SDV 시대, 구리가 넘지 못하는 속도와 거리의 벽

SDV와 자율주행의 확산으로 차량 내 데이터 트래픽이 폭발적으로 증가하면서 수십 년간 자동차 네트워크를 지배해온 구리 기반 통신이 속도와 거리라는 물리적 한계에 부딪히고 있다. 스페인 광통신 전문기업 KD는 IEEE 802.3cz 표준을 주도하며 차량용 광통신 에코시스템을 구축해왔고, 현재 미국·유럽·중국에서 8개의 디자인 윈과 40여 개 OEM의 평가를 이끌어내고 있다. 구리에서 광으로의 전환은 먼 미래의 이야기가 아니라 이미 진행 중인 현실이라고 Carlos Pardo CEO는 말한다. AEM이 그를 만났다.

글 | 한 상 민 기자 _ han@autoelectronics.co.kr

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연결기사: SDV 시대를 앞당기는 핵심 동력: KD, 차량용 ‘Optical Multi-giga Technology’로 차세대 자율주행 및 인포테인먼트 표준 제시





카메라 16개, 그 데이터를 구리가 감당할 수 있는가

최근 자동차 산업이 SDV로 급격히 진화하고 있습니다. 이에 따라 차내 '네트워크 대역폭'의 한계가 심각한 문제로 떠오르고 있지요?   
Pardo      산업 자체가 SDV를 넘어 이제는 '데이터 구동형 차량(data-driven vehicle)'으로 진화하고 있다고 봅니다. ADAS 시스템이 요구하는 방향과 같은 것이죠. 최신 차량을 보면 카메라만 최대 16개가 탑재되고, 라이다와 레이다도 함께 들어갑니다. 그리고 이 센서들의 해상도와 속도는 계속 높아지고 있습니다. 차량 안에서 이 모든 데이터가 이동하려면 매우 높은 전송 속도가 필요합니다. 이게 비트레이트가 급격히 증가하는 핵심 이유이고, 결국 차량 네트워크 아키텍처 전체를 새로 정의해야 하는 상황으로 이어지고 있습니다.

기존의 구리 케이블 기반 통신 기술이 가진 한계는 무엇이며, 왜 지금 광학(Optical) 기술이 그 대안으로 주목받아야 합니까? 
Pardo      구리의 한계를 이해하는 가장 쉬운 방법은 데이터센터를 보는 것입니다. 데이터센터에서 구리에서 광으로 전환을 강제하는 요인이 두 가지 있는데, 하나는 속도이고 하나는 거리입니다. 구리는 케이블의 주파수 응답 특성상 속도에 한계가 있고, 속도가 높아질수록 커버할 수 있는 거리가 짧아집니다. 반면 광통신은 40미터, 300미터도 처리할 수 있습니다. 그 외에도 고속에서 구리를 사용하면 EMC(전자파 적합성) 규제를 맞추는 것이 매우 복잡해진다는 문제도 있습니다.


 


처음부터 자동차를 위해 설계된 광통신 

KD가 개발한 'Optical Multi-giga Technology'의 핵심 기술적 메커니즘과 타사 대비 가장 차별화된 경쟁력은 무엇입니까?
Pardo      세 가지 핵심 기술을 말씀드리겠습니다. 첫 번째는 시스템 설계입니다. 지금으로부터 5~6년 전 표준화 작업을 시작할 때부터, 우리가 정의한 IEEE 표준(IEEE 802.3cz)은 자동차 환경의 온도, 습도, 진동, 먼지 등 가혹한 조건을 모두 수용할 수 있도록 설계됐습니다. 링크 버짓(link budget)을 충분히 확보하는 것이 핵심이었고, 이 통신 시스템 자체가 처음부터 자동차용으로 설계되었다는 점이 중요합니다. 두 번째는 구현 방식입니다. 트랜시버의 모든 전자 소자를 하나의 단일 패키지에 완전 통합했습니다. 일반 부품처럼 조립할 수 있는 형태입니다. 이 방식이 저비용과 높은 견고성을 동시에 실현하는 핵심입니다. 세 번째는 에코시스템입니다. 커넥터 제조사, 광섬유 공급사, 테스트 장비 업체들과 함께 우리를 중심으로 한 생태계를 구축했습니다. 구리 대비로 보면, 시스템 설계 측면에서는 훨씬 높은 속도와 긴 거리를 더 견고하게 처리할 수 있다는 것이 핵심입니다. 구현 측면에서는 모든 것을 단일 부품으로 통합하고 광섬유와 커넥터가 구리보다 훨씬 저렴하기 때문에 결과적으로 더 낮은 원가를 실현합니다. 에코시스템은 다른 광학 경쟁사들에 대한 방어막이 됩니다. 주요 광섬유 제조사와 커넥터 제조사들이 이미 우리와 함께하고 있기 때문입니다.

차량용 부품은 진동, 극한의 온·습도 등 매우 까다로운 신뢰성 기준을 요구합니다. 광케이블의 특성상 취약할 수 있는 '내구성' 문제를 KD는 어떤 혁신 기술로 극복하셨나요?
Pardo      광통신이 매우 취약하다는 인식이 있는데, 이건 광섬유 그 자체만 봤을 때의 이야기입니다. 가느다란 섬유 하나만 있으면 쉽게 부러지겠죠. 하지만 자동차용으로 설계된 케이블은 외부 보호 재킷이 있어서 매우 강합니다. 실제로 부러뜨리려 해도 부러지지 않을 정도입니다. 오히려 구리보다 내구성이 뛰어납니다. 구리 케이블은 여러 번 구부리면 결국 끊어지지만, 광섬유는 수백만 번 구부려도 끊어지지 않습니다. 시스템 설계 측면에서는 데이터센터와 비교해 자동차용으로 두세 배 더 넉넉한 광학 링크 버짓을 확보했습니다. 거리가 더 짧음에도 불구하고 그렇게 한 이유는, 제품 수명 동안 플라스틱의 열화나 커넥터 정렬 오차 등으로 인한 성능 저하를 모두 흡수할 수 있도록 하기 위해서입니다. 광통신에서 가장 취약한 부분이라 할 수 있는 레이저도, 처음 설계 단계부터 영하 40도에서 125도까지의 온도 범위와 15년 수명, 열 사이클에 따른 기계적 스트레스를 모두 검증하도록 설계했습니다. 솔직히 말씀드리면, 지금 우리 솔루션이 구리보다 더 견고하다고 생각합니다.

  구리보다 20% 싸고, EMC 걱정도 없다

글로벌 OEM이나 티어 1이 KD의 기술을 도입했을 때 얻을 수 있는 구체적인 비용 절감 및 경제적 이점은 무엇입니까?
Pardo      네 가지 사례를 말씀드리겠습니다. 첫째, 링크 단가입니다. 트랜시버, 커넥터, 광섬유를 포함해 구리와 1대1로 비교해 보면, 우리가 달성한 통합 방식 덕분에 일반적으로 약 20% 저렴합니다. 둘째, EMC 설계 비용 절감입니다. 광통신은 EMC 문제가 없습니다. 지금 고속 케이블을 설계할 때는 특별한 배선 경로를 잡아야 하고, 페라이트 코어 같은 부품도 추가해야 합니다. 꽤 복잡한 엔지니어링 작업인데, 광통신에서는 이런 작업이 전혀 필요 없습니다. 셋째, 트래픽 통합입니다. 차량 한쪽에 카메라가 두 대 있다고 가정해 보겠습니다. 구리를 쓰면 카메라마다 케이블 한 가닥씩 필요합니다. 광통신을 쓰면 두 카메라의 트래픽을 하나로 묶어서 단일 링크로 보낼 수 있습니다. 네트워크 아키텍처가 훨씬 단순해지는 것입니다. 넷째, 미래 확장성입니다. 광통신은 1기가비트부터 100기가비트까지 커넥터와 광섬유를 그대로 쓸 수 있습니다. 구리는 속도가 올라갈수록 케이블 규격이 달라지고 25기가, 100기가에서는 병렬 레인과 다른 커넥터가 필요해 점점 복잡해집니다. 광통신은 커넥터도, 광섬유도 모든 속도에서 동일합니다. 이것 역시 단순화이고 비용 절감입니다.

구리 기반 차량용 이더넷 생태계는 여전히 매우 강력합니다. KD는 광통신이 공존하게 될 영역과 실제로 대체하게 될 영역의 현실적 경계를 어떻게 보고 있습니까? 그 경계는 어떤 계기를 통해 이동하게 될 것이라고 예상하십니까?
Pardo      맞습니다. Marvell, Broadcom, NXP는 구리에 주력하고 있습니다. 이유가 있습니다. 그들도 미래에는 광이 필요해질 것을 알지만, 지금은 AI 관련 광학 엔지니어링에 모든 자원을 쏟아붓고 있어서 자동차용 광학에 투자할 여력이 없는 것입니다. KD는 그 공백을 파고들고 있습니다. 구리에서 광으로 전환점이 만들어지는 요인은 말씀드린 바처럼 두 가지입니다. 하나는 속도, 하나는 거리입니다. 속도는 센서의 비트레이트가 계속 높아지면서, 그리고 트래픽 통합을 하다 보면 10기가비트를 넘어 12, 25, 50기가비트로 가야 하는 상황이 옵니다. 거기서 구리의 EMC 문제와 비용이 현실적인 한계에 부딪힙니다. 거리 측면에서는, 구리는 속도가 높아질수록 커버 거리가 짧아집니다. 7미터 이상의 거리가 필요한 구간, 예를 들어 트럭이나 버스 같은 대형 차량에서는 이미 광통신이 필요한 상황입니다.

자동차 산업은 매우 보수적입니다. KD는 기술 자체보다 무엇을 먼저 설득해야 한다고 보셨습니까? 대형 파트너들이 결국 움직이게 만든 핵심 요소는 무엇이었다고 생각하십니까? 
Pardo      OEM들이 보수적이라는 것에는 동의합니다. 그런데 저는 OEM을 두 부류로 봅니다. 하나는 비트레이트가 계속 높아지는 이상 언젠가는 반드시 광통신이 필요하다는 것을 이미 인식하고 미리 평가와 컨셉 개발을 시작한 곳들입니다. 실제로 광통신을 적용한 차량 개발을 이미 진행 중인 OEM들도 있습니다. 또 다른 부류는 아직 관망하면서 남이 먼저 하는 것을 지켜보는 곳들입니다. 현실을 말씀드리자면, 저희는 이미 8개의 디자인 윈(design win)을 확보했습니다. 미국, 유럽, 중국에서 이미 광통신 탑재를 결정한 차들이 있다는 뜻입니다. 새로운 미디어 도입에 따른 리스크를 줄이는 방법으로 단계적 접근을 택하는 OEM도 있습니다. 링크 하나만 먼저 적용해 1~2년 테스트해 본 뒤, 그 다음에 점차 확대하는 방식입니다. 이게 현명한 접근이라고 생각합니다. 현재 파이프라인에는 40여 개의 OEM이 평가(PoC) 또는 디자인 윈 단계에 있습니다. 대다수의 OEM이 이미 기술을 테스트하고 있고, 이건 실제로 일어나고 있는 일입니다.



MOST의 실패에서 배운 것, 개방과 통합 

2010년 창업 당시 자동차용 광통신은 MOST의 단종 이후 사실상 한 번 포기된 영역처럼 보였습니다. 그 시점에 플라스틱 광섬유 기반으로 다시 시작한 이유는 무엇이었습니까? 
Pardo      2010년에 창업할 때, 우리는 자동차 산업이 결국 광통신으로 가야 할 것이라는 확신이 있었습니다. 당시 MOST가 플라스틱 광섬유(POF)와 적색 LED를 쓰고 있었는데, 우리는 기존 미디어에서 최선을 끌어내자는 생각으로 시작했습니다. MOST가 150Mbps에 머물던 시절, 우리는 1기가비트 기술을 개발했습니다. 그리고 MOST보다 훨씬 강건한 솔루션을 만들었습니다. 그런데 당시 MOST가 왜 쇠락했는지 분석해 보니 두 가지 이유였습니다. 하나는 가격, 그리고 또 하나는 독점 구조였습니다. 당시 SMSC(현재 Microchip)가 주도하는 독점 생태계였기 때문에 세컨드 소스를 만들기가 매우 어려웠습니다. 그래서 우리는 처음부터 개방 표준 기반으로 설계하고, 구리보다 저렴하고 더 강건한 광학 시스템을 만들겠다는 목표를 잡았습니다. 처음부터 자체 광학 소자를 개발하고 완전 통합을 추구한 이유도 바로 그것입니다.

이 혁신적인 기술을 개발하는 과정에서 가장 큰 기술적 장벽은 무엇이었으며, 경영자로서 어떻게 돌파하셨습니까?
Pardo      기술적으로 1기가비트 개발에서 가장 어려웠던 것은 LED의 비선형성 문제였습니다. 우리가 사용하던 LED가 충분히 선형적이지 않았는데, 이 비선형성 때문에 시스템이 150Mbps 이상을 넘어가지 못하고 있었던 것입니다. 이를 해결하기 위해 새로운 수학적·알고리즘 기법을 개발해 칩 자체에서 채널의 비선형성을 보상하는 방식을 구현했습니다. 이게 1기가비트 달성의 핵심이었고, 정말 어려운 도전이었습니다. 상업적인 측면에서는 역시 보수적인 시장이 가장 큰 벽이었습니다. 신규 업체를 좋아하지 않는 산업이니까요. 신뢰할 수 있는 파트너이고 기술이 충분히 견고하다는 것을 업계에 납득시키는 과정이 매우 길었습니다. 하지만 지금은 수백만 포트를 판매했고, 1기가비트 기술 기반 차량이 이미 다수 운행 중입니다. 일관된 메시지와 표준화 주도, 그리고 긍정적인 기술 평가 결과들이 쌓이면서 가능해진 것입니다.







이미 시작된 전환, 한국만 보고 있다

차량용 통신 기술은 글로벌 표준 선점이 매우 중요합니다. 현재 KD의 표준화 참여 현황이나 인증 성과는 어떻게 됩니까?
Pardo      처음부터 표준화가 필수라고 판단했습니다. 자동차 산업은 더 이상 독점 솔루션을 선호하지 않습니다. 1기가비트와 현재의 멀티기가비트 기술 모두 IEEE와 OPEN Alliance 표준으로 만들었고, 표준화 작업을 직접 주도했습니다. ISO에서는 케이블, 커넥터, 테스트 방법 정의에도 적극 참여하고 있습니다. 우리 같은 기술 기업이 표준화에 참여하지 않으면 시장에서 팔 수 없다고 생각합니다. 그 성과가 바로 지금의 표준입니다. 표준이 공표되었고, 업계가 그 기술을 채택하는 방향으로 컨센서스가 형성되고 있습니다.

파트너십이 확대되고 있습니다. 완전한 차량용 광통신 에코시스템이 형성되기 위해 아직 가장 부족한 부분은 어디입니까? 
Pardo      솔직히 에코시스템 자체는 이미 갖춰졌다고 봅니다. 우리 외에도 트랜시버 제조사들이 있고, 여러 커넥터 제조사, 광섬유 공급사, 테스트 장비 업체들도 있습니다. 마지막 남은 단계는 최종 부품 인증(qualification)입니다. 지금 케이블, 커넥터, 광섬유 커넥터 공급사들과 협력해서 최종 인증 작업을 진행 중입니다. 이 인증이 완료되면 바로 양산에 들어갈 수 있습니다. 내년 중에 완료될 계획으로 마무리 단계에 있습니다. 한국 시장에 대해 말씀드리자면, 한국에서 아쉬운 것은 커넥터나 하네스를 개발할 수 있는 국내 업체들입니다. 현재 커넥터와 광섬유 공급사들이 모두 해외 업체들입니다. 또 한국 OEM과 티어 1들이 적어도 링크 하나만이라도 테스트해 보겠다는 결정을 내리지 않고 있다는 점도 아쉽습니다. 업계가 빠르게 움직이고 있고 이런 개발들이 보안상 비공개로 진행되는 만큼, 한국이 광통신 전환에서 다소 뒤처질 수 있다는 우려가 있습니다.

중국의 광통신 채택 트렌드와 잠재적 경쟁사들은 어떤 상황입니까?
Pardo      자동차에서 광통신을 사용하는 다른 제안들이 나오고 있다는 것, 그 자체가 속도가 높아질수록 광통신이 자동차에서 필수가 된다는 우리 시각이 옳다는 것을 증명합니다. 중국이 광산업 기반이 강하고 많은 제안을 내놓고 있으며, 이 흐름을 선도하고 있다는 것은 긍정적입니다. 다만 KD가 중국에 전달하고 싶은 메시지는 이것입니다. IEEE 802.3cz 표준은 처음부터 자동차 환경에 맞게 설계된 글로벌 표준입니다. 충분한 링크 버짓, 고온 내구성, 15년 수명에 대한 신뢰성이 검증돼 있습니다. 데이터센터용 트랜시버를 그냥 가져다 쓰는 방식으로는 자동차의 요구사항을 충족하기 어렵습니다. 중국이 광통신을 채택하는 것은 환영하지만, 자동차를 위해 제대로 설계된 표준으로 가야 한다고 생각합니다.

표준은 만들어졌고 실제 레퍼런스도 등장했습니다. 차량 내 광통신이 주류 연결 기술로 자리 잡는 임계점이 언제, 어떤 계기로 올 것이라고 보십니까? 
Pardo      이건 이미 일어나고 있습니다. 속도와 거리에 대한 필요가 그 동력입니다. 그런데 우리가 보는 또 다른 측면이 있습니다. OEM들이 광통신을 쓰기 시작하면, 구리보다 훨씬 강건하고 단순하고 저렴하다는 것을 직접 경험하게 됩니다. 그러면 더 낮은 속도의 링크에도 광통신을 적용하려 할 것입니다. 1기가비트부터 100기가비트까지 같은 트랜시버와 커넥터, 광섬유를 쓸 수 있으니까요. 제 생각에는 10기가와 25기가 영역에서 이미 임계점에 다가서고 있습니다. 그리고 고속 구간에서 광통신을 채택한 이후에는, 구리에서 광으로 전환한다는 심리적 장벽이 깨지기 때문에 저속 영역으로도 자연스럽게 확산될 것입니다. 시장은 더 커질 수 있습니다. 미래의 자동차는 구리 배선 덩어리가 아니라 광통신으로 연결되는 차량이 될 것입니다. 더 강건하고 가볍고 저렴한 차. 미래를 위해 제대로 준비된 차. 저는 그 변화가 자동차 산업에 그런 의미로 남기를 바랍니다.

마지막으로 한국 독자들에게 한 말씀 부탁드립니다. 
Pardo      차량 내 광통신은 곧 하이테크이고, 자동차가 나아가는 방향입니다. 구리 통신에 머무는 것은 자동차가 할 수 있는 것을 스스로 제한하는 것입니다. 완전 자율주행차, 로보택시를 실현하려면, 광통신이 그것을 저비용으로 쉽게 가능하게 하는 백본입니다. 구리에 머무는 것은 자동차에 적용되는 피지컬 AI를 제한하는 것입니다. 한국은 속도를 내야 한다고 생각합니다. 중국은 물론 미국과 유럽도 광통신 채택에 빠르게 나가고 있습니다. 먼저 링크 하나만 써보시기 바랍니다. 테스트해 보시면 정말 좋다는 걸 아시게 될 겁니다. 그러면 분명히 더 많은 곳에 쓰고 싶어지실 것입니다.

AEM(오토모티브일렉트로닉스매거진)

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