자동차 산업이 완전 자율로 발전하면서 수많은 인포테인먼트 시스템을 통해 자동차 시스템의 메모리 및 데이터 기억장치 용량이 급속히 증가하고 있습니다. 에너지 소비량 하나만도 가능한 경우 합리화하여 통합할 이유가 되지만 필수 작동에 우선순위가 부여되도록 면밀하게 고려해야 합니다.
자율 시스템들이 스마트폰, 사물 인터넷(IoT) 및 데이터 센터에서 영감을 얻고 있어 메모리와 기억장치의 통합은 차량 전체에 분포되어 있는 여러 전자 제어 장치(ECU)로도 확대되고 있습니다. 기존 기술을 더 통합하여 자동차 부문의 요구사항을 충족하면서 에너지 소비 문제를 해결하고 신뢰성을 높일 수 있기 때문입니다.
주행 시스템을 간섭으로부터 보호하기 위한 세분화된 자동차 시스템도 필요하고 운전자를 위한 “디지털 콕핏(digital cockpit)”을 지원하기 위해 컴퓨팅과 메모리를 결합한 아키텍처도 필요한데 그 균형을 면밀하게 잘 맞춰야 합니다.
데이터 중심의 대시보드로 더 많이 필요해진 기억장치, 메모리
자동차 대시보드는 가장 근사한 부가 장치였던 카세트 플레이어에서 상당히 발전한 것이며 블루투스와 USB 연결은 이제 더 이상 신기술이 아닙니다. 인포테인먼트 시스템이 빠르게 진화하며 운전자와 탑승자에게 보다 몰입감 있는 경험을 구현하면서 메모리와 기억장치를 포함해 전자 기기의 콘텐츠 양이 빠르게 늘고 있습니다.
현재 자동차 인포테인먼트 시스템에서 중요한 부품은 고급 운전자 보조 시스템(ADAS)이며, 후방 카메라가 모든 차량에서 기본으로 제공되고 있습니다. 자율성은 크지 않아도 엔터테인먼트뿐만 아니라 내비게이션과 안전성을 지원하기 위해 많은 컴퓨팅이 차량에서 일어나고 있습니다.
현재 인포테인먼트 시스템은 차량 곳곳에서 볼 수 있는데 다음 네 범주로 나뉩니다.
- 디지털 인스트루먼트 클러스터: 속도계 같은 일반적인 대시보드 계기 외에 현재의 인스트루먼트 클러스터는 완전 디지털이며 운전자의 맞춤 설정이 가능한 고해상도 화면이 채택되어 있고 보조 화면에 차량 원격 분석과 지도가 표시됩니다.
- 헤드 유닛: 조수석에 탑승하면 카세트 플레이어가 아니라 현재 차량의 모든 최신 기능이 여기에 표시됩니다. 라디오는 Apple CarPlay와 Android Auto, 내장 GPS, Sirius XM 같은 위성 라디오 서비스 같은 커넥티드 카 애플리케이션으로 보완될 것입니다. 이 모든 기능은 키를 돌리는 즉시 사용할 수 있어야 합니다.
- 헤드업 디스플레이(HUD): 자동차에서 비교적 새로운 기능인 HUD는 스티어링 휠 위에 있는 투명한 유리에 운전자 전용 정보를 투사합니다. 전통적인 인스트루먼트 클러스터처럼 HUD 정보에는 속도, 원격 분석, 지도가 포함됩니다.
- 뒷좌석 엔터테인먼트(RSE) 유닛: 뒷좌석 탑승자가 장거리 주행 시 자신의 엔터테인먼트를 갖고 타는 시절은 지났습니다. 워크맨이나 책 대신 뒷좌석에서 Android Auto와 Apple CarPlay 전용 미디어 플레이 미러링 옵션이 있는 엔터테인먼트 옵션을 즐길 수 있습니다.
앞좌석에 있는 풍부한 인포테인먼트 미디어는 메모리와 데이터 기억장치를 포함하는 컴퓨팅 성능이 뛰어나야 하며 통합 디지털 콕핏은 통합되어 있는 아키텍처를 사용해야 합니다.
자동차의 다양한 메모리 및 기억장치 옵션
파워록에서 윈도우까지 차량 전체에서 수집된 데이터가 이러한 디지털 시스템으로 공급되어 운전자는 무엇이 열려 있고 닫혀 있는지를 알 수 있습니다.
과거에는 각 기능마다 자체 ECU가 있었다면 지금은 각 가능이 통합되고 있어 고정 기능 ECU가 없고 지금은 ECU가 소프트웨어로 정의됩니다. 한편 부분 자율이라도 적응식 크루즈 컨트롤, 차선 유지, 자동 제동(카메라, 레이더, LiDAR의 센서 데이터가 정보 제공) 같은 ADAS 기능을 포함해 ECU, 메모리, 기억장치에서 더 많은 데이터와 기능을 지원해야 합니다. 또한 Wi-Fi든 5G든 디지털 콕핏에 정보를 제공하는 연결 덕분에 새로운 소프트웨어와 패치로 자동차를 업그레이드하기가 쉬워졌지만 주행 메모리와 기억장치 요구량도 늘었습니다.
현재 자동차 산업에서 사용되는 메모리와 기억장치는 자동차의 수명만큼이나 안전성이 중요하다는 점에서 잘 파악되고 신뢰성이 좋아야 하기 때문에 있는 것입니다. 이러한 장치는 자동차 수명만큼 오래 가서 교체할 필요 없어야 합니다. 용도에 따라 그 용량과 성능은 크게 다릅니다.
- 노어 플래시: 노어 플래시(NOR Flash)는 비휘발성 메모리이기 때문에 호스트 프로세서를 통해 노어 플래시 장치에서 직접 코드를 실행하여 외부 DRAM을 우회하는 애플리케이션 코드 저장과 XIP(execute-in-place: 바로 실행) 작업에 적합합니다. 이러한 장치는 부팅 속도도 빨라 인스트루먼트 클러스터와 ADAS에 적합한데 그 이유는 키를 돌리자마자 후방 카메라 디스플레이를 사용할 수 있기 때문입니다.
- FRAM(Ferroelectric RAM): 아직도 “이머징(emergin)” 메모리로 자주 표현되는 FRAM도 비휘발성 메모리며, 일부 용도에서 노어 플래시를 대신할 수 있습니다. 이 메모리는 대시보드 계기, 배터리 관리, 안정성 제어, 파워트레인, 엔진 제어, 스마트 에어백 같은 대부분의 하위 시스템에서 데이터 로깅용으로 가장 적합합니다.
- 자기 저항 메모리(Magnetoresistive Random-Access Memory, MRAM): 또 다른 이머징 메모리인 MRAM은 비휘발성이고 고온에서 안정성이 뛰어나 자동차 산업에 적합합니다. 속도도 빨라 데이터를 실시간으로 모니터링하고 기록하는 센서에 사용하면 좋습니다.
- 저전력 DRAM(Low-Power DRAM, LPDDR): 성능이 좋고 전력 소비량도 적어 이미 스마트폰에 많이 사용되는 LPDDR은 자동차에서 자동 비상 제동 시스템, 차선 이탈 경고, 적응식 크루즈 컨트롤, 사각지대 감지 시스템 등 기능적 안전성 평가를 받은 DRAM을 사용할 수 있는, 신뢰성이 좋은 ADAD 기술 요구사항을 충족합니다. DRAM maker Micron Technology의 LPDDR5 하드웨어는 ISO 26262에서 정의한 위험 등급 분류 체계로서 가장 엄격한 자동차 안전 무결성 수준(Automotive Safety Integrity Level, ASIL)의 ASIL D를 충족한다는 평가를 받았습니다.
이 모든 메모리는 다양한 기억장치 유형으로 보완됩니다. 특히 비휘발성 NAND 플래시가 선호됩니다.
맨 아래에는 이동식 플래시 스토리지 형식의 용도가 있는데 유연성이 좋은 CompactFlash와 Secure Digital 카드는 디지털 지도와 대시 카메라용으로 사용됩니다. eMMC(Embedded MultiMediaCard) 인터페이스 기준은 더 이상 업데이트되지 않지만 자동차 제조사들이 원하는 수명을 구현하는 것으로 입증된 기술이기 때문에 텔레매틱스, 인포테인먼트, ADAS 같은 자동차 용도에서 아직도 널리 사용되고 있습니다. 그 자리를 범용 플래시 스토리지(UFS)가 대신하고 있는데, 이 인터페이스는 임베디드 공간에 있지만 능동적으로 업데이트됩니다. eMMC는 저전력 프로필의 저용량 용도에 가장 적합합니다.
eMMC와 UFS 둘 다 ADAS, 차량용 인포테인먼트(IVI), 텔레매틱스, 자율 구동 시스템에 적합하지만 인포테인먼트와 필수 용도에 요구되는 용량이 커지면서 SSD가 최고의 대안이 되었으며, 비휘발성 메모리 익스프레스(NVMe) 같은 새로운 인터페이스도 채택하고 있습니다.
안전성과 신뢰성을 중시해야 하는 통합 시스템
이렇게 다양하지만 콕핏이 더 디지털화되고 전력이 더 필요해진 만큼 복잡도를 낮출 수 있게 더 통합해야 합니다.
자동차의 특성 상 여러 메모리형과 ECU를 갖춘 시스템이 일정 수준 분포할 수 밖에 없습니다. 그러나 SSD는 용량이 더 커서 여러 시스템용 데이터 기억장치를 한 곳에 통합하는 것이 좋습니다. 데이터 증가와 함께 자율성과 콕핏 디지털화의 심화로 ECU가 분산되어 있는 세분화된 아키텍처에서 단일 영역 컨트롤러로 바뀌고 있습니다.
이러한 군집화로의 전환 추세 때문에 세분화되고 우선 순위가 정해져 있어도 필수 데이터와 엔터테인먼트 콘텐츠를 모두 담고 있는 통합 기억장치가 증가할 것입니다. 공통의 데이터 풀을 활용해 효율을 높일 수 있을 것입니다. 모든 지도가 단일 위치에 저장되어 있지만 서버의 아키텍처와 달리 시각화를 포함하는 다양한 애플리케이션에 사용됩니다. 두 가지 애플리케이션에서 동일한 기억장치에 액세스할 수 있는데 필수 데이터는 가용성과 이중화에 우선 사용됩니다. 필수 ADAS 기능을 어린이용 온보드 엔터테인먼트와 동일한 데이터 기억장치 미디어에 배치할 경우 위험할 수 있다는 점을 고려해야 합니다.
설계자들은 더 많은 기능과 용량을 조금씩 추가하기 보다는 보다 전체적인 시각으로 보면서 아키텍처로 이동하고 있으며, 여기에는 이산 장치를 두기 보다는 통합된 중앙 집중식 기억장치가 포함되어 있습니다. 이머징 메모리마다 사용 사례가 있을 수 있지만 안정성과 신뢰성으로 비용과 효율성의 균형을 맞춰야 하는 통합 자동차 시스템에는 노어 플래시, LPDDR, GDDR 같이 우수성이 입증된 메모리가 결합된 eMMC, UFS, 플래시 SSD 같은 저장 기술이 선호될 것입니다.
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