반도체 전문 온라인 매거진 - 올포칩

글 / 마크 패트릭(Mark Patrick), 마우저 일렉트로닉스(Mouser Electronics)

레벨 5 완전 자율 자동차가 본격적으로 상용화되기까지는 아직 몇 년이 더 걸릴 것이지만, 앞으로 대부분의 신차는 인터넷 지원이 가능하게 될 것이다. 시장 조사 및 컨설팅 서비스 회사인 P&S 인텔리전스(P&S Intelligence)에 따르면, 전세계 커넥티드 카(Connected Car) 시장이 2019년에 724억 9,920만 달러에서 2025년에 1,984억 5,970만 달러로 24.1%의 CAGR로 성장할 것으로 전망된다. 이러한 성장은 향상된 운전 경험에 대한 소비자들의 요구가 갈수록 높아지면서 계속해서 크기가 축소되고, 가격대가 낮아지는 전자 장치의 발전 덕분에 가속화되고 있다.

커넥티드 카는 네트워크를 통해서 노트북과 휴대전화, 다양한 커넥티드 카 기술은 물론, 집, 사무실, 교통 신호등, 응급 센터 등과 같은 서비스와 기기를 연결할 수 있는 자동차를 말한다. 오늘날 최신 자동차는 각종 전자 장치와 센서들을 탑재함으로써(그림 1) 도로 위의 IoT 기기라고 칭할 만하게 되었다. 이러한 처리 능력은 크게 세 가지를 가능하게 한다. 텔레매틱스(자동차 위치, 운전자 행동, 엔진 진단, 자동차 움직임), 셀룰러 V2X(C-V2X) 통신(주변 환경 감지), 인포테인먼트(자동차 사용자 경험 UX)이다.

그림 1: 최신 자동차는 각종 전자장치들을 탑재하고 있다.(출처: NXP Semiconductors)

커넥티드 카의 활용 사례

이와 같은 고도의 컴퓨팅 성능을 탑재한 커넥티드 카는 하루에 4테라바이트에 이르는 막대한 양의 데이터를 발생시키며, 나날이 진보를 거듭하고 있는 C-V2X 통신 기술이 이 데이터를 활용해서 다양한 활용 사례가 가능하다(그림 2). 예를 들어서 엔진 관리 시스템으로부터 수집된 데이터를 원격지의 서비스 센터로 전송해서 예측적 유지보수를 할 수 있다. 도로 상태와 날씨에 대한 정보를 공공 안전 데이터베이스로 전송할 수 있으며, 운전자 행동과 자동차 마일리지 데이터를 활용해서 보험료를 책정할 수 있다.

도로에서 점차 증가하고 있는 하이브리드 전기차는 정교한 에너지 관리 시스템을 활용해서 주행 프로파일과 운전자 스타일 같은 정보에 기반해서 전기 모터로 주행할지 내연 엔진으로 주행할지 판단할 수 있다. 셀룰러 네트워크의 전력대와 커버리지가 향상됨으로써 이러한 온보드 시스템들은 클라우드 에지 프로세싱과 AI를 결합하여 의사결정을 향상시키고, 자동차 주행거리를 늘리고, 배기가스를 줄이고, 배터리 시간과 성능을 극대화할 수 있다.

그림 2: C-V2X 통신 기술을 활용하여 다양한 적용사례를 구현할 수 있다.(출처: NXP Semiconductors)

커넥티드 카의 안전에 중요한 C-V2X 표준

커넥티드 카의 안전을 위해 통신의 역할이 점차 중요해짐에 따라 국제 표준 기구인 3GPP가 커넥티드 카를 실현하기 위한 C-V2X 기술 개발을 책임지고 있다. 3GPP는 셀룰러 기술이 진화하는 것에 발맞춰서 C-V2X의 기능성을 높이고 있다(그림 3). 3GPP의 릴리즈 16에서는 자율 자동차로 첨단 주행을 위한 토대를 마련하고 있으며, 5G 네트워크를 사용하는 것을 전제로 하고 있다. 5G 통신망은 높은 쓰루풋과 극히 낮은 지연을 특징으로 한다.

그림 3: 3GPP V2X 표준의 진화(출처: 5GAA, C-V2X 구축 타임라인)

자율 주행 자동차가 본격적으로 상용화되기까지는 시일이 걸릴 것이나, 구글의 Waymo, BMW의 Vision iNext, 테슬라의 Model 시리즈 같이 선도 회사들의 시험 주행이 헤드라인을 장식하면서 기대감을 높이고 있다. 이미 많은 최신 자동차들이 각종 자율 주행 기술을 탑재하고 있으며 이러한 차를 소유한 운전자들이 C-V2X 기술을 활용하고 있다.

4G/LTE 네트워크도 위에서 언급한 활용 사례들을 지원하기에 충분히 빠르기는 하지만, 커넥티드 카로 인해 데이터 규모가 빠르게 증가하면서 가용 대역폭에 대한 부담을 높이고 있다. 또한 에너지 관리 같은 온보드 시스템이 점점 더 정교해짐으로써 네트워크 지연시간 성능에 대한 요구가 높아질 것이다.

맺음말

커넥티드 카의 시대는 이제 막 시작되고 있으며, 아직은 5G 커넥티비티의 잠재력을 본격적으로 활용하는 단계로 접어들지 못하고 있다. 완전 자율차의 현실화가 점점 가까워짐에 따라서 네트워크 속도와 클라우드-에지 프로세싱의 지연시간은 이제 사람의 반사작용과 맞먹는 수준으로 향상되어야 한다. 신뢰할 수 있으며 안전한 동작을 위해서는 커넥티드 카가 주변 상황에 실시간으로 대처할 수 있어야 한다. 5G는 처음에는 대도시들을 위주로 구축될 것이지만, C-V2X 인프라, 자동차 텔레매틱스, 인포테인먼트를 위해서는 신뢰할 수 있는 통신 인프라가 필수적이다. 현재의 무선 통신망으로 미래의 자율 자동차를 개발하기에는 한계가 있다. 따라서 5G가 없이는 자율 주행차가 불가능할 것이라고 업계는 입을 모으고 있다.

광섬유 수준의 처리량과 지연시간을 요구하는 커넥티드 카는 애초에 5G를 설계할 때 목표로 한 대표적인 활용 분야이며, 이러한 자율 자동차는 5G를 본격화하는 핵심 동력이 될 것이다.

마우저(Mouser)의 Empowering Innovation Together 사이트에서는 5G에 관한 더 많은 정보를 볼 수 있다: https://www.mouser.com/empowering-innovation/5G