(AGL 채널):
https://www.youtube.com/watch?v=hYLqW-0eb1E&t=1274s 




그림 9 | Arene OS 구성도


일본 SDV의 전략적 방향

2024년 5월, 일본 정부의 ‘모빌리티 DX 전략’ 요청으로 일본 3사(토요타, 닛신, 혼다)는 AUTOSAR 중심 개방형 생태계로 전략을 재수정하고 있고, 일본 3사에서 3rd Party Application을 연동할 수 있는 방향으로 가고 있다(그림 10). 토요타는 Arene OS로 준비를 하고 있으나, 북미시장을 목표로 2024년 3월 혼다는 SDV 투자금 보강, 닛산은 SDV 개발을 앞당기기 위해 혼다-닛산 SDV연합을 공식 선언했다. 하지만 아직 구체적인 SDV 연합 방향을 내놓지는 못했다. 일본 정부의 이 ‘모빌리티 DX 플랫폼’ 단체 및 SDV API 표준화 진행도 지켜봐야 하는 상황이다.




그림 10 | 일본 경제산업성이 일본 3사에 요청한 개방형 생태계

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AEM_Automotive Electronics Magazine