ST마이크로일렉트로닉스는 Automotive World 2025에서 SDV와 EV에 대한 존 아키텍처와 Stellar SR6 G7 라인 등을 내세웠다.
ST는 SDV의 전개와 함께 ST의 역량이 이미 그들의 제품을 통해 입증됐다고 말한다. 스텔라(Stellar) 제품군은 소프트웨어 에코시스템을 통해 개발 시간을 단축하고 규제 요건을 충족하는 동시에 미래의 소프트웨어 중심 자동차에 대비할 수 있는 고유한 가상화 기능을 갖추고 있다. 또 다른 하일라이트 STi²Fuse는 전체 하네스를 소형화하고, 소요되는 자재를 절감하며, 전체 전력 분배를 최적화한다. 그리고 실리콘 카바이드 디바이스는 새로운 수준의 효율성을 갱신한다. 이런 솔루션을 제공하는 회사는 OEM과 그들 고객의 희망과 기대를 충족하는 아키텍처를 개발하는데 있어 긴요한 파트너가 될 수 있다. ST의 글을 전한다. 

글 | STMicroelectronics



존 플랫폼과 도메인 아키텍처. 앞으로 10년 동안 우리가 운전할 자동차에서는 좀처럼 듣기 힘든 단어들이다. 대부분은 미래에 대해 생각할 때 높은 수준의 운전자 지원 기능이나 자율주행 기능을 갖춘 전기차, 모든 최신 디지털 미디어 기능이 내장된 자동차를 떠올린다. 사람들은 그런 자동차의 형태와 주행방식이 어떨지는 궁금해하지만, 이를 현실화하기 위해 보이지 않는 부분에서 어떤 변화가 필요한지에 대해서는 거의 생각하지 않는다. 하지만 존 아키텍처와 소프트웨어 정의 자동차(SDV)로의 전환이라는 보이지 않는 혁명이 바로 그 변화를 주도하고 있다.

잠시 과거로 돌아가 보자. 몇 년 전, 대부분 업계 전문가는 EV가 널리 사용될 것으로 예상했고, 각국 정부는 야심 찬 목표를 세웠다. 2035년까지 유럽연합에서 화석연료 자동차를 단계적으로 퇴출하겠다는 목표도 있었다. 이런 목표 중 대부분은 여전히 유효하다. 일각에서는 전기차를 선택하는 소비 흐름이 둔화되기는 했지만, 과대광고 곡선을 보면 업계가 곧 활기를 되찾을 것으로 예상한다. 일부는 또 소비자가 전기차 주행거리가 더 길어지고 안정적인 충전 네트워크가 마련되고, 더 경제적인 선택지가 생길 때까지 기다린다고도 한다.



Electronica 2024의 ST 부스에 전시된 아우디의 Q6 e-tron의 PPE(Premium Platform Electric).     



아키텍처를 언급하는 이유와
보이지 않는 요소에 대한 이해         

미래의 자동차가 아직 현실화되지 못한 이유는 무엇일까? 소비자가 원하는 자동차를 만들기 위해서는 업계에서 자동차 설계 방식을 다시 생각해야 하기 때문이다. OEM, 티어 1 공급업체 등은 효율성을 높이고 기술 발전을 더 빠르게 도입할 수 있는 새로운 플랫폼을 만드는 것이 최선의 해결책 중 하나라는 사실을 깨달았다. 예를 들어, 아우디는 2024년 5월에 PPE(Premium Platform Electric)를 공개했다. 포르쉐와 공동개발한 이 플랫폼은 Q6 e-tron 시리즈의 효율성과 성능을 크게 향상시켰다.

하지만 자동차 아키텍처가 새롭게 강조되고 있음에도 불구하고 이 ‘플랫폼’을 접한 사람은 거의 없다. 이런 이유로 독일 뮌헨에서 개최된 Electronica 2024의 ST 부스에서는 참석자들에게 현대적 자동차에서 가장 베일에 싸여 있는 부분인 E/E 아키텍처를 볼 수 있는 특별한 기회를 제공했다. 전시회에서는 시판 중인 실제 자동차의 와이어하네스를 선보였는데, 이는 자동차 산업에서 진행되고 있는 조용한 혁신을 보여줬다.



ECU(파란 박스)와 배터리(노란 박스)를 갖춘 자동차 아키텍처.



자동차 아키텍처의 정의와 발전 과정     

주류 제조업체의 자동차에 최초로 적용된 전자 시스템은 70년대에 카뷰레터를 대체한 (전자제어식 연료분사 장치(EFI)로, 이는 전자제어 장치(ECU)를 사용해 엔진에 연료를 분사해 성능을 개선하고 대기오염을 저감하는 장치였다. 전동 창문이나 전동 시트를 도입하는 ECU가 늘어나면서 엔지니어는 하나의 중앙 게이트웨이가 자동차에 장착된 여러 ECU와 통신하는 분산형 아키텍처로 전환했다. 덕분에 ECU의 우선순위를 지정해 스티어링이나 제동과 같은 안전 기능을 최우선으로 설정할 수 있었다.

이후 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)과 새로운 기능이 개발됐고, 업계는 단일 플랫폼에서 사용할 수 있는 ECU의 수를 최대로 늘리며 도메인 아키텍처로 전환했다. 이 구조는 ECU를 ADAS, 파워트레인, 섀시, 안전, 인포테인먼트 등과 같은 도메인으로 분류한다. 각 도메인은 수많은 디바이스와 센서를 제어하는 ECU와 통신하는 게이트웨이를 갖췄다. 오늘날 많은 자동차 제조업체가 이 아키텍처를 채택하고 있는데, 그 이유는 새로운 버전이 나올 때마다 이를 최적화해 효율성을 높이기 위해서다. 같은 맥락에서 동일한 목표를 염두에 두고 있는 다른 자동차 제조업체도 존 아키텍처를 연구하고 있다.



존 아키텍처로 전환하면 예측 유지보수 및 기타 AI 기능을 사용할 수 있다.



존 아키텍처의 정의 

존 아키텍처는 자동차 내부의 물리적 위치에 맞춰 ECU를 구성하며, 강력한 처리 기능을 갖춘 차세대 ECU와 이더넷과 같은 빠른 통신 프로토콜을 지원하는 중앙 고성능 컴퓨팅 장치(HPCU)를 활용한다. 그 결과, 다른 무엇보다도 케이블 길이와 굵기가 줄어 플랫폼 설계가 간소화된다. 또한 중앙 HPCU는 고성능 ADAS 기능뿐만 아니라 AI와 같은 새로운 애플리케이션에 필요한 데이터 양, 연산 처리량, 전력을 감당할 수 있다.
이는 자동차 제조업체가 SDV로 전환하는 데 도움을 준다. SDV는 무선 업데이트를 통해 스마트폰과 같은 방식의 업그레이드가 가능해져 혁신 속도를 높일 수 있는 중요한 단계다. 이런 이유로 S&P Global Mobility는 2034년에 생산되는 신차의 약 40%가 존 아키텍처를 채택할 것으로 예측하고 있다.


Q6 e-tron 온보드 네트워크를 통한
숨겨진 요소 파악 

Electronica의 ST 부스에 전시된 Q6 e-tron 온보드 네트워크는 자동차 제조업체가 아키텍처를 최적화한 좋은 예이다. 도메인 플랫폼에 쓰인 케이블의 경우 길이는 총 3,500 m가 넘고, 개수는 1,500개에 이르며, 무게는 약 60 kg에 달한다. 또 약 100개의 ECU를 상호 연결할 수 있는 400개 이상의 커넥터가 포함돼 있다. 이 하네스를 대중에게 공개하는 일은 흔치 않다. 전시회에서는 어떠한 ECU와 커넥터도 플랫폼에 부하를 가하지 않게끔 최적화하는 데 필요한 전문지식에 대해서도 알아볼 수 있다. 이는 고도로 전문화된 노하우이자 제품 전반에 대한 폭넓은 지식이 필요한 새로운 사고방식이다.

존 아키텍처로의 전환은 이런 사고방식을 더욱 잘 보여준다. 보수적으로 볼 때, 자동차를 존 아키텍처로 전환하면 전체 하네스 무게를 약 20% 줄이고 배터리 주행거리 또는 연비를 늘릴 수 있다. 차량 경량화를 통해 정해진 거리를 주행하는 데 필요한 에너지가 감소하기 때문에 효율성을 개선할 수 있으며, 소비자는 더 적은 비용으로 더 멀리 주행할 수 있어 운영 비용을 절감할 수 있다. 따라서 사용자는 하네스의 경량화와 단순화가 눈에 보이지는 않더라도 그 효과를 크게 체감할 수 있다는 것이 흥미로운 점이다.




소프트웨어가 운전하는 자동차.  



보이지 않는 혁명에 필요한 혁신
소프트웨어, 주도권을 잡다      

차량 수명이 다할 때까지 소비자가 사용하고 향상되기를 원하는 많은 소프트웨어 기능을 통해, 이 보이지 않는 아키텍처는 또 다른 방식으로 자신의 존재를 드러낸다. 애플리케이션이 자동차를 제어하는 방식을 이해하는 사람은 많지 않지만, 360도 카메라 비전과 같은 기능은 물론 엔터테인먼트, 무선 업데이트 및 기타 스마트폰과 유사한 기능을 제공하는 유선 및 클라우드 기반 시스템에 대한 수요는 여전히 높다. 대부분 운전자는 하네스가 차세대 SDV를 구현하는 데 직접적인 영향을 미친다는 사실을 알지 못하지만, 더 나은 경험을 위해 예측 유지보수 애플리케이션을 사용하고 싶어한다. 또한 자동차 제조업체는 리콜 대신 소프트웨어 업데이트만 진행할 수 있다면 많은 시간을 절약하고, 비용을 크게 절감하며, 브랜드 인지도를 높일 수 있다는 사실을 알고 있다.

오늘날 실시간 가상화가 부상하면서 소프트웨어가 자동차의 모든 요소를 제어하는 권한이 점차 늘어나고 있으며, 개발자가 동일한 구성요소로 더 많은 작업을 수행하도록 보장해 하드웨어 리소스의 사용이 개선되고 있다. 여기서 중요한 점은, 코드 실행 환경과 코드를 분리하는 것이다. 컨테이너와 하이퍼바이저 덕분에 하나의 하드웨어 에코시스템에서 여러 소프트웨어 모듈을 실행하면서도 적절한 분리를 통해 간섭을 막을 수 있다. 이 기술은 이미 서버와 데이터 센터에서 보안, 안전, 효율성을 갖춘 시스템을 구축할 때 널리 사용되고 있다. 자동차 제조업체가 신차에 이 기능을 도입하는 것은 자연스러운 현상이다.

이 소프트웨어 패러다임의 또 다른 장점은 데이터 생성의 폭발적인 증가와 처리 기능의 중앙 집중화를 통해 분석 및 의사결정을 개선할 수 있다는 점이다. 새로운 아키텍처를 통해 자동차 제조업체는 이전 플랫폼에서는 수십 개로 제한되었던 센서를 수백 개까지 설치할 수 있게 됐다. 더 중요한 것은 더 강력해진 ECU와 HPCU 덕분에 OEM은 미래에 대비한 시스템을 구축하고 강력한 알고리즘을 실행하면서도 더욱 간편한 개발 경험을 누릴 수 있다는 점이다. 하나의 소프트웨어 플랫폼에서 더 많은 애플리케이션을 실행할 수 있다면 자동차 제조업체는 비용을 절감하면서도 더 다양하고 풍부한 기능을 제공할 수 있고, 소비자는 자동차에서 더 많은 가치를 누릴 수 있다.


하드웨어의 변형     

앞서 언급했듯 SDV의 출현 및 애플리케이션과 하드웨어의 분리는 자동차 제조업체가 안전 요구사항을 충족하는 동시에 이를 실현하는 데 필요한 컴퓨팅 성능과 하드웨어 IP를 제공할 수 있는 마이크로 컨트롤러와 마이크로 프로세서를 선택해야만 가능하다. 엔지니어는 실시간 가상화, 수많은 I/O, 쉬운 무선 업데이트가 가능한 대용량의 고속 내장 메모리를 지원하는 디바이스를 찾아야 한다. 특히 ECU가 점점 더 많은 안전 애플리케이션을 처리하게 되면서 MCU는 특수 안전 이중화가 내장된 자동차용 설계와 인증을 갖춰야 한다.

자동차 아키텍처의 이런 새로운 진화가 전기적 측면에서 독특한 과제라는 점은 쉽게 알 수 있다. 엔지니어 입장에서는 견고하고 안전하며 효율적인 전력 분배 메커니즘을 만들어야 하기 때문이다. 이런 이유로 많은 사람이 스마트 스위치를 채택한다. 새로운 전자식 스위치는 기존의 용융 퓨즈 및 기계식 릴레이와 달리 더 빠르다. 결과적으로 기존 구성요소보다 훨씬 빠른 반응성을 갖췄기 때문에 이상 전기 반응이 발생하더라도 훨씬 더 강력한 보호 기능을 제공할 수 있다. 또한 전자적 특성으로 인해 훨씬 높은 정확성과 유연성을 갖췄다. 실제로 실시간 부하 관리 및 제어가 가능한 모니터링 기능이 함께 제공된다. 또한 재설정할 수 있어 수동 교체가 필요 없다.




자동차 제조업체는 스마트 퓨즈를 사용할 때 기존의 퓨즈 박스를 없앨 수 있다.  


스마트 퓨즈의 또 다른 중요한 이점은 기존 스위치 및 릴레이에 비해 크기가 작다는 점이다. 전자 퓨즈는 초소형이고 전자식으로 제어하기 때문에 특히 자동차 제조업체 입장에서 사용자가 쉽게 접근할 수 있는 대형 퓨즈 박스에 케이블을 연결할 필요가 없어 더 짧은 하네스를 사용할 수 있다. 또한 정확도가 크게 높아지면 하네스를 더 얇게 만들 수 있어 경량화에 크게 기여하게 된다. 더 적은 수의 부품으로 더 견고하고 정확하게 설계하면 전반적인 안정성 향상에도 도움이 된다. 일부 엔지니어는 여전히 eFuse 사용에 따른 비용을 저울질하고 있지만, 아키텍처의 수명 동안 전반적인 비용 절감 효과를 볼 수 있기 때문에 점차 널리 사용되는 추세이다.

더 넓은 관점에서 보면 자동차는 훨씬 더 큰 부하를 처리하기 때문에 전력 분배가 훨씬 중요한 엔지니어링 과제라는 것을 알 수 있다. 대부분 아키텍처는 12V를 처리해야 하지만, 업계는 48V로 전환하고 있다. 또한 EV 충전기는 매우 높은 전압과 전력 수준(최대 3,500 kW)을 처리할 수 있어야 한다. 이에 널리 사용되는 솔루션은 실리콘 카바이드(SiC)와 같은 와이드 밴드갭 디바이스를 사용하는 것이다. SiC MOSFET과 다이오드의 빠른 스위칭 주파수는 이전 디바이스의 에너지 손실 없이 훨씬 더 많은 전력을 처리할 수 있어 더 작은 트랙션 인버터, 더 빠른 충전 모듈, 더 효율적인 컴프레서 등을 구현할 수 있다는 것을 의미한다.




자동차 아키텍처를 연구하는 엔지니어  



진화하는 반도체 기업의 역할           

오늘날 등장하는 도메인 및 존 아키텍처는 모든 방면에서 협력하는, 즉 자동차 제조사, 티어 1 공급업체, 반도체 회사 등 업계의 주요 기업 간 긴밀하게 협력하는 발전 방향(이 경우, 하네스를 뜻함)에 수렴하는 새로운 현실이 도래했음을 증명한다. ST와 같은 기업은 하드웨어와 소프트웨어를 분리하고 효율성, 안전성 및 견고성을 개선하려는 플랫폼 설계자를 지원하는 방법을 잘 알고 있다. 이런 기업은 함께 차세대 자동차에 대한 수요를 주도할 미래의 자동차에 필수적인 혁신을 만들어낼 것이다. 기존 자동차 제조업체와 신생 스타트업이 반도체 제조업체와 더욱 긴밀한 파트너십을 맺는 이유와 시장이 지각 변동을 겪고 있는 이유도 바로 이 때문이다.

새로운 엔지니어링 과제를 파악하는 ST의 역량은 제품을 통해 입증됐다. 스텔라(Stellar) 디바이스 제품군은 소프트웨어 에코시스템을 통해 개발 시간을 단축하고 규제 요건을 충족하는 동시에 미래의 소프트웨어 중심 자동차에 대비할 수 있는 고유한 가상화 기능을 갖추고 있다. 마찬가지로, STi²Fuse는 전체 하네스를 소형화하고, 소요되는 자재를 절감하며, 전체 전력 분배를 최적화할 수 있다. 또한 실리콘 카바이드 전력 디바이스는 계속해서 새로운 수준의 효율성을 제공한다. 결국, 다양한 솔루션을 제공하는 반도체 회사는 자동차 제조업체가 고객의 희망과 기대를 충족하는 새로운 아키텍처를 개발하는 데 필요한 긴밀한 파트너가 될 수 있다.





ST는 Automotive World 2025에서 SDV와 EV에 대한 존 아키텍처와 Stellar SR6 G7 라인 등을 내세웠다.