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Oct 01. 2023
EP.35성장하는 Automotive 반도체 시장
Automotive 반도체 시장이 무엇인고?
안녕하세요, S전자 회로설계 엔지니어, 도체반쌤입니다. 오늘 다룰 주제는 회로설계 엔지니어가 바라보는 차량용(Automotive) 반도체 시장입니다. Mordor Intelligence 시장조사업체에 따르면, 자율주행자동차와 전기자동차 등에 활용되는 차량용 반도체 시장은 점점 커지고 있고, 상당히 높은 연평균 성장률('21~'25 CAGR 10.3%)로 성장할 것으로 예상되고 있습니다.
*CAGR(Compound Annual Growth Rate): 연평균복합성장률을 의미하며, 아래 Automotive 시장 예시에서는 2020년에는 490억 달러 Revenue였던 시장이었지만, 2025년에는 연평균 10.3% 성장해서(1.103을 5번 곱해서) 800억 달러 Revenue 인 시장으로 예측되는 것입니다.
차량용 반도체는 핵심 연산을 처리하는 프로세서 반도체부터, 센서 반도체, 전력 반도체 그리고 고성능 메모리 반도체까지 그 종류가 다양합니다. 오늘은 이렇게 다양한 종류의 차량용 반도체를 설계하는 회로설계 엔지니어들은 회로를 어떻게 설계하는지 2가지 중요한 포인트를 알려드릴게요!
1. Automotive Grade 인증된 공정을 활용한 설계
차량용(Automotive) 반도체가 위치할 곳은 다름 아닌 자동차이고, 자동차에는 엔진, 브레이크 등 상당한 고온 영역에서 동작하는 영역이 많습니다. 차량용 반도체 회로설계 엔지니어는 반도체가 위치할 곳이 어딘가를 기준으로 Automotive Grade 인증된 공정을 이용한 설계를 진행해야 합니다. 예를 들어, 브레이크 센서 SoC를 설계할 때에는 Automotive Grade 1등급 인증을 받은 공정을 활용해서 125도*에서의 소자 신뢰성을 확보한 채 설계를 진행해야 합니다. 따라서, 차량용 반도체 과제 진행에 앞서 채택한 파운드리 공정 역량을 면밀히 파악하는 것이 중요합니다. 파운드리가 차량용 반도체용 공정을 제공하기 위해서 Automotive Grade 인증을 받는 평가기관은 어디일까요? 파운드리는 AEC(Automotive Electronic Council;전자부품협회)라는 협회가 제시하는 평가 기준에 맞는 신뢰성 평가를 진행하여 공정 소자 신뢰성을 확인한답니다.
*125도: 반도체 환경 온도 기준으로 Ambient Temperature(Ta)라고 표기합니다. Ta가 125도 수준이라면, 실제 소자 동작 온도인 Junction Temperature(Tj)는 125도를 상회하는 150도 수준입니다.
AEC-Q100 Automotive Grade 기준(출처 : QRT)2. Functional Safety(기능 안정성)를 반영한 설계
차량용 반도체 회로설계 엔지니어는 Functional Safety(기능 안정성)를 반영한 설계를 통해 인명과 직결되는 차량용 반도체의 안정성을 확보해야 합니다. 자동차 사고는 곧 인명 사고로 이어질 수 있기 때문에 설계의 기능 안정성 확보가 그 어떤 애플리케이션보다 중요합니다. 자동차 사고는 운전자의 부주의가 아닌 자동차 기능의 오동작이 주원인이라는 판단이 힘을 얻으면서, 각 자동차 회사가 안전과 연관된 기능들을 '보다 더 안전하게 개발'해야 한다는 인식이 세계적으로 확산된 결과, ISO 26262라는 국제 표준이 탄생하였습니다. ISO 26262는 사람의 생명과 직결되는 자동차의 기능을 개발할 때 "기능 안정성"이라는 개념에 대한 명확한 기준을 제시하고 있습니다. 차량용 반도체 회로설계 엔지니어 또한 자동차의 기능을 개발하는 사람이므로, ISO 26262 표준에 따라서 설계를 진행해야 한답니다. ISO 26262가 제시하는 자동차 안전 무결성 수준(Automotive Safety Integrity Level; ASIL)은 최소한의 표준 대책인 ASIL-A부터 아주 엄격한 수준의 표준 대책인 ASIL-D까지 총 4개의 등급으로 나누어져 있습니다. ASIL은 각 시나리오에 따른 심각도, 발생 확률, 통제 가능성에 따라 결정됩니다. 에어백, 조향장치, 브레이크와 같이 고장 시 운전자 생명을 위협하는 부상이 발생하는 심각도이면서, 고장 시 운전자 통제 가능성이 현저히 낮은 애플리케이션은 ASIL D 등급을 만족해야 한답니다.
ASIL 요구사항 정보(출처: GSEG)
자동차 부품 별 ASIL 등급 (출처: Synopsys)차량용 반도체 회로설계 엔지니어가 ASIL을 만족하는 설계를 진행하는 데 필요한 것은 무엇일까요? 그것은 반도체 일부 회로가 고장 날 경우를 대비한 설계를 진행하는 것입니다. 아주 쉬운 예시로, 반도체가 고장 날 경우를 대비해서 동일한 반도체를 2개 이상 탑재한 뒤, 첫 번째 반도체가 고장 났을 때 두 번째 반도체를 활용하게끔 로직을 구현하는 방법론이 있습니다. 칩 사이즈가 커지겠지만 기능 안정성 확보를 위한 확실한 방법이 될 수 있습니다. 메모리 반도체의 경우 ECC(Error Correction Code)라고 불리는 방법론을 적용해서 저장한 데이터를 주고받을 때 소프트웨어적/하드웨어적으로 손실되거나 잘못 전달된 데이터를 인식(Recognition)하고 수정(Correction)할 수도 있습니다. 요구되는 기능 안정성 등급이 높을수록, 수준 높은 회로 설계 기법이 필요할 수밖에 없겠죠?
오늘 글 내용을 정리해 보자면 다음과 같습니다.
1. 차량용 반도체 회로설계 엔지니어는 Automotive Grade 인증된 공정을 활용한 설계를 할 수 있어야 한다. 공정에 대해 Automotive Grade 인증을 받아야 할 주체는 파운드리이다.
2. 차량용 반도체 회로설계 엔지니어는 Functional Safety(기능 안정성)를 반영한 설계를 할 수 있어야 한다. 자동차 안전 무결성 수준(Automotive Safety Integrity Level; ASIL) 인증을 받아야 할 주체는 회로를 설계하는 회사이다.
