SDV 자동차: 소프트웨어 정의 차량의 개념과 아키텍처 진화

SDV(Software Defined Vehicle)는 하드웨어와 소프트웨어를 분리하여 차량을 소프트웨어 중심으로 설계한 개념입니다. SDV 자동차는 차량의 기능을 소프트웨어 업데이트를 통해 쉽게 수정하고 업그레이드할 수 있도록 합니다. 이를 통해 차량의 유연성과 확장성이 크게 향상됩니다.


SDV 자동차 하드웨어 아키텍처의 진화

분산형에서 도메인 및 존 중심 아키텍처로의 전환

초기 자동차 전기/전자(E/E) 아키텍처는 분산형 구조를 채택하여 새로운 차량 기능을 추가하기 위해 추가적인 전자 제어 장치(ECU)를 도입했습니다. 시간이 지남에 따라 ECU의 수와 배선의 복잡성 및 무게가 크게 증가했습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 도메인 컨트롤러가 도입되었습니다. 도메인 컨트롤러는 ADAS(첨단 운전자 지원 시스템)/AD(자율주행), 차체 및 섀시, 에너지 및 파워트레인, 인포테인먼트 등 다양한 도메인의 ECU를 통합 관리합니다.

고성능 컴퓨터, 기가비트 이더넷이 도입되는 SDV 자동차의 하드웨어 아키텍처


고성능 컴퓨터(HPC)와 기가비트 이더넷의 도입

고성능 컴퓨터(HPC)와 기가비트 이더넷과 같은 고대역폭 네트워크의 도입은 E/E 아키텍처를 더욱 통합하고 중앙 집중화할 수 있게 했습니다. HPC는 다양한 도메인의 차량 기능을 단일 컴퓨팅 플랫폼에서 실행할 수 있으며, 차량 소프트웨어의 업데이트와 업그레이드를 용이하게 합니다. HPC는 ADAS/AD, 인포테인먼트 및 차체 제어와 같은 기능을 단일 HPC에서 실행할 수 있습니다. 최신 E/E 아키텍처는 도메인 컨트롤러 대신 존 컨트롤러 ECU를 사용합니다. 존 컨트롤러는 차량의 물리적 영역에 위치하며, 해당 영역의 스마트 센서와 액추에이터에 연결됩니다. 존 컨트롤러는 이더넷을 통해 HPC에 연결되며, 이를 통해 배선의 복잡성과 무게를 줄일 수 있습니다.

혼합형 통신 아키텍처

오늘날의 E/E 아키텍처는 이더넷, CAN, LIN 및 Flexray와 같은 다양한 버스 시스템을 포함합니다. 각 버스는 실시간 기능, 대역폭, 속도 및 비용 등에서 장단점이 있습니다. 이더넷은 서비스 지향 통신을 허용하여 차량과 백엔드 간의 마이크로서비스 소프트웨어 아키텍처를 가능하게 합니다. 반면 CAN과 Flexray는 신호 지향 통신을 사용하여 하드 실시간 사용 사례에 필요한 결정론적 통신을 제공합니다. SDV는 안전 및 실시간 요구 사항을 충족하면서 서비스 지향 소프트웨어 설계를 제공해야 합니다. 이는 신호 및 서비스 통신을 결합한 혼합형 또는 계층화된 통신 아키텍처를 필요로 합니다.

ADAS/AD 및 인공지능(AI) 요구 사항

ADAS/AD 기능은 스마트 센서, 센서 퓨전 및 인공지능(AI)을 통합하며, 이를 위해 충분한 대역폭(기가비트 이더넷)과 강력한 GPU 또는 NPU가 포함된 ECU가 필요합니다. 자율주행 3단계에서 5단계를 구현하기 위해서는 저지연 및 고대역폭의 클라우드 및 HD 맵 연결이 필수적입니다.

SDV 자동차 소프트웨어 아키텍처의 진화

하드웨어와 소프트웨어의 분리

SDV를 가능하게 하기 위해서는 하드웨어와 소프트웨어를 분리하는 것이 핵심입니다. 자동차 산업은 2002년부터 AUTOSAR와 같은 표준에 많은 투자를 해왔습니다. AUTOSAR Classic은 ECU의 소프트웨어 아키텍처를 표준화하고 OEM과 공급업체 간의 소프트웨어 모듈의 재사용성과 교환성을 높여 통합 E/E 아키텍처의 복잡성을 관리합니다. AUTOSAR Classic은 CAN, LIN 버스 등의 신호 기반 통신을 지원하며, 엔진 제어 시스템이나 제동 시스템과 같은 깊이 임베디드 시스템에 사용됩니다.

AUTOSAR Adaptive의 등장

ADAS 시스템과 OTA 업데이트의 도입으로 AUTOSAR Classic보다 더 유연한 솔루션이 필요하게 되었고, 이는 AUTOSAR Adaptive로 구체화되었습니다. AUTOSAR Adaptive는 이더넷 및 SOME/IP 기반의 서비스 기반 통신을 지원합니다. 주로 고성능 시스템(예: ADAS/AD 시스템)에 사용되며, OTA 업데이트가 가능합니다.

컨테이너 기술의 도입

컨테이너 기술은 IT 산업과 클라우드 환경에서 인기를 얻었으며, 이제 SDV 자동차 산업에서도 유연성과 일관된 배포를 지원합니다. 컨테이너는 코드와 종속성을 포함한 소프트웨어 패키지로, 이를 통해 소프트웨어 구성 요소 간의 상호 의존성을 관리하는 데 큰 장점을 제공합니다. 컨테이너는 경량, 휴대 가능, 안전하며, 시스템의 안정성을 높이는 절연 공간을 제공합니다. 또한, 운영 체제에서 소프트웨어를 분리함으로써 OTA를 통한 전송이 용이해집니다.

SDV의 플랫폼 및 API 관리

SDV는 다양한 차량 도메인에 대한 서비스를 제공하기 위해 많은 클라우드 백엔드 서비스를 사용합니다. 시간이 지남에 따라 이러한 서비스와 API는 변화할 것입니다. 차량 소프트웨어는 차량의 수명 동안, OEM 또는 외부 조직이 제공하는 기능 업데이트와 새로운 기능으로 인해 변화할 것입니다. 새로운 차량 세대가 도입됨에 따라 기능 세트가 증가하고, 추가 백엔드 서비스가 필요할 것입니다. 또한, 다른 백엔드 서비스는 업데이트되어 새로운 API 버전이 필요하거나 사용되지 않게 될 수 있습니다.

이 복잡한 소프트웨어 및 서비스 구성 및 종속성 관리 시나리오에서, 차량 소프트웨어 플랫폼과 서비스 API를 관리하는 것이 중요합니다. IT 산업에서는 마이크로서비스 기반 솔루션을 관리하기 위해 일반적으로 HTTP 기반 API를 사용합니다. 마이크로서비스 아키텍처와 차량-백엔드 통신 보안 개념을 연결 차량에 활용할 수 있습니다. API 관리는 백엔드가 제공하는 서비스와 차량 하드웨어 및 소프트웨어 구성 및 제공되는 기능 집합의 변경 사항 간의 종속성을 관리하는 데 필수적입니다.

인포테인먼트 시스템

차량 소유자는 스마트폰에서 사용하는 앱(예: Spotify 또는 Netflix)이 차량의 헤드 유닛과 후석 엔터테인먼트 시스템에서 사용 가능하기를 기대합니다. Android Automotive는 이 시장을 겨냥하여 운전 방해 방지, 화면 크기 등 차량 내 사용을 위해 맞춤화된 Android 앱을 제공합니다. 일부 OEM은 차량에 Android Automotive를 통합하기로 결정했으며, 다른 OEM은 Android Auto 또는 Apple Carplay만 지원합니다. 이는 앱 콘텐츠를 헤드 유닛 디스플레이에 미러링하지만 차량과 깊이 통합되지는 않습니다.

결론

SDV는 하드웨어와 소프트웨어의 분리를 통해 자동차 산업의 혁신을 가능하게 합니다. 이는 차량의 유연성과 확장성을 높이고, 자율주행 기능과 같은 첨단 기술을 구현하며, 새로운 비즈니스 모델을 창출할 수 있게 합니다. 또한, 환경 친화적인 전기차로 개발되어 기후 변화에 대응하는 데 기여할 수 있습니다. SDV의 도입은 SDV 자동차 제조사와 사용자가 새로운 기술과 서비스를 활용하여 더 나은 운전 경험을 제공받을 수 있도록 할 것입니다.