기능안전성 99%의 세계 첫 프로세서로 순조로운 출발
전 세계 자동차 업계는 물론 IT 업계까지 자율주행차를 선보이고 있는 가운데, 자율주행 및 지능정보 처리 전용의 핵심 프로세서 시장이 폭발적으로 성장하고 있다. 자율주행 기술에는 고속 연산이 필요한 신기술 개발이 핵심이다.
ETRI 연구진은 최근 고성능 자율주행 프로세서인 '알데바란(Aldebaran) 프로세서'를 개발했다. '알데바란(Aldebaran)'은 무인 자율주행차의 핵심기술 중 하나인 ‘고성능 프로세서’이다. 무인차의 센서, 레이더 등과 더불어 가장 중요한 기술로 센서가 모아준 데이터를 분석 및 처리하는 역할을 한다.
ETRI가 자체기술로 개발에 성공한 알데바란 프로세서는 차량 급발진처럼 전자장치가 고장 났을 때 99%의 확률로 문제점을 확인하여 해결한다. 특히 고장확인 및 해결 기능은 국제표준화단체 ISO의 기능안전성을 만족하는 세계 최초 기술로, 프로세서에 내장된 칩이 차량의 고장여부를 스스로 체크할 수 있는 혁신적 자동차용 반도체 기술이다. 프로세서 반도체 칩은 크기가 7mm×8mm 수준으로 패키징을 하면 ECU(Electronic Control Unit)보드를 약 10cm 내외로 만들 수 있어 향후 자동차 내부에 쉽게 장착할 수 있다.
또한 기존 외국산 프로세서가 수백 와트(W)의 전력을 소모하는 데 반해, 본 기술은 1기가헤르츠(GHz) 0.24W로, 칩에 탑재된 4개 프로세서가 동시 동작할 시에도 1W 이하의 전력을 소모, 타 동급 프로세서 대비 100배 정도 우수한 에너지 효율을 갖는다.
가격 경쟁력, 저전력, 안전성, 효율성, 네 바퀴로 나아가다
자동차에 장착되는 전자부품의 복잡도가 심화하고, 전자시스템의 탑재 수량이 지속적으로 늘어나고 있다. 전자부품은 장시간 사용하거나 외부적인 요인으로 고장이 발생할 수 있는데, 특히 기후, 온도, 진동 등 주행 조건이 열악할 경우 자동차 프로세서 등의 전자 부품이 오작동을 일으킬 확률이 높다. 사람을 태운 자동차의 전자시스템이 고장이 나면 바로 인명 손상으로 이어질 수 있기 때문에 안정성이 주의된다.
자율주행차는 그 위험성이 더 크다. 자율주행차의 핵심 부품은 프로세서 반도체로 영상, 레이더, 라이다(LiDAR), 초음파 센서 등을 통하여 입력된 정보를 분석해 자동차를 직접 제어하는 역할을 한다. 만약 이 프로세서가 고장이 난다면 의도치 않은 방향 제어가 발생하여 탑승자의 안전에 심각한 영향을 주므로, 기능안전성을 갖추는 것은 매우 중요하다.
ETRI가 개발한 알데바란 프로세서는 국내 최초로 자동차 프로세서 반도체의 기능안전성 규정인 ISO 26262 Part Ⅱ과 Past 5를 완벽히 준수한다. 알데바란 프로세서에 내장된 여러 개의 코어는 서로 협업하여 상호 동작을 실시간 확인하며, 고장 방지 기능을 구현함으로써 자율 주행의 안정성을 높인다. 본 기술은 ETRI가 독자적으로 개발한 쿼드코어(Quzd-Core) 구조 기술 기반으로 '네 개의 동시 동작하는 두뇌'를 통해 무인 자율주행차의 복잡한 기능을 실행할 수 있는 것이 큰 특징이다.
현재 자율주행차 프로세서 기술은 SW와 SoC의 원천기술을 망라하는 난이도 높은 기술로, 국내에서는 전량 수입에 의존하고 있었다. ETRI가 개발한 기술은 고성능 슈퍼스칼라 프로세서와 인식 엔진을 탑재하고, 기술의 국산 솔루션 자립을 통한 국내 기업의 로열티 부담 해소 및 제품 가격 경쟁력 확보에도 크게 기여를 할 것으로 기대된다. 또한, 저전력 프로세서로 기존 자동차 전자부품 수가 늘어나면서 전력 소모량이 지속적으로 증가하는 상황에서 더욱 주목을 받을 것으로 판단된다.
지능형반도체 산업으로의 목표 지점을 향해
본 프로세서는 무인 자율주행차 뿐만 아니라, 로봇, 전자제품 등 반도체가 들어가는 모든 전자부품에 활용될 것으로 전망된다. 특히 본 기술은 지능적인 인식 기능이 포함되어 있고, SW가 실행되는 모든 곳에 적용될 수 있다.
ETRI 연구진은 IT 산업의 핵심인 반도체 산업에서 가장 중요한 분야를 IP 설계 기술로 보고, 알데바란을 통해 기존의 설계 비용을 25% 수준으로 낮추어 국내 기업과 협의 중이다. 또, 세계적인 추이에 발맞춰 자동차 내 들어가는 모든 칩을 원 칩(One-chip)화하는데도 주력할 계획이다. 이로써 모든 센서로부터 수집되는 데이터를 하나의 칩으로 통합 처리하는 것이 가능해진다.
ETRI 엄낙웅 ICT소재부품연구소장은 "최근 세계적 프로세서 기업이었던 암(ARM)사가 일본의 소프트 뱅크에 인수되었다. 전 세계적으로도 프로세서가 큰 관심을 갖고 있는 시점에 의미 있는 기술개발이다"라고 말했다.
ETRI 연구책임자인 권영수 프로세서연구실장은 "향후 지능정보기술이 대두됨에 따라 신경망코어, 신경망구조를 본 칩에 적용하도록 추가 연구를 진행하고 있다"고 설명했다.
다가오는 자율주행 시대에는 고성능, 초경량, 기능안전성 기술을 가진 프로세서와 소프트웨어를 갖춘 기업들의 각축장이 될 것이다. 프로세서 코어 기술 수입을 위해 수많은 기업이 매년 수 조원의 도입 비용 및 사용로열티를 해외로 지불하고 있는 상황이다. 순수 국내 기술로 개발된 알데바란 프로세서는 정체기에 들어선 국내 반도체 산업이 메모리 반도체에만 머물지 않고 고성능 지능정보처리 지능형반도체 산업으로 도약하기 위한 주춧돌 역할을 할 것으로 기대된다.
한편, 본 기술은 지난 2006년부터 약 10년간에 걸친 연구개발 노력으로 이뤄진 성과이다. 그동안 미래창조과학부의 지능형반도체 사업 및 산업통상자원부의 산업핵심기술 개발사업의 목적으로 이뤄졌다. ETRI 연구진은 기술 개발 과정을 통해 SCI급 논문 10여 편, 특허출원 100여 건, 기술이전을 5곳에 진행했다.
