자동차용 SoC의 개발

기사입력 2017.07.01 11:09
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자동차용 SoC의 개발

 

 

 

 

○ 저전력과 고속화 양립이 열쇠

 

자동차 시장에서는 현재 첨단운전지원기능(ADAS)의 탑재가 경자동차 급에서도 보급 경향에 있어 센서 카메라 등 관련 시스템이 급성장하고 있다. 일부 자동차 업체는 반자동 운전기술을 탑재한 신형차가 시장에 투입되고 점차적으로 자율주행시대의 막이 열리고 있다. 한편 "레벨 3" 이상의 자율주행은 기존 시스템으로서 충분한 성능을 실현할 수 없는 것도 사실이다. 카메라나 각종 센서에서 보다 고해상도화가 요구되고 ECU, 그리고 핵심을 담당하는 자동차 Micon/SoC는 새로운 고속처리와 견고성, 저소비전력성 등을 실현할 필요가 있다.

 

 

○ FPGA 등 참여로 경쟁 격화

 

현재 탑재가 시작된 "레벨 2" 정도의 자율주행 기술은 운전자가 항상 주위 상황에 주의를 기울릴 필요가 있다. 운전중에 Second Task가 허용되는 레벨3의 자율주행 실현에는 새로운 시스템의 고속화와 고성능화가 필요하다. 하드웨어를 보면 카메라, 센서, 레이더를 포함한 차량을 360도 검지할 수 있는 고도한 센서기술 "Senser Fusion"의 실현과 이들 센서가 수집한 정보를 실시간으로 정확히 처리하고 판단하는 차량용 Micon/SoC에서는 보다 고도한 계산능력을 실현하는 멀티코어화에 의한 고성능화와 견고성의 확보, 열피로를 회피하는 저소비 전력성능, 프로그램 용량의 증대에 대응하는 고집적화 등을 실현할 필요가 있다.


르네사스 일렉트로닉이 자율주행용에 대한 자동차 Computing plat form용 SoC로서 샘플출하하고 있는 것이 "R-Car H3"이다. ARM의 64Bit CPU core(Cortex-A57/A30)를 4개씩 탑재하고 4만 DMIPS(Dry stone Million per Second) 이상의 처리능력을 실현한다. 또한 인식처리에 최적의 구조를 갖는 독자의 병렬 programable core "IMP-X5"도 탑재하여 기존 제품 대비 4배의 처리성능을 제공한다.


자동차 SoC로서는 세계에서 처음으로 16㎚ 프로세스를 채용하고 2018년 3월부터 양산을 개시한다. 동사에서는 현재 자율주행 실현을 위한 10개사 이상의 고객과 공동 프로젝트로서 연구하고 있으며 자동차용 반도체에서 르네사스와 격렬한 경쟁을 벌이고 있는 NXP Semiconductor는 레이더 기본의 ADAS 반도체 솔루션으로 업계를 리드하고 있다. 2016년 자동차 레이더 모듈의 총 출하대수의 약 절반정도를 동사의 레이더 processing / Front end 기술이 채용되고 있는 것으로 알려지고 있다. 2016년 11월에 발표한 자동차 레이더용 MCU "S32 R27"은 기존 제품에 비해서 4배의 성능향상을 실현하였다. 이것에 의해서 반자동운전 기능의 정밀도와 안정성의 대폭적인 향상을 가능하게 한다.


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또한 동사는 자율주행시스템 개발용 컴퓨터 "Blue Box 엔진"을 발표하고 이미 자동차 대기업 4개사에 제공하고 있다. NXP의 S32 자동차 Vision processor 외에 "LS2088A" 포함한 Computing processor를 통합하였다. 이 LS2088A는 2GHz 동작 8개의 64bits ARM Core "Cortex A72"외에 전용 악셀레이터 DDR4 메모리 컨트롤 등을 탑재하고 있어서 40W 미만의 전력으로 9만 DMIPS의 처리능력을 실현하고 있다. 한편 범용성의 높이에서 ADAS용으로 채용이 확대 경향에 있는 것이 Xilinx의 "Zyng SoC"이다.


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ARM processor와 FPGA logic을 one chip화 하여 폭넓은 요구에 대응하여 scalability를 제공할 수 있는 것이 강점이다. 자율운전에 대해서는 TSMC의 16nm FinFET process를 채용한 "Zynq Ultra Scale+MP SOC"를 개발하였다. 64bit application processor, Realtime processor, on chip 메모리, FPGA logic을 one chip화하여 우수한 Fusion system을 실현한다. 그 외에 ADAS의 "인지"를 담당하는 자동차 카메라용 화상처리 칩 "Visconti" 시리즈에 강점을 발휘하고 있는 도시바는 향후 "판단, 제어"의 분야까지 제품전개를 넓히고 있어 자동차 SoC를 둘러싼 사업 환경은 더욱 격해 질 상황이다.

    

○ 5G 통신용으로 전개

 

동사는 FPGA와 Analog 반도체 기술을 융합한 "RF SoC"를 개발하였다. 5G Wireless용 기술로서 활용을 예정하고 2017년 후반부터 상세한 사양 등을 발표하고 있다.


현재 세계 각국에서 연구개발이 확대되고 있는 차세대 통신 시스템인 5G는 대용량 데이터를 고속으로 송수신하기 때문에 통신회사 등은 다수의 안테나를 정비할 필요가 있다. 이 때문에 소형 안테나의 수요 증가와 안테나에 탑재할 반도체 디바이스 소형화가 요구되고 있다. 여기에서 이번 Xilinx에서 강점을 갖고 있는 FPGA에 D/A Converter 및 A/D Converter를 통합한 programable chip을 개발하였다. one chip화 하는 것으로서 data converter의 소비전력을 줄이는것과 동시에 FPGA/Analog간 인터페이스 전력이 불필요하게 된다. 더해서 Discrete converter가 불필요하게 되어서 System foot print의 극적인 설계 간소화도 실현하였다. 결과적으로 foot print와 소비전력을 50~75% 줄이는데 성공하여서 5G 상용 전개에 필요한 채넬 밀도를 실현하였다.


동사는 2010년 경부터 Analog 관련 연구개발과 인원 강화를 추진하여 2012년에 28㎚ 프로세스를 사용한 테스트 칩을 설계하였다. 2014년에 연구성과를 발표하고 2016년에 16㎚ FinFET 프로세스를 사용한 칩 테스트를 설계, 검증하였다. 현재는 기본 컨셉을 발표한 단계로 2017년 후반에 상세한 것을 제시하고 TSMC가 생산을 담당한다.

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