HPC 2) 고성능화 및 도메인통합
SDV 플랫폼 위한 요구사항
R&D영역에서 일을 하게 되면 시스템 성능을 향상 위해 SoC Vendor와 긴밀하게 협업을 하게 됩니다. 제가 몸담고 있는 차량부품업체 경우 SoC Vendor에서 제공하는 칩셋 기반으로 BSP / MW / SW까지 구현하게 됩니다. 칩셋의 성능 제한으로 구현하기 어려운 기능/피처에 대해서는 향후 CR(Change Request) 통해 성능이 향상된 칩셋을 적용합니다.
SDV(Software Defined Vehicle) 구현 위한 플랫폼은 차량 내 소프트웨어와 하드웨어를 분리하여, 소프트웨어를 통해 차량의 기능과 성능을 제어, 관리, 업그레이드할 수 있는 기술 및 시스템을 의미합니다. SDV 플랫폼은 차량을 하드웨어 중심에서 소프트웨어 중심으로 전환하여, 더 많은 기능을 소프트웨어로 구현하고, 차량의 지속적인 업데이트와 향상을 가능하게 합니다. SDV는 자율주행, 커넥티드 카, 전기차 등의 미래 자동차 기술을 실현하는 핵심 요소로 업계영향력을 주고 있습니다. 기본적으로 SDV를 위해서는 고성능 및 플랫폼의 단순화를 요구됩니다. 다양한 기능을 지원하기 위한 HW영역의 고성능화, 플랫폼 단순화 위한 도메인 통합에 대해 알아보고자 합니다.
HPC고성능화에 대해 알아보고자 합니다. 앞서 HPC는, 차량의 많은 기능이 소프트웨어로 제어되고 업데이트될 수 있게 되면서, 높은 계산 성능과 연결성, 대용량 데이터 처리를 지원으로 말씀드렸습니다. 그 외에 자율주행영역에 에서 복잡한 알고리즘을 빠르게 처리를 할 수 있어야 하고, 차량 자체에서 데이터를 실시간으로 처리할 수 있는 옛지컴퓨팅 기술 등도 적용해야 합니다. 전기차의 성능을 최적화하고 효율성을 높이기 위해서는 고성능 컴퓨팅이 배터리 관리 시스템에 필수적입니다. 배터리 상태와 성능을 실시간으로 모니터링하고 최적화하는 데에 HPC 기술도 활용되는 추세라고 합니다.
HPC를 구현하기 위해서는 몇 가지 주요 핵심 요소기술이 있습니다.
1) 먼저 칩셋 업체에서 제공하는 SoC(System On Chip)가 기반 요소기술입니다. 차량 내에서 여러 도메인 간 데이터 통신, AI기반 인캐빈 센싱 등 차량외부 클라우드 서비스 및 디지털 트윈 등 지원합니다. 기능에 따른 scalable 한 성능을 확보하는 게 SoC Vendor의 주요 KPI라고 볼 수 있습니다. 엔비디아, 퀄컴이 기술적인 리더십을 가지고 있습니다.
2) 요즘 AI기반 SoC 확보 위한 업계 트렌드를 센싱 할 수 있습니다. 인공지능 밑 머신러닝 기반의 고성능화입니다. 이는 차량 내부/외부에 실시간 데이터 처리를 가능하게 합니다. 고성능 GPU 및 전용 프로세서가 이를 가능하게 합니다. 엔비디아가 리딩하고 있고, Gcu 통해 그들의 기술력을 보여줬습니다.
3) 그밖에 다양한 HW 디바이스(카메라, 라이다, 레이다, 디스플레이 등)에서 수집된 데이터를 융합하여 실시간 처리하는 기술인 센서퓨전도 필요합니다. 요즘은 조금 더 안정적이고 효율적인 zonal E/E를 통한 처리를 업계에서 지향하고 있습니다. HPC는 컴퓨팅에 집중하고 다양한 HW주변기기는 Zonal에 묶는 방향이지요. 이 부분은 다음글에서 다루고자 합니다. 고성능 메모리 및 저장장치, 차량용 이더넷 통신 기술(초당 수 기가비트(Gbps) 수준의 대역폭을 제공) 요구됩니다.
잎서 SDV 플랫폼은 "하드웨어-소프트웨어 분리"지향합니다. 기존의 차량은 하드웨어와 소프트웨어가 밀접하게 통합되어, 기능 변경이 쉽지 않았습니다. 그러나 SDV 플랫폼은 하드웨어와 소프트웨어를 분리하여, 하드웨어 변경 없이도 소프트웨어 업데이트만으로 기능 개선이나 추가가 가능합니다. SoC영역에서는 칩렛(chiplet) 기술을 검토하고 있습니다.
HPC 고도화 위한 칩렛(Chiplet)은 기존의 단일 대형 반도체 칩 대신 여러 개의 작은 칩(칩렛)을 결합하여 하나의 프로세서를 구성하는 기술입니다.
※ 칩렛 : 레고 블록을 조립하는 것과 비슷해 ‘레고 같은 패키지(Lego-like package)’ 불리고, 기존의 방식인 웨이퍼를 깎아서 만드는 것보다 생산성이 높고, 다양한 기능을 가진 칩을 만들 수 있음. 칩렛은 주로 고성능 컴퓨터, 그래픽 카드, 서버 등에 중임
모듈화 된 설계(각기 다른 기능을 수행하는 여러 작은 칩을 모듈처럼 결합하여 필요한 성능을 구현할 수 있습니다. 예를 들어, CPU, GPU, 메모리 제어기 등을 각각 별도의 칩렛으로 구현하고 이를 패키지 내부에서 연결하여 하나의 시스템으로 동작)가 가능하고 대규모 칩을 생산하는 데 따르는 비용과 복잡성을 줄이면서 성능을 최적화할 수 있는 방법으로 주목받고 있습니다. 특정 기능이 필요한 경우 해당 기능에 특화된 칩렛을 추가하거나 업그레이드할 수 있습니다. 이를 통해 고성능 컴퓨팅에서 필요한 유연성을 확보 가능합니다. 차량영역에서 이종 통합(Heterogeneous Integration, 다양한 아키텍처의 칩렛을 결합하여 CPU, GPU, FPGA 등을 하나의 시스템에 통합하는 방향)으로 발전하고 있습니다. 이는 특정 애플리케이션에 최적화된 성능을 제공하는 데 유리하게 됩니다.
다음으로 '도메인 통합'입니다. 차량용 E&E 아키텍처 진화에 따른 현상이라고 보시면 됩니다. SDV플랫폼을 단순화하기 위해 여러 도메인을 통합하는 것입니다. 이때 HW에서 이에 맞는 성능이 보장돼야 합니다. (HPC필요성) 먼저 차량용 E&E 아키텍터 구조 발전을 살펴보겠습니다.
기능별 분리에서 통합으로 점차 진화하고 있습니다. 기존 차량 시스템은 파워트레인, 인포테인먼트, 안전 시스템 등 각기 다른 도메인으로 분리되어 있었으며, 각각 독립적으로 작동하는 ECU(Electronic Control Unit)로 구성되었습니다. 그러나 차량 내의 시스템 복잡성이 증가함에 따라 각 도메인을 통합하여 관리 구조로 변화하고 있습니다. 도메인 통합을 통해 개별 시스템 간의 데이터 공유가 용이해지고, 중복된 기능이나 하드웨어를 줄일 수 있습니다. 이를 통해 차량의 전력 효율이 향상되며, 무게와 비용 또한 절감되는 장점도 있습니다. 덧붙여 도메인 통합은 SDV아키텍처로의 전환을 빠르게 합니다. 이는 소프트웨어 업데이트를 통해 새로운 기능을 추가하거나 성능을 개선할 수 있는 유연성을 제공합니다. 또한 차량 내 복잡한 제어 시스템을 단일 플랫폼에서 관리할 수 있어 관리가 용이해집니다.
사례로 지난 CES24에서 도메인 통합 사례가 소개되었습니다. IVI와 ADAS 영역 통합한 제품이죠. 하나의 SoC기반으로 두 개의 영역을 동작해야 하니, 제품 seg별로 scalable 한 HW성능이 요구됩니다. 컨테이너 기반 webOS플랫폼 사례도, IVI영역기반 콘텐츠구조를 통합했다고 볼 수 있습니다.
'HPC 고성능화'와 '도메인 통합'은 어떻게 보면 "상부상조 관계"이라고 비유해 봅니다. 도메인 통합이 이루어지면 각 도메인에서 발생하는 데이터를 종합적으로 처리하는 능력이 중요해집니다. 이때 고성능 컴퓨팅이 요구되며, HPC는 다중 도메인에서 발생하는 대규모 데이터를 실시간으로 처리하고 분석하는 역할을 하게 되는 것입니다. 덧붙여 HPC는 통합된 도메인에서 발생하는 방대한 데이터를 실시간으로 처리할 수 있는 연산 성능을 제공하며, 이러한 통합 시스템은 시간이 지남에 따라 더 많은 기능과 데이터를 처리할 수 있도록 쉽게 확장될 수 있습니다.
차량용 HPC 플랫폼 발전 계속 고도화되고 이 있습니다. 차량외부 루션, 클라우드 기반 가상 개발/검증, DevOps 등 실현하려면 차량용 HPC플랫폼은 필수 이니까요. 엔비디아(NVIDIA)와 같은 회사들은 차량용 HPC 플랫폼을 개발하고 있으며, 이를 통해 도메인 통합을 지원하는 고성능 컴퓨팅 아키텍처가 더욱 고도화해질 것입니다. 이러한 플랫폼은 SDV 외에 차량 내 모든 도메인에 걸쳐 효율성을 향상할 것으로 예상됩니다.
다음글은 HPC마지막으로 Zonal E/E에 대한 동향 및 주요 기술, 기술리더십 확보 위한 방향성에 대해 알아보고자 합니다.
