“급변하는 오토모티브 분야에서 가장 중요한 것은 바로 인간 중심의 자동차다.” 지난 3월 7일 서울 교육문화회관에서 본사 주최로 열린 「AUTOSAR/ISO 26262 Take Off 세미나」에서 숭실대학교 위재경 교수는 오토모티브 분야는 기계 중심에서 인간 중심으로 패러다임이 변할 것으로 전망했다.

자동차의 진화는 시스템의 발전과 변화에 발맞춰 이뤄졌다. 지금까지 자동차가 혼자 기계적으로 움직였다면 미래에는 자동차에서 자동차, 자동차와 인간이 서로 소통하면서 발전해 새로운 시장이 열릴 것으로 전망된다. 위재경 교수는 인간이 안전하고 행복한 삶을 영위할 수 있도록 친구 같은 자동차가 오토모티브의 목적이며, 이를 위해 안전성과 연결성(car to car), 편의성(인포테인먼트), 효율성(에너지 효율이나 연비, 배기가스 등) 등을 필수 요구사항으로 꼽았다. 또한 이런 요구사항으로 ISO 26262 기반의 AUTOSAR 지원 부품의 내재화가 이뤄질 것으로 내다봤다.
위 교수는 “ISO 26262를 처음 접했을 때 표준 부문에서 어렵게 느껴졌지만, 그들의 문화를 고려하다 보니 자연스럽게 이해할 수 있었다”며 “유럽 등의 선진 문화는 제품 초기 단계부터 마지막 단계까지 전 분야에 걸쳐 안전에 대한 것을 다양한 방식으로 표준 혹은 절차화시켜 더 많은 사람이 안전하도록 노력한다”고 강조했다. 그는 “결국 ISO 26262는 자동차의 통합과 안전 절차의 규정이지만, 우리가 전장 분야에서 생각하는 표준과 달라 새로운 표준 절차나 시스템에 매우 취약한 상황이다”고 지적했다. 

자동차의 전자화
자동차 전자화의 일반 사항에는 시스템 레벨과 하드웨어 레벨, 소프트웨어 레벨이 있다. 이는 안전에 대한 문화나 자동차가 편리하게 진화하도록 발생하는 문화, 즉 동인이다. 위 교수는 “자동차의 전자화는 시스템의 편의 기능과 에너지 효율 규제 준수, 안전 기능의 ISO 26262, 오락 기능 등이 주요 동인이지만, 너무 많은 시스템이 요구되어 장애를 일으키게 됐다”며 “전자 시스템 측면서 많은 것을 요구할수록 부품이 밀집되어 고장(failure)의 원인이 되고, 적재 공간 협소나 개발 유지비 상승 등의 문제를 야기하게 됐다”고 말했다.
예를 들어, 자동차의 범퍼가 고장 나면 수백만 원의 수리비가 든다. 이유는 전장 부품 때문이다. 따라서 사고 이유에 관한 책임 소재 규명이 ISO 26262의 중요한 문제로 대두될 것으로 보인다.
위 교수는 “사고 발생 시 완성차는 모든 책임을 지게 되므로 완성차 입장에서 어느 부문에서 사고가 났는지 정확히 규명해야 한다”며 “결국 모든 안전 규정을 가장 하위 레벨부터 부품 레벨까지 요구할 수밖에 없는 상황으로 전개될 것이다”고 말했다. 그는 “시스템의 해결책으로 여러 가지 시스템을 하나의 기능으로 통합해 안전, 비안전 기능을 분리하고 기능별 시스템을 표준화하는 것이 필요하다”고 말했다.

IC의 다기능화
AUTOSAR는 소프트웨어 시스템의 능동성 강화로 탄생했다. 이후 통신 표준화의 안전 기능 지원 및 절차를 표준화하는 것이 해결 방안으로 떠올랐다. 이를 위해 티어 원(Tier-1)과 티어 2(Tier-2)가 협력해 제품을 생산해야 한다. 반도체의 발전은 복잡한 시스템 레벨의 표준화를 가능하게 한다. 위 교수는 “반도체 소자가 미세화되고 회로의 IT화, 에너지 절감, 다양한 기능 지원 등으로 멀티코어 SoC가 가능해졌다”며 “하지만 SoC의 신뢰성과 IC 동작 안전성 저하, 소자의 열화 투명 저하, 패키지 회로 용접 소자의 복잡화, 기술의 독과점, 시스템 소프트웨어의 의존 등의 문제를 일으킬 수 있다”고 지적했다. 그는 “소프트웨어의 동인은 IC의 다기능화를 들 수 있다”며 “예를 들어 스마트폰은 하드웨어의 단일 부품화, 집중화로 발전해 결국 모든 것을 소프트웨어로 해결하게 됐다”고 덧붙였다.
오늘날 반도체 기술의 발전과 휴먼 인터페이스의 발전, 센서 기능 강화, 시스템 효율화에 의해 시스템 요구사항을 맞출 수 있게 됐다. 그러나 소프트웨어의 복잡화와 검증의 어려움, 시스템의 다양화, 자동차 메모리 사양의 제한, 기술의 독과점화, 시스템 하드웨어 지원의 의존화 등으로 표준화가 중요한 과제로 떠올랐다.

신뢰성 있는 IC 공정 소자로 문제 해결
AUTOSAR와 ISO 26262는 표준 절차에 대해 상당한 문제가 따른다. 해결 방안은 신뢰성 있는 IC 공정 소자 사용과 안전 기능 칩의 내재화, 소프트웨어/하드웨어 개발 툴의 표준화 및 상호지원을 고려한 개발이다. 또한 기능별 모듈화와 IP를 소프트웨어와 묶어 1대1로 매칭해야 한다.
위 교수는 “자동차만큼 다양한 전자 시스템을 내재한 단일 시스템은 없다”며 “AUTOSAR 플랫폼은 다양한 기능의 IC 탑재나 광범위한 동작 전압, 복잡한 기능 지원, 다양한 신호처리 방식 등으로 ISO 26262에서 요구하는 모든 사항을 준수할 수 있다”고 말했다. 그는 “복잡한 유무선 시스템과 인터페이스 지원 문제 역시, AUTOSAR 플랫폼으로 해결할 수 있지만, 소프트웨어 사용 증가는 메모리 증가로 이어져 트레일러의 오동작을 발생시킨다”고 덧붙였다. 

안전 기능 강화
자동차 시스템은 EMC 문제나 급발진 사고, 환경, 열, 진동 등의 다양한 문제를 해결하기 위해 신뢰성과 안전 기능을 강화해야 한다. 따라서 개발 요소 간, 업체의 분업/협업/통합이 필요하다. 위 교수는 “자동차 시스템은 기존 전자산업과 다른 개발 시스템의 접근법이 요구된다”며 “이를 위해 표준화 인터페이스의 기준과 안전 책임 유무 발생 등의 이유로 ISO 26262와 AUTOSAR가 만들어졌다”고 말했다.
전세계 자동차 시장은 품질 기반의 안전보장에서 전자 시스템을 통한 능동안전 개념의 고안전 제품으로 이동하고 있다. 기존 자동차 시스템은 가격과 품질 안전 측면서 많이 강조됐다. 하지만 전자 산업이 발전해 능동안전 시스템들이 하나의 칩으로 구현되고 이를 이용해 하나의 시스템 개발이 가능해졌다. 기능이 복잡해짐에 따라 제품 내의 전자 시스템을 이용한 능동적 개념의 안전 확보가 필요해진 것이다. 이에 편의성도 한발 더 나아가 자동차 내에서가 아닌 자동차와 자동차, 자동차와 시스템 인프라스트럭처 등의 연결로 통합 안전이라는 새로운 개념이 만들어졌다. 고안전 제품의 국제 규정은 ISO 61508부터 시작해 사람의 생명과 관련한 모든 분야에 영향을 미쳤다.
위 교수는 “능동 안전 지원 반도체를 기반으로 한 통합 시스템은 결국 모든 시스템이 하나로 연결되는 것을 의미한다”며 “이를 위해 반도체 지원은 필수다”고 말했다. 선진국은 이미 안전에 관한 많은 부분을 법제화했거나 이를 추진 중이다. 이런 법제화가 중요한 이유는 기술적 문제가 아닌 보험적인 문제를 동반하기 때문이다. 만약 완성차 업체가 ISO 26262 표준을 지키지 않은 부품을 사용해 사고가 발생하면 피해 보험 문제로 징벌적 손해배상을 물어야 한다. 이는 완성차 업체에 많은 부담을 줄 수 있다.

세계 시장 동향
고안전 반도체의 세계 시장 규모는 약 340억 달러로 전체 반도체 시장(3,246억 달러, 2012)의 약 10%를 점유하고 있다. 이 중 자동차 시장은 268억 달러를 기록하고 있다. 고안전 지원 반도체의 주요 특징은 기능 안전과 연결 시 편리성, 고안전 지원을 꼽을 수 있다. 이 경우 하나의 칩에서 세 가지를 모두 지원해야 한다. 고안전 지원 반도체는 기존 반도체와 달리 기능 안전 및 연계 보안의 설계 기술을 특징으로 한다. 또한 융합 인력 양성과 시스템 인프라에 의존하는 다품종 소량생산을 들 수 있다. 현재 미국과 EU, 일본이 자동차, 로봇, 의료용 반도체 분야를 중심으로 세계 시장을 주도하고 있다. 특히 OEM 기업의 다양한 요구로 제품개발, 원천기술을 보유하기 위해 글로벌 OEM 기업과 글로벌 반도체 부품기업이 컨소시엄을 구성하고 있다. 그 결과 ISO나 IEC 등 국제표준을 공동 제정하고 있다.
위 교수는 “기존 반도체는 고품질, 고신뢰 설계 기술, 기능 논리 회로, 양산 설계 기능만이 필요했지만, 앞으로 다가올 시스템 사회에서는 국제 규격을 지원하고 만족해야 살아남을 수 있을 것”이라고 전망했다.

국내 반도체 동향
국내 반도체 기업은 ISO 26262나 IEC 60601, IEC 61511 등 주요 안전 표준이 적용된 제품에 대한 각종 원천기술(에러 및 fault 검출 등)에 관한 기술 확보가 전혀 없는 실정이다. 또한 자동차는 ISO 26262 ASIL-C, D를 준수한 AUTOSAR 지원 차량 반도체를 생산하는 기업이 미미해 새로운 IP를 개발해도 마이크로컨트롤러를 생산하기 어렵다. 위 교수는 “애석하게도 현재 유럽에서 진행되는 안전 메커니즘을 이해하는 국내 전문가가 부족한 실정”이라며 “국내 부품소재 기업의 기술력 부족과 영세성으로 글로벌 OEM 기업 간의 공동 기술 개발 및 제품 기획에 소극적일 수밖에 없다”고 말했다.

분업화는 필수
자동차 시스템은 굉장히 복잡하다. 모든 시스템을 한 기업이 독점 생산할 수 없다. 반드시 분업화가 이뤄져야 한다. 분업화가 이뤄지면 표준화가 뒤따르며, 그에 맞는 하드웨어 인터페이스, 소프트웨어 인터페이스, 검증 툴 등을 탑재해야 한다. 이와 같은 과정은 ISO의 요구를 추구하는 것으로 볼 수 있다.
위 교수는 “ISO 26262를 위해 AUTOSAR를 지원하지 않아도 되지만 이를 지원하는 이유는 각 회사의 표준화 문제 때문”이라며 “자동차의 복잡한 개발 기간을 단축하거나 비용 절감, 기능 안전성을 해결하기 위해 제한된 표준 절차가 AUTOSAR에 기반을 둔 ISO 통합 시스템이다”고 말했다. 결국 ISO 26262는 fault를 방지하는 것이 아닌 fault 발생 시, fault를 검출/진단하고 안전한 상태로 빠져나올 수 있게 하느냐를 수치화한 방법이다. 따라서 A보다 B, B보다 C, C보다 D가 훨씬 많은 fault에 안전 검출을 통해 사람에게 문제가 발생하거나 fault 발생 시, 사고가 발생하지 않도록 지원해야 한다.
위 교수는 “앞으로 자동차 자체의 능동/수동 안전 기능 지원 및 통신을 통한 안전 기능 확보 차원의 움직임이 거세질 것”이라며 “자동차 시스템 반도체가 고안전 반도체 중심으로 발전이 예상되므로 시장 경쟁력 확보를 위한 전용 반도체 개발이 필요하다”고 강조했다.