"단 하나의 컨트롤러도 놓치지 않는다": 왜 Cortex-M CPU가 마이크로컨트롤러를 위한 자동차 업계의 선택인가

ARM, 소프트웨어 중심 자동차 시대의 핵심 동력으로 부상 소프트웨어 중심 차량(SDV) 시대로의 전환과 공급망 안정화라는 과제에 직면한 자동차 산업이 전례 없는 변화를 겪고 있습니다. 이러한 변화는 컴퓨팅 아키텍처와 공급망 전반의 진화를 이끌고 있습니다. SDV의 컴퓨팅 플랫폼은 세 가지 핵심 요소로 구성됩니다. 첫째, 운전자 자율성 증대와 일반적인 차량 컴퓨팅 기능을 지원하는 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS)을 위한 중앙 집중식 컴퓨팅입니다. 둘째, 전력 분배 및 데이터 연결 허브 역할을 하며 다양한 실시간 자동차 기능을 지원하는 다수의 구역별 컨트롤러입니다. 셋째, 센서, 액추에이터, 하드웨어 제어를 포함한 컴퓨팅 플랫폼 전반의 단일 기능 운영을 지원하는 전자 제어 장치(ECU)에 통합된 수많은 엔드포인트 마이크로컨트롤러(MCU)입니다. 이러한 컴퓨팅 플랫폼에서 ARM의 Cortex-M CPU를 채택한 MCU는 '어떤 컨트롤러도 소외되지 않는' 자동차 컴퓨팅 플랫폼에서 결정적인 역할을 할 것으로 예상됩니다. 이 MCU들은 자동차 산업의 컴퓨팅 혁신을 지원하는 데 필요한 기능, 성능, 확장성 및 공통 아키텍처를 제공할 것입니다. 소프트웨어 중심 차량(SDV)이란? MCU와 Cortex-M CPU의 역할을 살펴보기 전에 SDV를 정의하는 요소를 이해하는 것이 중요합니다. SDV는 스마트폰처럼 차량 전체에 걸쳐 소프트웨어 업데이트를 제공할 것입니다. 이는 시스템 업데이트 알림이나 운전자가 요청한 차량 기능 향상 등이 될 수 있습니다. 예를 들어, 스티어링 시스템은 더욱 즉각적인 '스포티한' 핸들링을 위해 업그레이드될 수 있고, ADAS에는 더 많은 운전 보조 기능이 추가될 수 있으며, 배터리 관리 시스템은 차량 주행 거리를 늘리기 위해 업그레이드될 수 있습니다. 이러한 업데이트를 가능하게 하려면 SDV는 클라우드에서 소프트웨어를 생성하고 테스트한 후 차량에 배포하는 클라우드 네이티브 환경도 필요합니다. MCU의 부상, 미래 SDV의 모습 신차의 전자 아키텍처가 중앙 집중화되고 있지만, MCU의 양과 기능은 자동차 산업 전반에 걸쳐 확장될 것으로 보입니다. Strategy Analytics의 분석에 따르면, 2021년부터 2026년까지 MCU 수는 차량 생산 증가율을 앞지르며 약 8% 증가할 것으로 예상됩니다. 이 MCU들은 원격 엣지 센싱 지점을 구현하고, 저전력 및 고효율로 차량 내 특정 작업을 제어하며, 새로운 SDV 소프트웨어 아키텍처에 통합될 것입니다. MCU의 기능과 컴퓨팅 성능은 여러 세대에 걸쳐 지속적으로 발전해 왔습니다. 요구 사항이 확장됨에 따라 MCU는 8비트에서 16비트, 그리고 32비트로 발전했습니다. 실제로 가장 작은 노드 중 상당수는 계속해서 32비트 컨트롤러로 발전하고 있으며, ARM의 자동차 파트너들은 2023년에 새로운 32비트 제품을 출시할 예정입니다. 미래 SDV의 평생 동안 무선(OTA) 업데이트가 이루어짐에 따라, MCU는 개인 정보, 법률 또는 금융 정보와 같은 중요한 정보에 대한 불법적인 접근을 방지하거나 치명적인 사고를 유발할 수 있는 악성 소프트웨어를 막기 위해 향상된 보안 기능을 갖춘 신뢰할 수 있는 실행 환경을 지속적으로 제공해야 합니다. 또한, 기능 안전은 차량에서 무엇보다 중요합니다. 이는 중요한 측정 및 액추에이션이 이루어지는 엔드포인트 MCU에서 더욱 중요하며, 이러한 MCU는 기능 안전 기능을 반드시 채택해야 합니다. Cortex-M의 역할 ARM의 Cortex-M CPU는 미래 자동차 컴퓨팅 플랫폼에서 MCU에 필요한 기능을 제공합니다. Elmos Semiconductor와 같이 차세대 자동차 MCU에 다양한 Cortex-M 제품을 채택할 계획인 자동차 파트너들은 공통 아키텍처, 기능 안전, 고급 보안 및 광범위한 지원 생태계를 제공하는 Cortex-M을 선택하고 있습니다. 공통 아키텍처 최근의 글로벌 공급망 제약은 자동차 산업에 영향을 미쳤습니다. 일부 경우, 엔드포인트 MCU 부족으로 차량 출하가 불가능했습니다. 대체 컨트롤러 옵션이 거의 없어 이러한 핵심 부품의 가용성을 기다리며 차량이 재고로 쌓였습니다. 표준화된 MCU 컴퓨팅 아키텍처를 배포하면 가용성 격차를 메우기 위해 대체 제품을 유연하게 배포하는 데 도움이 됩니다. ARM은 30년 동안 자동차 산업 파트너들과 협력해 왔으며, 고성능 중앙 집중식 컴퓨팅부터 전력 효율적인 엔드포인트 MCU에 이르기까지 다양한 자동차 애플리케이션을 위한 다양하고 확장 가능한 컴퓨팅 코어 포트폴리오를 보유하고 있습니다. 이는 설계자와 개발자가 이러한 자동차 애플리케이션 전반에 걸쳐 사용할 수 있는 확장 가능한 하드웨어 및 소프트웨어의 이점을 누릴 수 있는 공통 아키텍처를 제공하여 엔지니어링 시간과 비용을 절감합니다. 새로운 SDV를 향한 미래에는 이러한 공통 아키텍처가 소프트웨어 개발 및 배포, OTA 업데이트를 가능하게 할 것입니다. 기능 안전 기능 안전은 자동차 시스템의 안전이 중요한 애플리케이션을 뒷받침하며, 위험한 상황을 초래할 수 있는 결함을 감지하고 보고함으로써 사람과 환경에 대한 위험을 최소화합니다. 자율 주행과 같은 새로운 기술이 등장하고 기존의 안전이 중요한 요구 사항을 계속 지원함에 따라 기능 안전의 중요성은 더욱 커지고 있습니다. 또한 산업, 항공 우주 및 운송과 같은 자동차 외 다른 시장으로도 확장됩니다. Cortex-M 제품군은 임베디드 컨트롤러의 모든 성능 수준에 걸쳐 안전 기능을 제공하여 ARM의 파트너가 확장 가능한 안전이 중요한 시스템을 개발할 수 있도록 합니다. Cortex-M85, Cortex-M55 및 Cortex-M23은 파트너가 안전 목표를 효율적으로 달성하는 데 활용할 수 있는 다양한 안전 기능을 갖추고 있습니다. 광범위한 소프트웨어 생태계의 지원은 ARM Cortex-M CPU를 기반으로 구축된 안전이 중요한 개발을 위한 수많은 안전 인증 소프트웨어 및 도구를 제공합니다. 이는 ARM 파트너와 더 넓은 개발자 커뮤니티에서 쉽게 접근할 수 있습니다. ARM은 또한 ARM의 기능 안전 런타임 시스템(FuSa RTS), 소프트웨어 테스트 라이브러리 및 임베디드용 ARM 컴파일러와 같은 안전 도구 및 소프트웨어에 대한 네이티브 지원을 제공합니다. 보안 안전과 마찬가지로, 승용차에 심각한 위협을 가하는 악성 소프트웨어 공격에 대비하기 위한 향상된 사이버 보안에 대한 요구가 증가하고 있습니다. 차량의 자율성 수준이 높아짐에 따라 해킹은 이제 심각한 안전 문제를 야기합니다. 또한 정보에 대한 무단 액세스를 방지하기 위한 보안 기능도 필요합니다. Upstream의 2022년 글로벌 자동차 사이버 보안 보고서에 따르면, 2020년과 2021년에 보고된 보안 사고의 87.7%는 차량 데이터 및 코드에 대한 위협으로 인해 발생했습니다. 연결된 SDV에서 공격 표면이 증가했으며, 보안은 고성능 노드뿐만 아니라 전체 차량에 걸쳐 고려되어야 합니다. 엣지 MCU의 보호는 반드시 고려되어야 하며, 차량의 나머지 부분과 함께 소프트웨어 업데이트를 포함한 차량의 전체 수명 주기에 걸쳐 고려되어야 합니다. 프로세서 수준에서는 실행되는 코드를 신뢰할 수 있고, 잘못된 소프트웨어 공격을 완화하기 위한 보안 기능을 갖추는 것이 중요합니다. Cortex-M 클래스 CPU는 중앙 및 구역 컴퓨팅 아키텍처에서 안전한 시스템 관리 및 부팅 관리 서비스를 수행하는 데 점점 더 많이 사용되고 있습니다. Armv8-M 아키텍처를 통해 TrustZone은 Cortex-M 제품군 전반에 도입되었습니다. Cortex-M23 및 Cortex-M33은 TrustZone이 제공하는 하드웨어 강제 분리 및 보안을 지원하는 최초의 프로세서입니다. 이는 소프트웨어, CPU, 상호 연결, 메모리 및 주변 장치에 걸친 시스템 전체 보안을 보장합니다. Armv8.1-M 아키텍처를 통해 더욱 향상된 보안 기능도 추가되었습니다. Cortex-M85에는 포인터 인증 코드(PAC) 및 분기 대상 표시기(BTI)가 포함됩니다. PAC 및 BTI는 반환 지향 및 점프 지향 소프트웨어 공격을 완화하는 데 도움이 됩니다. ARM 생태계 SDV가 자동차 부문에서 더욱 중요한 역할을 함에 따라, Tier 1 공급업체, OEM 및 개발자는 소프트웨어 개발 시간과 비용을 최적화할 방법을 모색하고 있습니다. 현재까지 200억 개 이상이 배포된 ARM 아키텍처의 방대한 규모는 도구, 운영 체제 및 소프트웨어 라이브러리 제공업체가 ARM 지원을 제품에 추가하도록 동기를 부여하여 비용 효율적인 소프트웨어 개발을 가능하게 합니다. Cortex-M 프로세서의 경우, ARM의 생태계 파트너는 IDE, 컴파일러, 디버그 및 추적 도구 및 소프트웨어에 대한 광범위한 지원을 제공합니다. ARM은 또한 일관되고 표준화된 소프트웨어 빌딩 블록을 제공하는 CMSIS(Common Microcontroller Software Interface Standard)를 제공합니다. 이 모든 것은 자동차 개발자가 출시 시간 및 개발 위험을 줄이기 위해 광범위한 옵션 중에서 선택할 수 있음을 의미합니다. 자동차 성장 견인 새로운 SDV의 컴퓨팅 요구 사항은 차량 컴퓨팅 플랫폼에서 수많은 MCU에 대한 광범위한 자동차 산업의 지속적인 요구를 지원하며, '어떤 컨트롤러도 소외되지 않습니다.' Cortex-M CPU는 전력 효율적인 컴퓨팅, 확장성, 안전 기능 및 보안 기능을 제공하여 MCU 채택 확대를 지원합니다. 제품 기능과 더불어 ARM은 원활한 통합 및 개발자 경험을 제공하기 위한 광범위한 지원을 제공하는 세계 최대의 소프트웨어 생태계를 보유하고 있습니다. Cortex-M 기반 MCU가 SDV와 같은 새로운 차량의 성장을 주도함에 따라 자동차 부문의 미래는 ARM을 기반으로 구축될 것입니다.