ARM, EV 시대가 시작되었다: 성공을 위해 필요한 다섯 가지

전기차 시대, ARM 기술이 이끄는 미래 자동차 산업의 5가지 트렌드 전기차(EV) 시대가 본격적으로 열리고 있습니다. 제너럴 모터스(General Motors)는 2035년까지 가솔린 및 디젤 자동차 라인업을 완전히 없애겠다고 밝혔고, 포드(Ford)는 2030년까지 유럽 시장에서 모든 차량을 전동화할 계획입니다. 영국 역시 2035년으로 예정되었던 내연기관차 판매 금지 시점을 2030년으로 앞당겼습니다. UPS, 아마존과 같은 대형 물류 기업들은 이미 수천 대의 무공해 배송 차량을 주문하고 장거리 전기 트럭 솔루션에 투자하고 있습니다. 이러한 변화는 배터리 가격 하락과도 맞물려 있습니다. 2010년 이후 배터리 가격은 89%나 하락했습니다. 블룸버그 뉴 에너지 파이낸스(Bloomberg New Energy Finance)에 따르면, 2026년까지 미국 자동차 전시장은 현재 약 15개 모델에 불과했던 무공해 차량을 130개 모델로 확대할 것으로 예상됩니다. 이는 소비자뿐만 아니라 자동차 애호가들에게도 흥미로운 시기가 될 것입니다. 전기차 시스템은 바퀴 달린 컴퓨터에 비유될 수 있을 만큼 전자 산업에도 긍정적인 영향을 미치고 있습니다. 하지만 자동차 산업의 특성상 엄격한 안전 요구사항, 긴 개발 기간, 높은 성능 요구는 여전히 도전 과제로 남아있습니다. 앞으로 몇 년간 주목해야 할 5가지 중요한 트렌드를 살펴보겠습니다. 1. 중앙 집중식 컴퓨팅 파워 강화 과거 자동차의 컴퓨팅 성능은 프로세서의 개수로 평가되곤 했습니다. 일반 차량에는 30개, 고급 차량에는 100개의 프로세서가 탑재되기도 했습니다. 하지만 이제 자동차 제조사들은 수많은 마이크로컨트롤러를 소수의 고성능 SoC(System on Chip)로 대체하는 구역별(zonal), 중앙 집중식 컴퓨팅 아키텍처 전략으로 전환하고 있습니다. 이러한 추세는 전기차에서 더욱 가속화될 것입니다. 구역별 및 중앙 집중식 컴퓨팅은 차량에 더욱 유연하고 광범위한 지능을 제공할 수 있습니다. 이기종 코어(heterogenous array of cores)로 구축된 고성능 장치는 중요한 안전 시스템을 모니터링하고 제어하며, 소프트웨어 업데이트를 관리하고, 엣지 서비스와 상호 작용하며, 클라우드 기반 AI 및 ML 알고리즘을 위한 데이터를 수집 및 해석할 수 있습니다. 구역별 프로세서를 통해 차량은 진정한 소프트웨어 정의(software-defined)가 가능해집니다. 이는 독립적인 ECU들의 단순한 집합으로는 구현할 수 없는 기능입니다. 또한, 이 접근 방식은 데이터 관리, 전력 및 열 관련 고려 사항을 단순화하여 무게를 줄이고 효율성을 향상시킬 것입니다. 서버 및 스마트폰과 마찬가지로 자동차 SoC는 CPU, GPU, NPU 및 네트워킹과 같은 특정 기능을 위한 전용 코어를 혼합하여 포함하게 될 것입니다. 또한 구동계, 디지털 콕핏 또는 차량의 다양한 운전자 보조 시스템 관리와 같은 특정 구역에 최적화될 것입니다. 일반 컴퓨팅 실리콘과 차별화되는 점은 기능 안전(functional safety)에 대한 요구입니다. 기능 안전은 제동 및 조향과 같은 안전 필수 기능이 오작동 및 오류를 감지, 진단 및 완화할 수 있는 전자 장치에 의해 지원되도록 보장합니다. 또한, 기능 간 간섭을 방지하거나 줄이는 메커니즘은 기능 안전을 더욱 강화합니다. 예를 들어, 작년에 출시된 Arm의 Mali-G78AE GPU는 OEM이 혼합 중요도 워크로드(mixed-criticality workloads)를 위해 네 개의 개별 하드웨어 파티션을 생성할 수 있도록 합니다. 이를 통해 소프트웨어의 유연성과 함께 하드웨어 기반 안전을 구현할 수 있습니다. 2. 스마트해지는 배터리 "배터리는 컴퓨터다"라고 그린스미스(Greensmith)의 창립자인 존 정(John Jung)은 말합니다. 배터리 팩과 전기차의 가격, 성능, 수명에 양극재와 전해질이 영향을 미치지만, 충방전 속도, 셀 밸런싱, 예측 분석과 같은 요인들도 중요하며, 이 모든 것은 셀, 모듈, 팩 내부의 실리콘과 소프트웨어에 의해 제어됩니다. 주행 거리 불안감을 해소하기 위해 25마일(약 40km)을 추가로 주행 거리를 늘리는 과제를 생각해 봅시다. 셀 용량을 늘리거나, 배터리 관리 시스템이 가속을 제한하는 슈퍼 에코 모드를 만드는 방법으로 이를 달성할 수 있습니다. 후자의 접근 방식은 비용이 적게 들고 무게도 덜 나갈 가능성이 높습니다. 성능 면에서는, 전자 장치를 통해 제조업체는 공통된 배터리 셀 세트를 활용하여 고급 세단, 경제형 자동차, SUV, 로드스터에 맞는 차별화된 배터리 팩을 만들 수 있습니다. 또한, 일부 제조업체는 가속 성능(즉, 최대 출력)을 강조하는 시스템을 사용하는 반면, 다른 제조업체는 주행 거리를 우선시할 것입니다. 향후 10년 동안 배터리 관리 및 제어 시스템은 혁신의 중심지가 될 것입니다. 배터리는 또한 개별 운전자의 습관을 분석하고 배터리 관리 시스템과 협력하는 클라우드 분석으로 보완될 것입니다. 보쉬(Bosch)는 자사의 클라우드 기반 배터리가 배터리 마모를 20%까지 줄일 수 있다고 예측합니다. 3. 차량 효율성 극대화 내연기관 차량에서 전력 소비는 부차적인 고려 사항이었습니다. 하지만 전기차에서는 실내에서 소비되는 전력이 주행 거리에 직접적인 영향을 미칩니다. 예를 들어, 히터는 주행 거리를 최대 30%까지 줄일 수 있습니다. 고급 세단의 프리미엄 엔터테인먼트 콘솔 역시 마찬가지입니다. 자동차 제조사들은 차량의 에너지 소비를 최소화하고 프로세싱 파워와 알고리즘 효율성에 대해 매우 세심하게 관리해야 합니다. 스마트폰 및 IoT 장치 구축에서 얻은 효율성 교훈이 여기서 유용하게 작용할 것입니다. 전기차에서는 브레이크, 파워트레인 및 기타 중요 시스템도 배터리 전력으로 작동합니다. 고급 프로세서와 소프트웨어를 통한 효율성 향상이 요구되지만, 효율성이 성능을 저해해서는 안 됩니다. 실내 또는 구역별 프로세서의 효율성 향상은 열 설계, 기계 설계 등을 용이하게 하는 부수적인 긍정적 효과도 가져올 것입니다. 자동차 제조업체, 개발자 및 그들의 실리콘 파트너는 와트당 성능(performance per watt)의 한계를 지속적으로 확장해야 합니다. 또 다른 이점은, 효율성 향상을 통해 얻는 이점이 더 가벼운 차체 소재를 상용화하거나 공기 역학적 성능을 개선하는 것보다 더 빠르고 저렴하게 달성될 수 있다는 점입니다. 4. 자동차를 넘어선 생태계 전기차는 차량 소유주만을 위한 것이 아닙니다. 전기차는 더 많은 충전소, 더 많은 전력 용량, 그리고 전력망 업그레이드를 필요로 합니다. 전기차로 100마일(약 160km)을 주행하는 것은 미국 가정에서 하루 동안 사용하는 전력량과 맞먹습니다. 2018년 텍사스 대학교(University of Texas)의 한 연구에 따르면, 해당 주에서 전기차로 완전히 전환하려면 전력 생산량을 30% 늘려야 할 것으로 추정되었습니다. 태양광 발전은 또 다른 변수입니다. 태양광 발전은 오후 6시경부터 감소하기 시작하는데, 이는 많은 운전자들이 밤에 충전을 시작하는 시간입니다. 다행히 전력망 최적화는 또 다른 고전적인 최적화 문제입니다. 미래에 충전소에 연결하면, 차량은 스마트 그리드 분석, 전력 생산 예측, 5분 및 1시간 전 전력 시장을 호스팅하는 클라우드 애플리케이션, 지역 에너지 저장 장치, 그리고 물론 공공 충전기와 차량 내부의 정교한 프로세서들을 연결하는 네트워크에도 연결될 것입니다. 5. 자율 주행 시대를 준비하다 자율 주행 차량은 거의 모두 전기차가 될 것입니다. 내연기관 차량과 관련된 신뢰성 및 수리 문제는 자율 주행 차량을 구축하는 데 너무 클 것입니다. 또한, 현재 전기차의 높은 초기 비용은 차량 운행을 통해 상쇄될 수 있습니다. 오늘날 차량 운행에서 얻은 배터리 관리 및 구역별 제어에 대한 학습 내용은 향후 자율 주행 차량의 개발 플랫폼이 될 것입니다. 완전 자율 주행 시스템(L5)은 초당 4,000 TOPS(Tera Operations Per Second)의 연산 능력을 요구하므로 효율성은 계속해서 중요해질 것입니다. 전기차와 함께 다른 변화도 목격할 것입니다. 주유소는 전기차 충전 카페로 변모하고 있습니다. 차량 공유 모델은 전기차와 함께 더욱 인기를 얻을 것으로 예상되며, 이는 시간이 지남에 따라 로스앤젤레스의 13%에 달하는 주차 공간 및 개인 차고에 할당된 상당한 부동산을 확보할 수 있습니다. 차량 공유는 또한 많은 저소득 지역 사회에 영향을 미치는 교통 격차를 줄일 수도 있습니다. Arm 기술은 차량 구동 및 동력 시스템에 필요한 실시간의 효율적이고 안전한 컴퓨팅을 지원하고 있습니다. Arm은 배터리 관리 시스템, 온보드 충전기, 트랙션 모터 컨트롤러를 포함한 다양한 차량 구동 애플리케이션을 위한 추천 제품을 제공합니다.