1990년대 초, 자동차 애플리케이션에 사용되는 MCU는 주로 12K~20K 바이트 용량의 ROM이 장착된 8비트 컨트롤러였다. EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM)이나 OTP (One-time Programmable) 디바이스는 엄청난 비용으로 인해 시제품 개발에만 사용되었다. 이 시기에는 성능이 MCU를 선택하는 가장 중요한 요소였다. 반면, 오늘날에는 그 당시 8비트 MCU를 구입할 수 있는 비용으로 512K 바이트나 1M 바이트 용량의 플래시 메모리가 장착된 32비트 컨트롤러를 구입할 수 있다. ROM은 과거지사가 되었고, 지금은 플래시 메모리가 생산에 사용되고 있다. 플래시는 ECU (Electronic Control Units) 개발자들에게 소프트웨어 픽스 유연성을 높여주고 소프트웨어 생성 시간을 늘려준다. 설계가 OEM들 간에 표준화되고 설계 요구사항이 성숙되면서 대부분의 설계에 있어서 성능이 선택 과정에서 예전처럼 중요하지 않게 되었다. 오늘날 MCU 선택에는 메모리 크기와 기기 상에서 주변장치들의 혼합이 훨씬 중요하게 고려되고 있다. 1990년대의 자동차들은 일반적으로 10개 내외의 ECU를 사용했지만, 이제는 그 수가 50개를 훨씬 상회한다. 그 이유는 파워 리프트 게이트, 열선 시트, 실내조명과 같은 편의 항목의 설치가 늘고 있기 때문이다. 이들 전자 시스템의 대부분이 보이지 않는 곳에 내장되기 때문에, 차량에 없어서는 안될 항목임에도 불구하고 일반 소비자들은 전장부품이 자동차 기능에 중요한 역할을 한다는 사실을 알지 못한다. 전장부품 역할 확대 ECU 수와 이들 컨트롤 유닛에 지능을 제공하는 MCU의 총 메모리가 크게 증가하고 있다. 따라서 다음과 같은 전망이 예상된다. • 2010년까지 차량 혁신의 80~90%를 전자기기와 소프트웨어가 차지 • 2020년까지 전체 차량 비용의 50% 이상을 전자 시스템 비용이 차지 최근에 발표된 ‘JD Power의 2006년 미국 신흥자동차기술연구(JD Power 2006 U.S. Automotive Emerging Technologies Study)’에서 상기 예상과 밀접하게 관련된 또 다른 동향을 찾아볼 수 있다. 이 보고서에 따르면, 소비자들이 크게 안전과 인포테인먼트(그림 1 참조) 기능에 비용을 지불할 의향이 있는 것으로 나타났다. 따라서 자동차 메이커들은 이러한 소비자 수요를 적극 활용할 방법을 모색하고 있다. 이러한 동향에 직면한 자동차 메이커들은 자사 모델에 주요 차별화된 기능을 추가하는 한편, 소프트웨어 개발과 유지를 관리할 수 있는 방법을 찾고 있다. 전장부품 속의 ‘ARM’ ARM의 200개 라이선시 기업들이 지금까지 출하한 ARM 마이크로프로세서 설계 반도체 수는 100억 개가 넘는다. ARM7과 ARM9 프로세서 제품군이 자동차 전장부품에서 가장 널리 사용되고 있다. 주로 계기판, 오디오, 차체 전장부품, 새시, 에어백 등에서 사용되고 있다. 실제로 전세계적으로 ABS (Anti-lock Braking System) 장치의 60% 이상, 에어백의 40% 이상이 ARM 프로세서 기반 마이크로컨트롤러를 사용하고 있다. ARM이 사용되는 이유 중 하나는 자동차 전자설계자들이 단일 명령어 세트 아키텍처(Instruction Set Architecture, ISA) 상에서 개발을 표준화 할 수 있는 기능을 제공하는 프로세서 아키텍처라는 점이다. 하나의 공통 ISA를 기반으로 모두 호환되는 프로세서라는 입증된 로드맵을 제공함으로써 자동차 전장부품의 혁신이 가능하다. 또한 이런 점으로 인해 ARM 프로세서는 차체나 안전같이 생명과 연관된 시스템에서부터 인포테인먼트 전장부품의 복잡한 OS 기반 애플리케이션에 이르기까지 다양한 차량 프로세싱 요구사항에 부합할 수 있다. 공통 ISA를 바탕으로 개발자들은 다음이 가능해졌다. 1. 실리콘 벤더 간의 소프트웨어 툴 투자의 재사용. 예를 들어, ARM RealView Microcontroller Development Kit의 C-언어 컴파일 툴은 여러 실리콘 벤더의 ARM 프로세서 기반 MCU 모두를 지원할 수 있다. 2. 소프트웨어 알고리즘 재사용. 실리콘 제조업체가 바뀔 때마다 기존 애플리케이션에 사용하는 새로운 알고리즘을 재개발하는 대신에 개발의 많은 부분을 향후 설계에 재사용할 수 있다. 이밖에 ARM은 썸(Thumb)과 썸-2 명령어 세트를 통해 비용을 절감하고 있다. 이들 실행으로 코드 밀도를 높일 수 있기에, 플래시 메모리가 작아져 시스템 비용을 줄일 수 있다. 또한 ARM은 새로운 ARM Cortex 프로세서 시리즈 등의 마이크로컨트롤러와 엔터테인먼트 시장에 적합한 새로운 설계로 계속 진화하고 있다. 혁신을 가능케 하는 ARM IP ARM은 새로운 Cortex 시리즈를 통해 안전과 인포테인먼트 분야를 지원하고 있다. 앞서 밝혔듯이, MCU의 메모리는 폭발적으로 성장해 왔다. 이로 인해 더 많은 소프트웨어 코드가 개발되고 있다. Cortex 시리즈는 MPU (Memory Protection Unit) 기능을 제공한다. MPU는 소프트웨어 개발자에게 유연성을 추가로 제공하는 주요 기능으로서, AUTOSAR (AUTomotive Open System ARchitecture) 기준을 염두에 두고 개발되었다. MPU는 과거 방식이 주로 4k 바이트 크기였던데 비해 32바이트의 해상도가 가능하다. 해상도가 높아지면서 별개 소프트웨어 작업의 분리가 가능하고, 메모리 소모 없이 메모리 상충을 방지할 수 있다. 이 기능은 다른 소스나 ECU에서 온 소프트웨어를 단일 마이크로컨트롤러 설계로 용이하게 통합하고 재배치할 수 있게 한다. 인포테인먼트 시스템 현재 미국의 총 2억2,000만 대 차량 중 약 300만 대가 인포테인먼트 시스템을 갖추고 있으며, 2012년이면 이러한 시스템이 연간 생산의 50% 이상으로 크게 증가할 것으로 예상된다. ARM은 인포테인먼트 설계 분야에서도 활약하고 있다. ARM 파트너 사에 따르면, 2012년이면 ARM 프로세서 기반 설계의 시장점유율이 50%를 넘어설 것으로 예상된다. 여러 가지 이유들이 이를 뒷받침하고 있다. 인포테인먼트 시스템은 OEM마다 사양이 상이하다. 포드 싱크(Ford Sync)와 같은 시스템은 탑승자가 간단한 음성명령이나 핸들 상의 조작으로 블루투스 지원 휴대폰과 거의 모든 PMP를 작동할 수 있도록 하는 완전한 통합 맞춤형 미디어 시스템을 제공한다. 이 시스템은 ARM11 프로세서 제품군과 플래시 메모리 및 주변장치 세트로 구성된 전통적인 단일 프로세서 방식의 프리스케일 i.MX 반도체 제품군이 사용되었다. 또 다른 단일 프로세서 솔루션으로는 ARM9 제품군 프로세서를 사용하는 후지쯔의 제이드(Jade)가 있다. 다른 실리콘 벤더들은 이종과 동종의 멀티코어 접근방식을 사용한 성공사례를 전하고 있다. 이종의 경우, TI의 자신토(Jacinto)가 ARM9 프로세서와 DSP를 결합시켜 인포테인먼트 시스템의 미디어 처리 요구를 해결하고 있다. NEC전자의 나비엔진(Navi-Engine)은 4개의 ARM11 프로세서를 실행하는 ARM11 MPCore 멀티코어 프로세서를 사용하는 동종 접근방식을 취한다. 나비엔진은 3D 그래픽과 같은 기능을 요구하는 일본시장의 고성능 요구사항에 적합하다. 중요한 점은 ARM이 모두 ISA 호환(즉, 소프트웨어 호환)이 되는 다양한 솔루션을 제공한다는 사실이다. OEM은 회사 요구에 따라 각각 다른 다양한 성능 프로파일을 갖춘 폭넓은 경쟁력 있는 제품의 혜택을 누릴 수 있다. ARM을 선택하는 또 다른 이유로 파트너 에코시스템인 ARM 커넥티드 커뮤니티(ARM Connected Community)를 들 수 있다. ARM의 에코시스템을 통해 파트너들 간 인포테인먼트 제품 개발을 지원함으로써 매우 복잡한 자동차 시스템의 신속한 개발을 가능하게 한다. • eSOL, MS, QNX 같은 업체들을 통해 ARM 프로세서 호환성 OS를 제공받을 수 있다. • 실리콘 벤더, ARM, 서드파티 벤더를 통해 ARM 프로세서 기반 시스템용 소프트웨어 개발 툴을 제공받을 수 있다. • 에코 캔슬레이션, 블루투스 스택, 음성인식과 같은 인포테인먼트 소프트웨어 블록을 제공하는 어쿠스틱 테크놀로지(Acoustic Technologies), 마인드트리 컨설팅(Mindtree Consulting), 위프로(Wipro) 등의 서드파티 개발업체를 통해 미들웨어를 확보할 수 있다. 안전 시스템 많은 OEM들이 비용을 상승시키지 않고도 어떻게 안전 시스템에 대한 소비자의 요구를 충족시킬 지 고민하고 있다. 과거에는 각 안전 기능에 전용 ECU가 있고, 각 ECU는 CAN이나 FlexRay 같은 차량 네트워크를 통해 연결되었다. 자동차 전장부품의 수가 서서히 증가할 때는 문제가 없었지만, 더 많은 기능들이 전자적으로 제어되면서 차량 아키텍처는 어려운 문제가 되고 있다. 오늘날 주요 메이커들과 OEM 사들은 액티브/패시브 안전장치의 통합에 중점을 두고 있다. 일부 구성은 ABS와 궤도 컨트롤의 결합과 같이 간단할 수 있다. 고급 차량에서의 안전이란 앞좌석과 동승자 에어백, 측면 에어백, ABS, 안정성 제어, 야간 시계, 사각지역 탐지, 백업 지원, 액티브 코너링 헤드라이트 시스템, 첨단 차창 클리닝 시스템, 강화 적응형 순항제어, 차선이탈경보 시스템 등을 의미할 수 있는데, 이들 모두 전장부품들이다. ARM Cortex-R4F 프로세서는 연산 능력이 중요한 알고리즘 중심 기능을 통합하는데 있어서 적합한 플랫폼이다. MPU와 같은 기능은 개별 소프트웨어 작업의 통합을 가능케 한다. 복잡한 알고리즘 생성을 지원하는 The MathWorks, dSPACE 같은 커넥티드 커뮤니티 파트너들이 제공하는 툴을 모델링하여 부동소수점 유닛(Floating Point Unit, FPU)을 활용할 수 있다. TI는 최초로 Cortex-R4F를 채택한 자동차 실리콘 벤더 중 하나로, Cortex-R4F를 자사의 TMS570 제품군에 활용했다. 전장부품의 미래 ARM은 AUTOSAR와 JasPar와 같은 표준 단체를 지원하며, 이들 단체의 요구사항을 회사의 차세대 프로세서에 반영하고 있다. 프로세서 아키텍처를 진화시키는 동시에 명령어 세트 호환성을 유지함으로써 보다 원활하고 효율적인 소프트웨어 통합이 가능해질 것이다. 확장형 컴퓨팅 역시 자동차업계의 주요 요소가 될 것이다. 인포테인먼트와 안전에 사용되는 멀티코어 설계가 표준화되어, 자동차업체들이 소비자 기대에 맞게 소프트웨어 기능을 적응시킬 수 있게 될 것이다. 소프트웨어 기능은 자동차 전자 설계를 혁신하고 차별화하는데 있어서 결정적인 역할을 할 것이다. ARM은 자동차업계의 발전을 위해 노력을 지속할 것이며, ARM 파트너들은 자동차 애플리케이션에 사용되는 ARM 프로세서 기반 시스템을 계속 개발해 나갈 것이다.