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아마드 바하이(Ahmad Bahai) / 텍사스 인스트루먼트

오늘날 전기차는 가속 페달을 밟으면 0km에서 시속 100km에 이르는 데 3초도 채 걸리지 않는다. 전기차가 고속도로에서 빠르게 달릴 수 있듯이, 새로운 차세대 첨단 기술들은 지능형 빅데이터 고속도로에서 혁신을 가속화한다.

미래에 기술은 다음과 같이 여러 방면에서 우리의 삶과 일에 영향을 미칠 것이다.

• 자동차 생산 라인에서 협업 로봇은 다른 자동차 모델을 생산하도록 신속하게 재구성되어, 생산성을 높이고, 비용을 절감하며, 경쟁 우위를 달성할 수 있다. 오늘날에는 생산 공장이 재구성되는데 몇 년이 걸릴 수도 있다.

• 머신 비전을 통해 자동차는 어둠, 안개, 먼지 속에서도 잘 볼 수 있다.

• 전력 충전기는 신용카드 크기로 줄어들어 주머니에 넣고 다닐 수 있게 된다.

• 특히 흥미로운 것은 3D 프린터로, 완벽하게 조리된 라자냐를 프린트할 수도 있다. 재료를 투입하면 프린터는 인터넷에서 조리법을 다운로드하고, 퇴근하는 시간에 맞춰 따끈한 저녁을 준비해 놓을 것이다.

산업용, 오토모티브, 기타 시장 분야로 와해성 기술들이 점점 가속화됨에 따라, 아날로그 및 임베디드 프로세싱 반도체는 이러한 혁신을 가능하게 하고 전력 효율성, 경제성, 성능을 향상시키는 토대를 제공한다.

어떤 기술이 이러한 무수한 가능성을 현실로 실현할 수 있게 하는지 살펴보자.

배터리 소모 없이 전기차 토크 제공
고전압 애플리케이션에서 질화갈륨(GaN)과 탄화규소(SiC)의 우수함은 잘 알려져 있지만, 이들 기술이 널리 채택되기 위해서는 현실적으로 해결되어야 할 몇 가지 과제들이 있다. 하지만 이러한 과제들이 극복되면서 오토모티브, 산업용, 의료용, 가전제품 시장에서 이전에는 가능하지 않았던 새로운 것들이 가능하게 되었다.

전기차 인버터, 모터 드라이브, 로보틱스, 재생 에너지와 같은 애플리케이션은 전력 효율과 더 작아진 크기를 최대한 활용할 수 있게 되었다. 예를 들어 다음과 같은 것들이 가능하게 되었다.

• 재생 에너지로 생산된 전기를 전력망에 연결하는 인버터는 더 작고 효율이 높아진다.

• 전력 관리 효율이 향상됨으로써, 전기차의 이동거리는 가솔린 자동차와 비슷해지고, 빠르게 가속할 수 있는 토크를 제공할 수 있게 된다. 배터리 기술은 꾸준히 향상되고 있으며, kWh당 약 100달러가 전기차가 대중화되는 변곡점이 될 것이다.

10년에 1초밖에 변하지 않는 통합적인 클록 제품
우리는 지금 빅데이터 시대를 살고 있다. 5G가 다가오고 있으며, 2018년에는 유무선 통신망을 통해 전송되는 데이터 규모가 약 2제타바이트(2조 기가바이트)에 이를 것으로 전망된다. 이와 관련해 기가 샘플 데이터 컨버터, 고속 인터페이스, 고성능 무선 디바이스가 혁신을 가속화할 것이다.

이를 위해서는 매우 깨끗한 고성능 클록 레퍼런스가 필요하다. 10년에 단 1초밖에 변하지 않는 고도로 통합된 클록 제품은 빅데이터가 필요로 하는, 전례 없이 뛰어난 성능을 제공한다.

또한 보드와 시스템 상에서 클로킹 신호가 전달될 때 잡음 또는 지터가 낮아야 한다. 지난 몇 십 년 간은 크리스털 기반 클록 레퍼런스가 잘 작동했지만, 새로운 혁신적인 MEMS 클록 레퍼런스가 등장하면서 더 높은 성능, 더 낮은 지터, 더 통합적인 솔루션을 제공할 수 있게 되었다.

안개나 먼지 속에서도 잘 볼 수 있는 눈
머신 비전은 산업용 및 오토모티브 분야에서 가장 빠르게 성장하고 있는 기술 중 하나다. 스마트 카, 협업 로봇, 산업용 도량형 측정이 늘어남에 따라, 카메라, 레이더, 레이저, 초음파를 융합하는 것이 중요하다.

물론 레이더는 새로운 것이 아니다. 레이더는 ToF(time-of-flight) 기술로서, 지난 수년 동안 오토모티브 주행 제어에 사용되어 왔다. 하지만 전체적인 무선 프론트 엔드, 디지털 신호 프로세싱, 안테나를 단일 칩으로 통합하는 것은 최근까지 중요한 엔지니어링 과제였다.

TI의 CMOS 레이더 제품인 밀리미터파(mmWave) 센서는 비용, 성능, 사용 편리성에 대한 요구를 충족한다. 비전 시스템의 많은 새로운 애플리케이션을 가능하게 하고 해상도를 향상시킨다.

• 이 새로운 레이더 기술은 안개나 먼지 속에서도 잘 볼 수 있으며, 도로 위의 빙판도 감지할 수 있다.

• 병원에서는 레이더를 사용함으로써, 환자의 옷을 통해 원격으로 심장박동을 모니터링할 수 있다.

• 레이더 기술의 정밀성을 활용해 자율 로봇은 공장이나 물류 창고에서 원자재, 장비, 박스 같은 것을 빠르고 효율적으로 옮길 수 있다.

혁신적인 기업들은 이 기술을 사용해 흥미로운 애플리케이션을 계속해서 출시하고 있으며, 자율주행차, 로봇, 스마트 빌딩으로 새로운 것들을 가능하게 할 것이다.

센서와 액추에이터 보호
산업 설비에서는 지능형 커넥티드 머신 장비의 도입을 가속화해 효율성, 안전성, 생산성을 높였다. 오늘날 첨단 공장에서는 수천 개의 센서와 디바이스들이 연결되어서 사용된다. 다수의 모터, 센서, 액추에이터를 네트워크로 연결하기 위해서는 다양한 모듈과 서브시스템 사이에 데이터와 전력을 안전하고 신뢰하게 교환할 수 있어야 한다.

절연(isolation)은 컨트롤러를 트랜션트와 간섭으로부터 보호할 수 있는 기술로, 4차 산업혁명을 구축하기 위해서 중요한 요소이다. 절연을 통해서 공장으로 추가적인 센서와 액추에이터를 편리하게 구축할 수 있고, 더 높은 지능과 더 높은 생산성을 달성할 수 있다.

고도로 밀집되어 있으면서 강화 절연 벽을 통해서 수 기가비트의 데이터와 수 와트의 전력을 전달하기 위해서는 패키징, 소재, IC 디자인으로 혁신이 요구된다. 견고한 디지털 아이솔레이터를 사용함으로써 산업용 및 오토모티브 애플리케이션으로 혁신을 가속화하게 되었다.

기술은 우리 삶에 영향을 미치고 있으며, 변화의 속도는 점점 더 가속화되고 있다. 오늘날 전기차는 빠르게 가속할 수 있을 뿐만 아니라, 알아서 차고 문을 열고 후진하며, 스스로 에어컨이나 히터를 작동해서 적정 온도로 맞추고, 출발할 준비가 다 되었다고 알려주고, 당신이 다가오는 것을 보고 차고 문을 열 줄 안다.

이 글에서 소개한 질화갈륨 및 탄화규소, 클록 및 타이밍, 레이더, 절연은 효율, 전력 관리, 협업, 커넥티비티, 지능을 향상시킬 것이다.