전기화되었든 아니든, 자율 주행 기능이 있든 없든 오늘날의 최신 차량은 목적지에 도달하는 것 이상의 에너지를 필요로 합니다. 온보드 인텔리전스는 이제 저렴한 가격의 자동차에서도 찾아볼 수 있으며, 이러한 모든 스마트 시스템은 어딘가에서 전력을 끌어와야 합니다.
대부분의 차량에 ADAS(첨단 운전자 보조 시스템), 소프트웨어 기반 진단 시스템 및 엔터테인먼트 시스템이 표준 탑재되어 있는 현재 대부분의 차량은 종종 "휠 서버"로 설명됩니다. 또한 차량 내부뿐만 아니라 외부에서도 데이터를 공유하는 메모리와 스토리지, 센서, 프로세서 및 네트워크 연결로 가득 찬 엔드포인트 클러스터로 설명할 수 있습니다. 차량의 자율 주행 능력이 높을수록 온보드 인텔리전스가 많으며, 다양한 스마트 요소가 빠르고 안정적으로 연동되도록 하기 위해서는 더 많은 부품이 필요합니다.
이러한 모든 구성 요소는 신뢰성 및 전력 소비 측면에서 독립형 장치로서의 특정 요구 사항을 충족하면서도 차량의 성능과 기능적 안전성을 저해하는 방식으로 리소스를 얻기 위해 경쟁하지 않고 전체적으로 함께 작동할 수 있어야 합니다.
자율성이 높을수록 전원을 끌어오는 구성 요소가 많습니다
오늘날 대부분의 신형 차량에는 ADAS가 장착되어 있으며, "시스템" 끝에 "s"가 붙어 있다는 것을 기억해야 합니다. 이는 장치 한 대가 아니라 장치 모음입니다.
구형 차량을 계속 운전하고 있지 않는 한, 차량에는 6가지 수준의 주행 자동화와 일치하는 ADAS가 탑재되어 있습니다. 레벨 0은 정확히 모든 것이 수동으로 수행된다는 것을 의미합니다. 레벨 1은 일반적으로 크루즈 컨트롤의 형태로 운전자 지원을 제공합니다. 레벨 2에서는 스티어링과 가속의 부분적인 자동화가 이루어지지만 운전자는 여전히 환경을 감시할 책임이 있습니다. 레벨 3 이상은 자동화 증가가 시작되고 자동화 시스템이 환경을 모니터링합니다. 우리는 현재 겨우 레벨 3에 도달하고 있으며, 레벨 4와 레벨 5는 아직 상대적으로 훨씬 먼 미래의 일입니다.
대부분의 운전자의 경우 차량 내 ADAS는 물체에 가까워지고 있음을 알리기 위해 후진할 때 삐 소리를 통해 표현되고, 뒤를 보기 위해 목에 힘을 줄 필요가 없도록 후방 카메라가 함께 제공되며, 크루즈 컨트롤은 이제 표준 기능입니다. 이러한 기능은 카메라에서 화면으로 데이터를 전송하기 위해 컴퓨팅 성능과 메모리 및 연결성을 필요로 합니다. 더 중요한 것은 반응성이 뛰어나고 빨리 시작해야 한다는 것입니다. 대부분의 ADAS 구성 요소는 수동적이며 전반적인 신뢰성에 기여합니다. 여기에는 고장 방지 전력 공급 장치 및 자동차 회로의 조정기를 지원하는 자가 치유 커패시터가 포함됩니다.
기능이 스마트할수록 카메라, 센서, 특정 형태의 컴퓨팅, 메모리 및 데이터 기억장치에 따라 달라지는 다양한 디스플레이를 포함하는 구성 요소가 더 활성화되며, 그 결과 전력 소비는 물론 열까지 발생합니다. 이를 위해서는 전력 소비의 균형을 맞추고 열 손실을 관리해야 합니다.
조명 너머의 시스템 살펴보기
오늘날의 차량에 장착된 스마트한 구성 요소가 모두 운전자만을 위한 것은 아닙니다. "엔진 점검" 조명은 ADAS와 마찬가지로 일반 가정용 자동차나 상용 트럭을 포함하여 매우 다양한 차량에서 표준으로 사용되는 OBD(온보드 진단) 시스템으로 발전했습니다. 대시보드의 조명 뒤에는 복잡성이 증가하고 있으며 차량의 상태를 지속적으로 모니터링하고 데이터를 기록하는 시스템이 있습니다. 현대의 정비사들은 후드를 열어 살펴보는 것처럼 문제를 진단하기 위해 컴퓨터를 차량에 연결할 수 있습니다. OBD 시스템은 이제 차량 유지 보수 및 수리의 핵심 요소입니다.
ADAS와 마찬가지로 OBD 시스템은 전원을 끌어오는 수많은 부품과 전자 장치를 필요로 합니다. 모든 OBD 시스템의 중심에는 ECU(전자 제어 장치)가 있으며, ECU는 차량 전체의 다양한 센서로부터 데이터를 수집하여 연료 인젝터와 같은 차량의 일부를 제어하거나 문제를 모니터링하는 데 사용합니다.
ADAS가 센서를 사용하여 차량의 환경을 모니터링하는 것처럼 OBD 시스템은 차량을 통해 센서를 사용하여 전자 장치, 섀시 및 엔진을 모니터링합니다. 물론 모든 데이터가 저장되는 것은 아닙니다. 너무 많은 저장 용량이 필요하기 때문입니다. 대신 OBD 시스템은 입력이 정상 범위를 벗어날 때만 DTC(고장 진단 코드)의 형태로 정보를 보유합니다. DTC가 발생하면 ECU가 문제가 있음을 알리기 위해 지시계 조명이 켜지는 신호를 보냅니다(스마트 엔진 점검). 긴급한 문제인지, 기다릴 수 있는 문제인지 알 수 있다는 점에서 최신 지시계는 미묘한 차이가 나타납니다.
차량 진단 외에도 OBD 시스템은 배기 가스 배출 테스트를 수행하고 전체 차량에 대한 상업용 차량 텔레매틱스를 지원하여 연비, 운전자 행동 및 원격 진단 정보를 수집해 예방적 유지 관리 일정을 안내할 수 있습니다.
재미있는 승차를 위해 더 많은 에너지가 필요합니다
ADAS와 OBD 시스템은 오늘날 대부분의 차량에서 볼 수 있는 "인포테인먼트"의 절반에 불과합니다. 엔터테인먼트 시스템은 단순히 라디오가 아닌 CD 플레이어를 위해 조금 더 많은 돈을 지출하는 것을 넘어섰습니다. 온보드 GPS 외에도 더 많은 자동차에는 가입 여부에 관계없이 위성 라디오는 물론 On-Star 또는 승객 인터넷과 같은 도로변 지원 서비스에 필요한 연결 기능도 포함되어 있습니다. 미니밴과 같은 대형 가족용 차량에는 어린 승객들이 장시간 이동을 즐길 수 있도록 비디오 콘텐츠를 표시하는 화면이 있을 수 있으며, 컬렉션에 액세스하기 위해 전화기를 연결하는 대신 음악과 비디오를 저장할 수 있습니다.
이 모든 시스템을 갖춘 최신 차량을 "휠 서버"에 비유하는 것보다 엔드포인트의 클러스터라고 부르는 것이 더 적합합니다. 그리고 물론 엔드포인트는 메모리 저장 장치든, 카메라든, 진단 신호든 간에 연결되어야 합니다. 이러한 연결은 데이터가 차량 내부에 있든 외부 수신기에 있든 데이터를 앞뒤로 이동시키며, 이를 위해서는 역시 전력이 필요합니다.
연결은 전력 소비를 촉진합니다
다양한 ADAS 및 OBD 시스템 요소를 연결하기 위한 링크의 경우 RF(무선 주파수) 커패시터 및 인덕터가 ADAS 설계 전반에 걸쳐 RF 링크와 센서를 강화할 수 있는 정전기 방전 가능 인덕터로 점점 더 대체되고 있으며, 시스템 신뢰성을 향상하기 위해 IR 카메라, 스테레오 비전 및 차선 유지 모듈에 펄스 가능 통합 커패시터를 사용할 수 있습니다.
그러나 차량 연결의 주요 발전은 스마트 차량, 특히 미래의 자율 주행 기능에 크게 기여하고 있는 5G입니다. 이를 통해 이제 차량 텔레매틱스 데이터에 액세스하여 차량 관리 및 유지 보수를 지원할 수 있습니다. 더 많은 데이터를 쉽고 빠르게 수집할수록 더 많은 인사이트를 얻을 수 있으며, 이는 자동차 시스템 설계자, 차량 소유자 및 운전자에게 도움이 됩니다.
또한 차량에 의한 데이터 수집은 클라우드 및 기타 차량을 포함한 외부 소스로 보완될 수 있기 때문에 연결을 통해 ADAS가 개선됩니다. 5G라는 빠른 속도 또한 자율 주행을 완전히 실현하고 필요한 경우 AI 추론 데이터와 소프트웨어 업데이트를 실시간으로 공유하는 데 필요한 보안을 제공하기 위해 필요합니다. 또한 승객을 위한 엔터테인먼트 기능은 5G 연결을 활용하여 성능, 신뢰성 또는 보안의 저하 없이 보다 필수적인 데이터 서비스와 동일한 네트워킹 장비를 통해 구독 콘텐츠에 액세스할 수 있습니다.
구성 요소는 전력과 성능의 균형을 맞춰야 합니다
컴퓨팅, 메모리, 기억장치, 데이터 이동에 필요한 연결 등 어느 것이든 전력 소비가 고려되어야 합니다. 컴퓨터 비전 및 딥 러닝과 같이 차량 내의 데이터 집약적인 작업에 필요한 프로세서는 특정 전력 예산 내에서 작동하면서 정보 스트림을 처리하고 실시간으로 처리해야 합니다. 저전력 프로세서를 사용하면 능동 냉각의 필요성이 줄어들거나 없어질 수도 있습니다.
ADAS 레벨 2 및 레벨 3을 채택하여 어댑티브 크루즈 컨트롤, 차선 유지, 자동 제동 및 운전자 모니터링 시스템과 같은 기능을 지원하면 차량의 메모리 콘텐츠에 대한 수요도 증가합니다. 차량 내 장치 곳곳에 저장해야 하는 소량의 데이터의 경우 NOR 플래시와 같은 기존 메모리가 빠른 부팅 기능을 제공하므로 필요 없을 때 전원을 끌어오지 않고 운전자가 키를 돌리는 순간 기능이 살아납니다.
빠르게 처리해야 하지만 대용량 메모리가 필요한 기능의 경우 LPDDR4X/5X와 같은 에너지 효율이 좋은 저전력 메모리가 전력과 성능 간의 최적 균형을 제공할 수 있습니다. GDDR6는 일부 애플리케이션에서 차량 내 여러 화면을 지원하는 데 선호되는 메모리일 수 있지만, 두 레벨 모두 필요로 하는 AI 지원 애플리케이션을 실행하는 레벨 4 및 레벨 5 자율 주행 차량을 실현하기 위해서는 보다 발전된 프로세스 모드가 필수적일 것입니다.
통합은 전력 프로필 향상에 기여합니다
차량 내에서 작동하는 장치가 너무 많기 때문에 아키텍처가 더욱 세분화될 위험이 있으므로 모든 ECU에 대해 하나의 도메인 컨트롤러를 보유하려는 움직임이 일고 있는 반면 자동차 설계자는 멀티칩 패키지를 활용하여 메모리를 하나의 간소화된 패키지에 저장하게 됩니다. 시스템을 통합하는 또 다른 방법은 필수 시스템의 데이터 기억장치를 중요하지 않은 시스템과 결합하는 것으로, 운영 우선순위를 정할 수 있는 충분한 스마트 기능이 내장되어 있습니다.
이 단계에서 NAND 플래시가 작동하지만 여러 개의 신중한 eMMC 또는 UFS 플래시 장치를 갖추는 대신 주행 및 엔터테인먼트 콘텐츠에 필수적인 정보를 모두 저장할 수 있는 SSD를 활용하여 기억장치를 중앙 집중화하고 통합합니다. 지도가 포함된 인포테인먼트 시스템은 해상도가 점점 높아지고 있으며, 이에 따라 컴퓨팅과 메모리를 함께 결합하는 아키텍처의 필요성과 특히 점점 더 많은 데이터가 기록됨에 따라 필요한 플래시 용량을 확장해야 할 필요성이 더욱 커질 것입니다.
전력 소비량이 적은 새로운 메모리도 자동차 응용 분야에 대한 가능성을 보여 주고 있습니다. 임베디드 MRAM은 자동차의 극한 환경을 처리할 수 있는 것으로 입증되었으며, FRAM은 자율 주행 차량에 필요한 고속 비휘발성 데이터 로깅에 적합합니다.
궁극적으로 프로세서, 메모리 및 기억장치의 전력 소비 프로필은 특히 스마트 차량이 점점 더 전기화됨에 따라 스마트 차량 개발의 핵심 요소입니다. 내연 기관이 장착된 자동차에서 연비가 중시되는 것처럼 스마트 차량에서도 전력 공급원과 상관없이 에너지 효율은 점점 더 중요한 지표가 되고 있습니다.
