SDV Architecture와 SDV용 OS

SDV Architecture와 SDV용 OS

요즘 자동차 업계는 SDV열풍이죠. 과거 애플이 SW기반이 아키텍쳐로 패러다임을 바꾸었듯이 자동차업계에서는 이러한 움직임이 보이고 있다. 특히 소프트웨어 중심 자동차(SDV, Software Defined Vehicle)는 소프트웨어(SW)로 하드웨어(HW)를 제어하고 관리하는 자동차 개발방향에 대해서 관심이 더욱 커지고 있습니다.

오늘은 SDV Architecture와 SDV용 OS에 대해서 자세히 알아보겠습니다.

1. SDV를 위한 시장 환경 Architecture

자동차 시장이 기존 HW에서 SW 중심으로 전환하면서 전장 부품, SW 플랫폼, 완전 자율주행차 등 다양한 비즈니스가 나고 있습니다. SW를 통해 기존 자동차 시장에서 다양한 사업 기회를 모색할 수 있다는 점에서 SDV 산업 활성화가 기대되는 상황입니다.

테슬라는 전기차에 SW를 적용하면서 기존 자동차 시장 구조를 전기차 중심으로 재편해 판도를 바꾸고 SW시장을 선도하고 있는 상황입니다.

현대자동차, 폭스바겐 등 기존 완성차업체도 SDV 전환을 가속화하고 있습니다. 현대차는 2025년까지 SDV 중심으로 사업 구조를 완전히 전환하기로 한 상황입니다. 현대차와 기아는 SDV 시장 변화에 유연하게 대응하기 위해 최근 연구개발(R&D) 조직을 스타트업과 같은 연합체방식(ATO)으로 운영한다고 합니다.

콘티넨탈, 보쉬, 현대모비스 등 부품 업체도 SDV 시장에서 지속 가능한 성장을 이루겠다는 의지를 내비치고 있습니다. 완성차의 SDV 전환 움직임에 맞춰 지속적인 성장 동력을 마련하기 위해서인거죠.

SW는 기존 산업을 대체하는 새로운 산업 구조를 만들어내고 있습니다. 대표적인 예가 완전 자율주행차가 바로 그것이죠. SDV 시대가 가시화하면서 완전 자율주행차는 2027년 출시가 기대되고 무궁무진한 성장 기회가 나타날 것으로 예상되고 있습니다.

모빌리티 업체 역할은 수요자에게 플랫폼을 공급하는 것인 만큼 SDV 중심의 기술 개발 강화를 통한 차별화 하려는 노력중입니다.

하지만 안타깝게도 아직 구체적인 것들은 많이 부족합니다. 전체적인 방향이 SDV로 진행되면서 HW성능 강화, SW개발ㅇ르 위한 OS등 많은 것들이 준비되어야 하는 상황입니다.

2. SDV Architecture

SDV 는 사전적 의미로 소프트웨어로 정의되는 자동차입니다. 완성차 제조사 입장에서 하드웨어 또는 물리적으로 규정하는 것이 아닌 고객에게 인도한 이후에도 고객 중심적 서비스를 정의하도록 차량 시스템을 변화시키겠다는 의미입니다

쉽게 표현하면 소프트웨어로 하드웨어를 제어하고 관리하는 자동차를 뜻합니다. SDV 가 되기 위해서는 단순히 방대한 소프트웨어를 사용한다는 것을 넘어 차량의 기능을 동적으로 추가하고, 수정하며, 제거하도록 하는 서비스 지향성이 수반되어야 합니다.

SDV 는 파워트레인, 섀시, 인포테인먼트, 안전, 텔레매틱스 등 차량의 주요 구성 요소와 기능이 소프트웨어를 통해 설계되고 관리되기 때문에 필요에 따라 쉽게 업그레이드하거나 수정 또는 재구성할 수 있습니다.

소프트웨어가 자동차의 주행 성능은 물론 편의 기능, 안전 기능, 차량의 감성 품질 및 브랜드의 아이덴티티까지 규정할 수 있게 됩니다.

SDV 는 크게 ① OTA 업데이트와 통합 ECU(Electronic control unit), 차량용 소프트웨어 및 클라우드 등으로 구성되는 E/E(Electric/Electronic) 아키텍처, ② 모빌리티 및 커넥티비티 서비스를 통합하고 써드 파티 사업자까지 고려한 서비스 플랫폼 등으로 구성됩니다.

SDV 의 주요 장점은 크게 다음의 4가지 정도고 정리할 수 있습니다.

1)높은 유연성과 확장성
소프트웨어 중심 E/E(전기전자) 아키텍처를 통해 OTA 소프트웨어 업데이트로 차량의 시스템과 기능을 쉽게 수정하거나 필요에 따라 새로운 서비스 적용과 고객 선호도에 맞는 맞춤화가 가능해집니다.

2) 높은 비용
효율성을 들수 있습니다. 완성차 제조사들은 SDV 를 구현하기 위해 차량의 복잡한 하드웨어 구성요소를 통합하면서 부품이 간소화되고 최적화할 수 있습니다. 또한 통합 ECU 의 공용화와 하드웨어의 범용화, 소프트웨어 내재화로 차량 개발비 및 생산비 절감이 가능합니다.

업계에서는 플랫폼을 공용화하면 차급과 관계없이 부품을 공유할 수 있어 차량 개발 효율성을 높이고, 양산 과정에 걸리는 시간을 크게 줄일 수 있어 제조원가를 약 20% 이상 절감할 수 있다고 알려져 있지요.

소비자 입장에서는 OTA 를 통해 차량의 기능과 성능을 업그레이드 할 수 있기 때문에 소비자들이 직접 서비스센터를 방문할 필요가 없어 기존 차량에 비해 유지관리 비용이 낮아질 수 있게 됩니다.

3) 차량의 성능 향상 기대
소프트웨어 기반 전기전자 아키텍처를 통해 차량 시스템을 실시간으로 모니터링하고 제어할 수 있어 성능(주행 성능, 편의 기능, 안전 기능, 배터리 품질 등)과 신뢰성이 높아집니다.

4) 마지막으로 운전 안전성 향상
ADAS(Advanced Driver Assistance System), 자율주행과 같은 소프트웨어 기반 안전 기능을 차량에 쉽게 통합하고 성능을 개선시켜 운전자의 주행 안전성을 높일 수 있습니다.

이러한 발전 방향은 핸드폰의 발전방향과 매우 유사합니다. 아래 자동차와 핸드폰의 발전 Trend를 분석한 그림을 보시면 좀더 쉽게 이해 되실 겁니다.

)테슬라의 구독서비스 모델

3. SDV기술개발

SDV의 개발과 Centralized E/E 아키텍처로의 전환은 동시에 이루어지고 있으며 밀접한 관계로 상호 교류 중입니다.
중앙집중형 아키텍처는 차량을 제어하는 중앙제어기에 기능의 집적도가 높아짐과 동시에 중앙의 제어기에 의해서
전체 시스템을 제어 가능한 형태의 아키텍처입니다. 

Centralized E/E 아키텍처는 분산되어 있는 기능을 중앙집중형으로 모아주는 형태였음. 과거에는 차량의 전장이 많지 않고
유지보수의 효율성 및 차종, 트림에 대한 유연하게 대응하다는 장점으로 분산형 아키텍처를 사용하고 있습니다. 

차량의 소프트웨어를 구성하는 Software Stack

4. SDV용 OS개발 현황

SDV의 개발의 초석이 되는 차량의 OS를 표준화, 내재화 진행중에 있고 유연한 소프트웨어 유지보수를 위해 자사의 소프트웨어 플랫폼 구축중입니다.

소프트웨어의 복잡성이 증가하고 단일 차량에도 다양한 개발사가 참여하여 서비스를 제공함에 따라 개발환경을 통일할 수 있는 개방형 표준 아키텍처를 필요성이 요구되었고 이는 개발진과 개발사가 효율적이고 개발을 할 수 있도록 해주고, 업데이트 등의 유지보수 편의성을 증대 시키는데 OS는 필수적입니다.

또한 클라우드, V2X와 같은 커넥티비티 기능이 증가함에 따라 차량의 운용을 보호하기 위한 보안에 대한 요구사항이
높아졌으며 이를 운영체계에 포함하여 개발이 진행되여야 합니다. 

업체별 차량용 OS 개발 현황

현대자동차는 SDV전환을 위해 소프트웨어의 기술 내재화와 미래 차량용 서비스 개발 확보를 위해 현대자동차가 과거에 사용하는 QNX, Window CE, Android, Meego 등 다양한 OS를 혼재하여 사용하였던 것을 독자적인 플랫폼 ccOS 개발하여 해당 소프트웨어 플랫폼으로 단일화하여 미래의 소프트웨어 개발의 확장성, 유지보수성을 확보하고 있습니다.

디지털 생태계의 초석 마련을 위해 Volkswagen은 VW.OS와 VW.AC를 발표하였으며, 폭스바겐그룹의 모든 브랜드의 자동차는 자체 개발한 운영환경인 VW.OS와 클라우드 연결을 위한 VW.AC 운영환경을 이용하여 모빌리티 서비스 시작하였습니다.

SDV 전환의 가장 큰 숙제는 차량용 OS, 즉 소프트웨어의 개발입니다. 앞에서 살펴보았듯이, 차량용 OS 도 결국 임베디드 시스템의 일종이다. 컴퓨터나 모바일 디바이스에 구축되는 소프트웨어와 유사한 플랫폼을 기반으로 구축되지만, 제조업
기업인 완성차 OEM 들은 어려움을 가질 수밖에 없습니다.

또한 소프웨어 엔지니어들의 역량 수준에 따라 소프트웨어의 완성도가 결정되는데, 우수한 엔지니어들을 IT 기업이 아닌 제조업으로 유입시키는 것 또한 해결해야 할 과제라고 할 수 있습니다.

완성차 OEM 들이 자체 OS 를 개발하는 이유 중 하나는 바로 수익성때문입니다. Benz 는 자율주행을 개발하는 모든 과정을 nVIDIA 와 협력하고 있으며, 자율주행 매출 수익의 50%를 nVIDIA 에게 지급하는 것으로 추정된다. 반면 소프트웨어를
내재화하고 있는 Tesla 의 경우 FSD 와 같은 자율주행 소프트웨어 매출액을 100% 가져가고 있습니다. 

SDV 의 경우도 마찬가지이다. 인포테인먼트용 OS 인 Android Automotive 를 채택한 완성차 OEM 들은 별도의 라이선스 비용 및 로열티를 Google 에게 지불해야 합니다. 차후 ADAS OS 또한 외부에서 공급받는다면 비용은 더욱 증가할 것이다.
막대한 비용을 들여 자체적으로 차량용 OS 를 개발하는 과정의 결과가 모두 성공은 아닐 수 있습니다. 

지난 2022 년 11 월, 자율주행 스타트업 Argo AI 는 사업을 정리했습니다. Argo AI 는 당시 L4 이상의 자율주행을 개발하던 업체들 중 기술적으로 선두 그룹에 평가받고 있었습나다.

Argo AI 에 지분 투자의 형식으로 자율주행을 개발하던 Ford 및 VW 은 투입 비용 대비 수익화 시점이 요원하다고 판단, 사업 중단을 선택한겁니다.

VW 은 자회사 Cariad 를 통해 자체 기술 개발을 이어나갈 예정임을 밝혔지만, Ford 의 경우 외부에서 공급받을 것으로 판단되고 있습니다.

Argo AI 의 사업 중단은 자율주행을 비롯해서 SDV 를 자체 구축하고 있는 완성차 OEM, 또는 방향을 설정해야 하는 신규 업체들에게 많은 고민을 하게끔 만들 것입니다.

Microsoft 및 Amazon 은 클라우드에서 제공하는 인포테인먼트 시스템뿐 아니라 차후 클라우드 게이밍과 같은 User Experience 에 특화되어 있고, 무엇보다 nVIDIA 는 다양한 차량용 하드웨어부터 Application OS, 이를 통합하는 최적화
소프트웨어 등 엔드 투 엔드 솔루션을 제공합니다. 이러한 빅테크 업체들의 솔루션은 완성차 OEM 들에게 불확실성을 제거해주는 좋은 대안일 것 입니다.

5. SDV전자플랫폼

SDV를 위한 소프트웨어 플랫폼은 앞서 설명한 것과 같이 서비스 단위로 기능을 분류하고 소프트웨어의 재구성이 가능하도록 개발하는 것이 필요합니다.

현재의 자동차의 전기전자 아키텍처에서는 ECU별로 생성/필요한 신호를 Legacy 네트워크를 통해서 물리적으로 연결하고 있으나, SDV를 위한 통합된 구조에서는 아래 그림에서 나타낸 것과 같이 논리적인 연결구조로 연결되며, 개별 ECU는 서비스라는 형태로 재정의하게  됩니다.

SDV를 위한 전자플랫폼의 구성

개별 서비스는 표준화된 인터페이스를 통해서 논리적으로 연결된 타 서비스의 데이터를 수신하거나 송신할 수 있어야 하며, 송/수신에는 Publish and Subscribe라는 Pub/Sub 통신을 사용하게 됩니다.

Pub/Sub은 기존의 통신방식과 같이 Sender와 Receiver의 개념과는 다른데, Publisher는 어떤 Subscriber가 있는지 모르는 상태에서 메시지를 publish하게 되고, 이렇게 publish된 메시지는 여러개의 클래스로 나누어지게 됩니다.

그러면 Subscriber는 publisher에 대한 지식이 없이 자신의 필요에 맞는 메시지만을 전송 받게 되지요.

6. SDV 결론

아직은 갈길이 멉니다. 기술적 준비나 시장환경 그리고 ECO시스템도 아직은 초기 단계이기에 기술기반으로 차량업체들이 선도하려고 하지만, IT업체들의 역량이나 기술수준과는 차이가 있습니다.

지금부터 새로운 기술이나 미래 준비가 필요한 시점입니다.