그동안 차량 내 네트워킹(In-Vehicle Vetworking, IVN) 분야에서 존재감이 미약했던 이더넷이 보급 단체 설립과 전용 솔루션 등장으로 새 진용을 갖췄다.
유·무선 통신 반도체 업체 브로드컴은 단일 UTP(Unshielded Twisted Pair) 케이블에서 100 Mbps의 대역폭을 제공하는 브로드R-리치(BroadR-Reach) 기술 기반의 이더넷 스위치 및 트랜시버(PHY) IC를 발표하면서 차량용 네트워크 시장 진출을 공식 선언했다. 이에 앞서 지난해 11월에는 자동차 업계에 이더넷 보급을 촉진시키기 위한 업계 단체인 OPEN 얼라이언스 SIG(One-Pair Ether-Net Alliance Special Interest Group)가 설립됐다. 이 단체에는 BMW, 현대자동차, 랜드로버, 하만(Harman), NXP 반도체, 브로드컴, 프리스케일 반도체 등이 참여하고 있다.
브로드컴의 자동차 네트워킹 제품 사업부 티모시 라우(Timothy Lau) 매니저는 “브로드R-리치 기술은 차량용 반도체 시장의 엄격한 요건을 충족시키기 위해 특별히 설계됐다”며 “이 기술은 역방향 호환성과 상호운용성을 제공하고, 유연한 토폴로지를 지원하기 때문에 차세대 기술을 보다 신속하게 도입할 수 있도록 도와준다”고 말했다.
브로드R-리치 기술은 인포테인먼트, 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS), 차량 내 진단 등을 아우르는 차량 네트워크 애플리케이션의 개방형 표준을 지향한다. 특히 네트워크 연결선으로 UTP 케이블을 한 개만 사용하기 때문에 4가닥의 STP(Shielded Twisted Pair) 케이블을 사용하는 표준 이더넷에 비해 저렴하고 무게도 가볍다.
라우 매니저는 “기존의 차량용 카메라 시스템은 LVDS로 신호를 전송하기 때문에 STP 케이블을 이용하고 있다. 이것을 브로드R-리치 기술로 대체하면 연결 비용을 80%, 중량을 30% 가량 줄일 수 있다”고 말했다(그림 1).
브로드R-리치의 또 하나의 특징은 친숙함이다. OSI 계층 모델에서 1계층인 물리계층(PHY) 전용 PHY IC를 제외하고는 기존의 IEEE 802.3 자원을 그대로 이용할 수 있다.
브로드R-리치는 차량 멀티미디어 네트워크 표준인 MOST(Media Oriented Systems Transport)의 대체도 노리고 있다.
라우 매니저는 “인포테인먼트 분야에서 링 토폴로지(Ring Topology)를 지원하는 MOST 150의 경우 네트워크에 연결된 디바이스들이 대역폭을 공유 방식으로 나눠 쓰기 때문에 150 Mbps의 성능을 제대로 제공하지 못하지만 브로드R-리치 이더넷 기술은 포트 당 전용으로 100 Mbps를 제공해 어떤 디바이스가 연결되든 100 Mbps의 대역폭을 다 사용할 수 있다”며 “특정 디바이스가 추가적인 대역폭을 요구할 경우에는 이더넷 기술의 하나인 링크 애그리게이션(Link Aggregation)을 통해 포트 두 개를 하나의 디바이스에 연결해 대역폭을 두 배로 키울 수 있고, 링크 애그리게이션을 리던던시(redundancy)나 페일오버(failover) 목적으로도 사용할 수 있다”고 말했다.
그러나 링크 애그리게이션을 적용할 경우는 그 설정이 복잡할 뿐만 아니라, 보장된 대역폭보다 적게 제공된다는 점을 감안해야 한다. 또 이더넷을 차량 내에 적용하는 데 있어 걸림돌 중 하나는 동기 데이터를 패킷으로 전송해야 한다는 것이다. 오디오/비디오 데이터를 패킷으로 전송 시 지연을 피할 수 없다. 라우 매니저는 “오디오와 비디오 립 싱크(Lip sync)와 실시간 신호 전송을 위해 이더넷 AVB(Audio Video Bridge) 표준으로 802.1as, 802.1Qat, 802.1Qav 등을 적용해 대역폭을 보장하고 높은 동기화가 되도록 하면서 동시에 낮은 지연을 구현한다”고 말했다.
기본적으로 이더넷은 베스트에포트(Best-effort) 방식의 패킷 전달 프로토콜로 개발됐기 때문에, 혼잡 발생 시 패킷이 손실될 수 있으며 실효 속도 저하를 피할 수 없다. 브로드R-리치 기술의 실효 속도에 대해서는 밝히지 않았다. 다만, UTP 케이블에서 가장 많이 사용되는 속도인 100 Mbps에 근접할 것으로 예상된다. 또한 UTP 케이블은 STP 케이블에 비해 감쇠 현상이 심해 접속 길이를 100 m로 제한하고 있는데, 브로드R-리치도 그 제한을 받을 것이다.



자동차 네트워크 시스템에 이더넷이 도입되지 않은 가장 큰 이유는 EMI 문제다. 놀랍게도 브로드R-리치 PHY는 일반적으로 STP 케이블에 비해 EMI에 취약한 UTP 케이블을 지원한다. 그럼에도 이에 대해서는 엄격한 차량 EMI/EMC 검증 기준을 충족한다는 짧은 발표 외에는 구체적 설명이 없었다.
라우 매니저는 “차량 내 대부분의 애플리케이션이 단일 UTP 케이블로 100 Mbps의 대역폭 정도면 충분하다. 하지만 앞으로 100 Mbps로 처리할 수 없는 고해상도 카메라 기반의 애플리케이션의 등장을 배제할 수 없다”면서 “OPEN 얼라이언스 SIG에서는 단일 UTP 케이블로 1 Gbps까지 지원하는 차량 이더넷 표준의 개발도 추진하고 있다”고 말했다.
브로드R-리치는 스타 토폴로지를 사용한다. 라우 매니저는 “스타 토폴로지 외에 다른 토폴로지도 지원해야 한다는 것을 인식하고 있다. 이번에 발표한 3개의 스위치 IC 중, 2개(BCM89500, BCM89501)는 포트가 7개로 스타 토폴로지를 지원한다. 그러나 BCM89200은 포트가 4개만 지원되는 스위치다. 이 제품을 사용해 자동차 OEM과 티어1 업체들이 일종의 의사 데이지체인(pseudo daisy-chain) 같은 네트워크 토폴로지를 모색하고 있다”고 말했다(그림 2).
브로드R-리치 기술을 차량에 적용할 수 있는 또 하나의 분야는 OBD(On-Board Diagnostics) 장치다. 라우 매니저는 “차량 진단장치에 표준 이더넷 기술을 적용하면 큰 이점이 있다. 때문에 ISO에서도 ISO 27145라고 하는 OBD 이더넷 관련 표준 제정 작업을 하고 있고 브로드컴도 적극 참여하고 있다”고 말했다. ISO 27145는 OBD 시스템에 대한 세계기술기준(GTR)에서 규정한 범위 안에서 차량 내의 OBD 시스템과 진단기기 간의 통신 방식을 정의하는 것을 목적으로 하며, OSI 7계층 모델을 기반으로 구성돼 있다. 브로드컴은 이번에 발표한 브로드R-리치 기반의 제품에 대해 자동차 산업분야의 품질보증체제 규격인 TS16949와 품질 규격인 AEC-Q100 인증을 진행 중이다.