차세대 차량을 지원하는 마이크로컨트롤러

전동화, 맞춤화, 자동화, 커넥티비티에 대한 ST의 확장된 차량용 마이크로컨트롤러 로드맵은 소프트웨어 정의 자동차 등 차세대 자동차를 지원하는 최고의 안전 및 보안 표준을 보장하면서 고객이 복잡성, 효율성을 개선하도록 지원하는 데 중점을 두고 있다. ST는 제품 차원 전반에 걸쳐 공통 기반을 구축하고 견고한 자동차 품질에 주력함으로써 최소 128KB부터 64MB 메모리, 가상화를 통한 단일 코어 연산부터 멀티 코어 연산까지, ‘광범위’하면서 각 시리즈가 특정 기능에 맞춤화된 ‘심층적’이고 포괄적인 제품군을 통해 폭넓은 시장에 서비스를 제공한다. 스텔라 P 및 G 시리즈는 통합에 중점을 두고, STM32A는 가치에 최적화돼 효율성과 단순성을 우선시하는 단일 코어 애플리케이션을 대상으로 한다. ST의 레미 엘-우아잔 사장의 글을 전한다. 

글 | 레미 엘-우아잔(Remi EL-OUAZZANE), MCU, 디지털 IC 및 RF 제품 그룹 사장, STMicroelectronics








ST마이크로일렉트로닉스(STMicroelectronics, ST)는 30년 이상 자동차 시장에서 고객에게 서비스를 제공해 왔으며, 일반 자동차의 애플리케이션 대부분을 포괄하는 제품과 솔루션을 다양하게 제공하고 있다. 시장의 발전에 따라 ST 제품도 발전해 왔으며, 그 핵심은 차량용 마이크로컨트롤러(MCU)다.
ST는 ST10으로 임베디드 비휘발성 메모리(eNVM)를 개척한 후 PowerPC 아키텍처 기반의 SPC5 제품군으로 차량용 마이크로컨트롤러를 출시하며 10억 개 이상 MCU를 자동차 분야에 출하했다. STM8 제품군의 비용 효율적인 차량용 컨트롤러가 이를 보완했다.


ST의 스텔라 제품군  

ST의 최신 세대 차량용 마이크로컨트롤러는 스텔라(Stellar) 제품군으로, 로우엔드부터 하이엔드 솔루션까지 전체 차량용 MCU 스펙트럼을 아우르는 업계 최초의 Arm 기반 포트폴리오다. 이런 첨단 마이크로컨트롤러는 복잡성을 줄이고, 안전과 보안을 보장하며, 차세대 차량 아키텍처 및 기능에 최적화된 성능과 효율성을 제공한다. 

고객은 개발 시간을 단축하고, 경쟁이 치열한 시장에서 소프트웨어 정의 자동차(SDV)의 혁신과 차별화를 실현하는 데 집중할 수 있다. 이런 이유로 스텔라 제품은 특히 아시아와 유럽 고객 사이에서 급부상하고 있다.
스텔라는 eFlash 이후 업계에 처음 등장한 신기술 제품군으로, 시장에서 가장 완성형에 가까우면서도 가장 작은 메모리 셀 자동차 등급 솔루션을 대표한다. 스텔라 제품군은 X-in-1 차량 모션 제어 컴퓨팅, 새로운 차량 아키텍처, 존 및 도메인, ADAS와 같이 안전 중심 하위 시스템을 지원하는 안전 MCU 등 전동화에 최적화된 제품이다.

스텔라는 여러 기능을 단일 장치에 안전하게 통합하고 차량에 새로운 기능을 지속적으로 통합할 수 있도록 함으로써 자동차 혁신을 완벽하게 지원한다. 이는 올바른 핵심기술 선택, 가상화, 이더넷 지원, 차량용 MCU에 내장된 획기적 메모리 기술 등 주요 기술을 통해 가능하며, 애플리케이션 메모리 크기 조정으로 어려움을 겪는 고객에게 획기적 변화를 가져다줄 것이다.

스텔라 MCU는 Arm® Cortex®-R52+ 기술을 기반으로 한다. 이 고성능 프로세서는 시간이 중요한 안전 및 보안 시스템을 위한 실시간 가상화 지원을 제공한다. 간섭 없이 여러 애플리케이션을 동시에 실행할 수 있다. 또, 완전 프로그래밍이 가능한 보조 코어 덕분에 라우팅, 저전력 관리, 디지털 필터링과 같은 특정 기능을 가속화하는 동시에 메인 코어를 오프로드할 수 있다.

Arm의 오토모티브 사업부 총괄 매니저 겸 수석 부사장인 딥티 바차니(Dipti Vachani)는 “AI 및 소프트웨어 정의 자동차 시대에 운전자 경험이 계속 진화함에 따라 자동차 기능안전성, 유연성, 실시간 성능 기능의 발전은 필수적”이라면서 “Arm 기반으로 구축된 스텔라 마이크로컨트롤러 제품군은 Arm 컴퓨팅 플랫폼의 첨단 안전 및 실시간 기능뿐만 아니라 광범위한 Arm 소프트웨어 에코시스템을 활용하고, 이를 통해 자동차 제조업체는 엄격한 안전 규정을 준수하는 동시에 혁신적 기능을 구현하면서 자동차 업계의 선두를 유지할 수 있다”고 설명했다. 

스텔라 MCU는 차량에 이더넷 기능을 도입하게 해주며, 이더넷 스위치를 내장한 최초의 ST MCU이다. 이더넷으로 데이터 교환이 더 효율적이고 유연해졌으며, 보안 수준이 더 높아지면서도 필요한 기가비트 처리량을 지원하게 됐다. 자동차용 MCU는 이더넷 링과 같은 다양한 차내 통신 토폴로지를 지원함으로써 배선 케이블 길이와 제조비용을 절반으로 줄인다는 약속을 이행한다.


차량 소프트웨어의 가능성을 재정의하는 PCM  

임베디드 PCM(Phase Change Memory) 기술과 유연성을 갖춘 스텔라 MCU는 OTA(Over-the-Air) 업데이트 프로세스를 혁신한다. 
자동차 업계에서 OTA 업데이트는 물리적 개입 없이 새로운 기능과 안전 또는 보안 패치를 추가하는 데 매우 중요하다. 하지만 이런 유연성을 확보하려면 향후 메모리 수요를 신중하게 고려해야 하므로 비용이 증가하고 계획이 복잡해질 수 있다.

ST의 PCM 혁신은 일반적인 메모리와는 다르다. 업계에서 가장 작은 차량용 MCU 메모리 셀일 뿐만 아니라 자동차 분야의 혁신적 변화를 선도하고 있으며 차량 소프트웨어의 가능성을 새롭게 정의할 것이다. ST의 혁신적 PCM 기술로 메모리 성능은 새로운 차원의 정교함에 도달하고 있다. 이는 메모리 성능에만 국한되지 않는다. 최종 개발자가 지속적으로 기능을 개선하고 업그레이드할 수 있도록 자동차 환경에 적응성과 지속적인 가치를 제공하는 미래 지향적 솔루션이다.

자동차가 점점 더 소프트웨어 정의 방식으로 옮겨감에 따라 새로운 기능과 개선 사항을 도입할 수 있는 역량은 필수적이다. PCM의 획기적 기술은 자동차 제조업체가 차량의 지속적인 발전과 함께 경험을 개선할 수 있도록 새로운 방법을 제공하면서, 보다 적응력이 뛰어나고 미래 지향적인 차량으로의 전환을 지원한다.
PCM은 중단 없는 OTA 업데이트를 지원하는 기능도 제공한다. PCM은 차량의 현재 운행에 영향을 주지 않고 업데이트를 안전하게 저장한다. 동시 읽기 및 쓰기 기능 덕분에 새 소프트웨어를 다운로드해도 현재 MCU에서 실행 중인 애플리케이션 코드가 방해받지 않으므로 업데이트 프로세스 중에도 지속적인 성능이 보장된다. 

여러 기능을 통합하도록 설계된 스텔라 P와 SDV 존 컨트롤러 구현을 지원하는 스텔라G는 ST가 내부적으로 개발한 eNVM을 활용하는 두 가지 시리즈다. 28nm FD-SOI 기술 기반으로 제작돼 전력 소모는 줄이고 방사선 내성은 높여 최대 주파수를 달성할 수 있다. 스텔라는 기능안전성 인증을 받은 최초의 28nm 제품이며 올해(2024년) 말부터 생산에 들어갈 예정이다. 

또, 스텔라 제품군은 내연기관에서 전기 구동으로 전환하면서 보다 저렴한 비용의 전기 모빌리티를 향한 X-in-1의 성장세를 가능케 한다. X-in-1 파워트레인 솔루션은 여러 구성요소를 단일 ECU로 결합해 제조업체가 효율적이고 컴팩트하며 비용 효율적인 성능의 차량을 제작하도록 지원한다.
스텔라는 확장 가능한 X-in-1 구현을 제공하면서 낮은 통합 수준부터 높은 통합 수준까지 점점 더 많은 수의 ECU를 수용한다. 이 솔루션은 코어, 아날로그 구성요소, I/O 기능의 가용성을 향상시켜 점점 더 복잡해지는 X-in-1 시스템을 지원한다.

선와다(Sunwoda)의 설립자인 왕 밍왕(Wang Mingwang)은 “리튬이온 배터리 분야의 글로벌 선도 기업인 선와다는 전 세계 자동차 공급업체에 안정적이고 신뢰할 수 있는 전자 시스템 솔루션을 제공한다. ST와의 새로운 협력은 ST의 첨단 스텔라 마이크로컨트롤러와 독점 생산공정을 이용한 솔루션 개발에 중점을 두고 있으며, 여기에는 주로 배터리 관리 시스템, VDC/존 및 차체 제어 기능이 포함된다. 양사가 함께 중국과 전 세계에서 차세대 에너지 자동차를 강화하는 지능형 솔루션을 제공하는 것을 목표로 한다”고 밝혔다.


 

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스텔라 MCU의 기본 요소:

- 간섭 없이 여러 애플리케이션을 실시간으로 동시에 실행하는 Arm Cortex-R52+ 기술
- 낮은 전력 소모로 가능한 최대 주파수를 달성하고 방사선 내성을 강화하는 FD-SOI 기술 
- 새롭고 강력한 OTA 방법론과 진정한 EEPROM 기능
- 대용량 데이터 배포를 지원하고, 차내 통신의 다양한 토폴로지를 허용하며, 차량 제조 비용을 절감하는 이더넷 관련 IP(MAC, MACsec, 스위치) 세트 
- 라우팅, 저전력 관리, 디지털 필터링과 같은 특정 기능을 가속화하는 동시에 메인 코어의 부하를 덜어주는 완전 프로그래밍 가능 보조 코어
 

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자동차 분야에 진출하는 STM32 마이크로컨트롤러 

ST는 차량용 MCU 로드맵 확장의 일환으로 시장을 선도하는 범용 STM32 마이크로컨트롤러 플랫폼을 자동차 분야에 도입할 예정이다. 
STM32 플랫폼은 비용 최적화, 단순성, 신뢰성으로 잘 알려져 있다. 자동차 등급의 품질과 안전성으로 강화된 STM32A는 최대 ASIL B 표준을 충족한다. 이 플랫폼은 가장 단순한 기능부터 더욱 정교한 단일 작업까지 최적화된 비용으로 에지 작동을 처리하도록 설계될 예정이다. 특히 도어, 거울, 지붕을 비롯한 차량 시스템의 모터 제어와 같은 분야에 적합하다. 

시간이 갈수록 산업 및 자동차 하드웨어와 소프트웨어 플랫폼을 융합해 두 세계의 장점을 결합하게 될 것이다. 자동차 분야는 강력한 보안 전문성을, 산업은 강력한 사물 인터넷과 인공 지능 솔루션을 기반으로 한다. 융합된 미래는 하드웨어 기술, 코어 그리고 툴 및 소프트웨어를 지원하는 공통의 에코시스템을 공유하게 된다. 이런 융합으로 고객은 솔루션 간에 원활하게 전환하면서, 간소화와 완전한 확장성을 제공해 더 빠르게 혁신할 수 있다. 

에지 AI 기술은 현재 산업 애플리케이션에서 채택되고 있는 기술이 미래의 자동차 산업에 가져올 이점을 보여주는 하나의 사례다. 신경망 가속기 기술 및 관련 툴은 개발자가 데이터 과학 전문성 수준에 관계 없이 AI를 애플리케이션에 쉽게 구현할 수 있도록 지원하며, 이는 향후 자동차 시스템을 향상시킬 것이다. ST는 고객의 요구를 충족하고 에지 AI 성능을 활용하기 위해 마이크로컨트롤러, 스마트 센서, AI 소프트웨어 툴 개발에 약 10년 동안 투자해 왔다.

자동차 분야에서 자율주행 이외의 AI 도입은 아직 초기 단계지만 시스템 최적화, 에너지 효율성, 문제 해결을 지원하는 유망한 사용 사례가 새롭게 나타났다. 가상 센서의 경우, 로터 온도를 측정하고 예측 유지보수로 차량의 안정성을 보장할 수 있다. 차량에 탑재되는 센서 수가 크게 증가하면서 AI는 많은 센서를 가상화하는 데 중요한 역할을 해 자동차 성능을 더욱 향상시킬 것이다. 보안은 산업과 자동차의 융합이 상당한 이점을 창출하는 또 다른 분야이다.

이런 미래는 가장 발전되고 효율적인 18nm 공정 기술을 기반으로 한다. ST의 자동차 MCU용 첨단 기술 포트폴리오는 40nm부터 28nm, 18nm까지 다양하며, 제품 성능과 비용을 최적화하도록 엄선됐다. 


고객을 위한 IDM 모델의 이점 

종합 반도체 회사(Integrated Device Manufacturer: IDM)인 ST는 기본적인 반도체 공정 기술을 개발하고, 핵심 IP(지식 재산)를 생성하며, 이런 기술과 IP를 사용해 제품을 설계하고, 자체 시설이나 파트너십을 통해 제품을 제조, 테스트, 패키징한다. 이를 통해 고객에게 제공하는 다양한 이점은 다음과 같다.

- 다양한 시장에서 고객의 애플리케이션 요건을 충족하도록 설계 및 개선된 공정
- ST가 소유한 특정 기능 및 시스템에 최적화된 IP 블록 
- 공정, 제품, 운영팀 간 긴밀한 팀워크를 통해 핵심 성능과 수율에 최적화된 제조 공정, 제조 용량 제어 및 유연하고 안정적인 공급망 구축

이것은 자동차 고객에게 특히 중요하다.
이런 이점의 한 예로 ST가 스텔라 마이크로컨트롤러를 위해 개발한 FD-SOI와 PCM 기술의 결합을 들 수 있다. ST는 두 기술의 주요 혁신기업에 속하며, 파트너와 협력해 시장에 출시했다. ST는 이 기술을 마스터하고 자동차 애플리케이션에 맞게 조정할 수 있는 역량을 통해 독보적 이점을 갖춘 제품을 만들었다. ST의 PCM 기술 구현을 통해 업계에서 가장 작은 물리적 메모리 셀을 개발해 대체 제품보다 2배 높은 메모리 밀도를 제공하게 됐다.

이 메모리 기술은 에너지 효율, 신뢰성, 방사선 내성이 높아 PCM이 내장된 FD-SOI로 설계된 IC는 자동차 분야의 가장 엄격한 요건을 충족한다. ST의 PCM 기술은 최대 +165°C의 작동 온도에서 AEC-Q100 등급 0의 자동차 요건을 충족한다. 이 특허기술은 솔더 리플로우(Solder Reflow) 등의 과정에서 고온 데이터 보존을 지원하므로 솔더링 전에 펌웨어를 업로드할 수 있다.


혁신 달성에 필수인 에코시스템     

개발자 툴부터 안전, 보안, 데이터 교환 및 배포를 위한 특정 라이브러리에 이르기까지 광범위한 파트너 에코시스템은 ST의 포트폴리오 역량을 더욱 강화해 이 선도적인 기술을 한층 더 보완한다. 필요한 간소화 과정도 지원해 고객이 소프트웨어 정의 차량으로 전환하는 혁신 여정을 지원할 것이다. 

그린힐스 소프트웨어(Green Hills Software)의 설립자 겸 CEO인 댄 오다우드(Dan O’Dowd)는 “ST와 그린힐스 소프트웨어는 차세대 존 아키텍처에서 자동차 OEM과 티어 1이 직면하는 많은 문제들을 해결하도록 혁신적 통합 하드웨어 및 소프트웨어 솔루션을 제공하고자 긴밀히 협력하고 있다”며 “생산 과정에서 안전성이 입증된 그린힐스의 RTOS 및 툴과 ST의 스텔라 SR6만의 독보적인 커뮤니케이션 IP가 결합돼 차당 비용을 크게 절감하는 동시에 시장 출시 기간을 단축하는 첨단 내결함성 존 네트워킹을 제공한다”고 말했다.

또, 벡터(Vector)의 임베디드 소프트웨어 및 시스템 제품라인 디렉터인 조헨 라인(Jochen Rein)은 “벡터는 MICROSAR Classic을 통해 다양한 사용 사례에 맞는 안전한 ECU용 베이직 소프트웨어를 고객에게 제공할 수 있다. ST와 다년간 긴밀하게 협력한 덕분에 새로운 스텔라 MCU에 대한 지원이 이미 진행 중”이라며 “스텔라의 첨단 하드웨어를 벡터의 강력한 소프트웨어와 통합함으로써 고객은 ADAS 애플리케이션에 대해 최고 수준의 안전성과 신뢰성을 확보하고, 소프트웨어 정의 차량으로의 전환을 성공적으로 관리할 수 있다”고 강조했다.

아이소프트(iSOFT)의 루오 통(Luo Tong)부사장은 “우리는 중국의 선도적인 자동차 운영체제 개발업체이자 중국 인프라 소프트웨어를 위한 AUTOSAR의 프리미엄 파트너사다. 2016년 ST와 협력을 시작한 이후 중국 내 ST MCAL 에이전트가 됐다. 협력 대상 제품에는 SPC58/SPC56/STM8A와 같은 여러 마이크로컨트롤러가 포함되며, 양사는 향후 EasyXMen 오픈소스 운영체제를 지원하는 새롭게 출시될 스텔라 제품군에 대해서도 보다 긴밀하게 전략적 협력을 진행할 예정”이라고 말했다. 

뉴소프트 리치(Neusoft Reach), 지펭 왕(Jipeng Wang) NeuSAR CP 제품 BU 디렉터는 “우리의 소프트웨어 플랫폼인 NeuSAR는 중국의 풀스택 'AUTOSAR + 미들웨어' 양산을 주도하며, 이는 차세대 ADAS, 섀시, 파워, 차체 제어 시스템에서 널리 사용되고 있다. 뉴소프트 리치는 애플리케이션/베이직 소프트웨어, 부트로더, 리프레시, 시뮬레이션을 비롯해 ST의 SPC5 및 스텔라 E 시리즈 MCU 기반의 완벽한 솔루션을 제공하며, 이는 차세대 스텔라 P 및 G 시리즈로 보완될 예정이다. 양사는 더 높은 수준의 자동차 등급 소프트웨어 및 하드웨어 통합 솔루션을 개발하기 위해 협력해 OEM과 티어1 업체가 효율적이고 맞춤화되며 차별화된 기능을 제공하고 SDV 혁신을 가속화하도록 지원할 것”이라고 밝혔다.
 

결론

ST는 제품 차원 전반에 걸쳐 공통 기반을 구축하고 견고한 자동차 품질에 주력함으로써 최소 128KB부터 64MB 메모리, 가상화를 통한 단일 코어 연산부터 멀티 코어 연산까지, ‘광범위’하면서 각 시리즈가 특정 기능에 맞춤화된 ‘심층적’이고 포괄적인 제품군을 통해 폭넓은 시장에 서비스를 제공한다. 스텔라 P 및 G 시리즈는 통합에 중점을 두며, STM32A는 가치에 최적화돼 효율성과 단순성을 우선시하는 단일 코어 애플리케이션을 대상으로 한다.

ST의 확장된 자동차용 마이크로컨트롤러 로드맵은 차세대 자동차를 지원하는 최고의 안전 및 보안 표준을 보장하면서도 고객이 복잡성은 줄이고 효율성은 개선하도록 지원하는 데 중점을 두고 있다. 이는 전동화, 맞춤화, 자동화, 커넥티비티도 해결한다.

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