ARM, 눈 깜빡임보다 25,000배 빠른: 자동차에서의 실시간의 부상

ARM, 자동차 실시간 제어 기술의 중요성 강조…Cortex-R52 기반 솔루션 주목 [서울=뉴스핌] 김현정 기자 = 자동차의 반응 속도는 인간 운전자든 컴퓨터든 매우 중요하다. 시속 50km의 속도로 주행 중 13미터 앞에 위험 상황이 발생하면 1초도 안 되어 도달하게 된다. 이는 눈 깜빡할 사이에 4미터 이상을 이동하는 거리다. 인간 운전자의 평균 반응 시간은 위험을 인지하고 회피 행동을 취하기까지 300~600밀리초(약 0.5초) 사이다. 이는 운전자가 깨어 있고 주의력이 높으며 올바른 방향을 주시하고 있을 때의 최상의 시나리오다. 만약 운전 중 주의가 산만해지거나 음주, 피로 등으로 집중력이 흐트러지면 반응 시간은 훨씬 느려진다. 이러한 인간의 반응 능력 부족은 전 세계적으로 매년 발생하는 약 130만 건의 교통사고 사망 원인에 상당한 영향을 미친다. 따라서 컴퓨터가 운전자의 반응을 보조하거나 대체할 때, 인간의 능력 수준을 단순히 맞추는 것만으로는 부족하다. 수만 배 이상 뛰어나야 한다. 정확하고 빠른 자동차 실시간 제어의 필요성은 자동차에 탑재되는 숨겨진 컴퓨팅과 우리가 일상적으로 사용하는 휴대폰이나 노트북의 컴퓨팅 간의 근본적인 차이를 만든다. 단순히 반응이 빠른 것만으로는 충분하지 않다. 정해진 시간 내에 항상 예측 가능하게 반응해야 하는데, 이를 '결정론적 실시간 제어(deterministic real-time control)'라고 한다. 물론, 이미 수년 전부터 ABS(잠김 방지 브레이크), 에어백, 모터 제어 등 자동차 실시간 제어 기술은 존재해왔다. 하지만 최근 ADAS(첨단 운전자 지원 시스템)와 자동 긴급 제동, 충돌 회피, 사각지대 감지 등의 기능이 도입되면서 실시간 처리 요구사항의 수와 복잡성이 증가하고 있다. 이러한 변화는 차량 전자 시스템의 새로운 '구역별 아키텍처(zonal architecture)'의 등장과 맞물린다. 기존에는 차량당 100개 이상의 개별 전자 제어 장치(ECU)가 담당하던 기능들이 이제는 더 적은 수의 고성능 모듈로 통합되고 있다. 자동차 제조사들은 이러한 실시간 처리 작업을 어디에서 실행할지에 대한 최적의 방안을 모색하고 있으며, 두 가지 통합 옵션이 인기를 얻고 있다. 첫 번째 옵션은 '구역별 컨트롤러(zonal controllers)'를 통해 실시간 기능을 처리하는 것이다. 구역별 컨트롤러는 차량의 특정 지리적 영역 내 다수의 센서와 액추에이터를 지원하는 새로운 유형의 모듈이다. 예를 들어, 차량 전면부 좌측에 위치한 전조등, 미러 조절, 도어 잠금, 전동 창문, 좌석 제어 등의 기능을 하나의 구역별 컨트롤러가 통합하여 관리할 수 있다. 구역별 컨트롤러는 자동차 버스 시스템(CAN, LIN, FlexRay 등)의 데이터를 고속 이더넷 데이터 패킷으로 전환하는 네트워킹 플랫폼 역할을 한다. 이를 통해 배선 하네스를 단순화하여 비용과 무게를 절감할 수 있다. 전기차로의 빠른 전환은 구역별 아키텍처로의 전환에 기회를 제공하고 있으며, 1세대 구역별 컨트롤러는 이미 많은 양산 차량에 표준으로 탑재되고 있다. 여러 실시간 기능이 구역별 컨트롤러로 통합되면서 프로세서 성능 요구사항과 운영체제 및 소프트웨어의 복잡성이 증가하고 있다. 이에 따라 업계는 이러한 소프트웨어 통합 비전을 실현하기 위해 ARM Cortex-R52 기반의 마이크로컨트롤러(MCU)에 주목하고 있다. 이미 여러 자동차 반도체 제조사들은 고성능 구역별 플랫폼용 마이크로컨트롤러 설계에 이 프로세서를 통합했으며, 자동차 소프트웨어 제공업체들도 ARMv8-R 아키텍처를 활용한 솔루션을 구축하고 있다. 두 번째 옵션은 ADAS, 콕핏 도메인 컨트롤러 또는 중앙 컴퓨팅 유닛과 같은 고성능 모듈 내에서 실시간 처리 작업을 통합하는 것이다. 이러한 대규모 컴퓨팅 노드는 이기종 컴퓨팅 설계를 기반으로 하며, ARM Cortex-A 코어 클러스터와 함께 부팅 및 오류 관리를 담당하고 안전 필수 기능을 지원하는 실시간 '안전 섬(safety island)'이 함께 배치된다. 이러한 복잡한 고성능 SoC 설계에서 Cortex-R52는 안전 섬을 위한 인기 있는 프로세서로 자리매김했으며, ARM의 주요 자동차 실리콘 파트너 대다수가 실시간 컴퓨팅 설계를 위해 이를 선택하고 있다. 고성능 컴퓨팅 영역에서는 이미 워크로드 통합이 이루어졌으며, 이제 자동차 산업은 실시간 컴퓨팅 통합의 시급성을 인식하고 있다. 차량 설계자들은 실시간 처리 작업을 어디에서 실행할지에 대한 유연성을 중요하게 생각한다. Cortex-R52는 SoC 및 MCU 기반 설계 모두에 사용될 수 있어, 동일한 소프트웨어 아키텍처를 모든 설계 변형에서 재사용할 수 있다. 따라서 Cortex-R52 기반 프레임워크에 대한 투자는 소프트웨어 재사용 및 이식성 기회를 극대화한다.