소프트웨어 정의 차량이란?

자동차 산업은 데이터 중심 혁신의 정점을 대표하는 소프트웨어 정의 차량(SDV)으로 디지털 전환을 진행하고 있습니다. SDV는 차세대 첨단 자동차 시스템으로 여겨지며, 자동차가 하드웨어 중심에서 소프트웨어 중심으로 바뀌면서 자동차 혁신의 지속적인 변화를 상징합니다. 인포테인먼트 시스템과 같은 기술을 통해 탑승자의 경험에 중점을 두고 있습니다.

SDV가 널리 사용되려면 성숙도가 더 높아져야 하지만, 현재의 차량에 비해 뚜렷한 장점을 제공합니다. SDV는 제조 시점에 설치된 기능에만 국한되지 않고, 출고된 후에도 도로에서 소프트웨어 기능을 지속적으로 업그레이드할 수 있습니다. 문제를 해결하고 업데이트할 수 있는 이러한 기능은 SVD 개발을 촉진하여 궁극적으로 더 나은 사용자 경험을 제공합니다.

아직은 완전한 SDV가 만들어지지 않았습니다. 자율주행차와 마찬가지로 SDV도 레벨 0~5로 분류할 수 있는데, 레벨 0은 "소프트웨어 지원"이고 레벨 5는 완전한 소프트웨어 정의 차량입니다. 업계가 레벨 3과 레벨 4 SDV를 향해 진전을 이루고 있지만, 레벨 5 SDV가 실제 도로에 나오기까지는 시간이 걸릴 것입니다. 자율주행차와 마찬가지로 모든, OEM(Original Equipment Manufacturer)이 레벨 5 달성을 목표로 하는 것은 아니므로, 앞으로 레벨 5 SDV와 함께 레벨 3 및 레벨 4 차량도 많이 나올 가능성이 있습니다.

SDV는 커넥티드 카, AV(Autonomous Vehicle) 등과 같이 소프트웨어가 긴밀하게 통합되어 있다는 점에서 다른 차량 아키텍처와는 다릅니다. SDV는 차량 내부 기능, 주행 경험, 차량 내부 사용자 경험에 집중합니다. 이와 대조적으로, 다른 첨단 자동차는 종종 통신 기능과 환경 상호 작용에 첨단 소프트웨어를 집중합니다.

SDV는 차량 내부 기능 이상의 기능을 제공합니다. 충돌 방지 시스템, ADAS(Advanced Driver-Assistance System) 등 첨단 소프트웨어 기반 안전 기능도 제공합니다. 자동차는 전통적으로 분산형 아키텍처를 사용합니다. 즉, 자체 소프트웨어 구성 요소가 있는 ECU(Electronic Control Unit)가 설치되어 창문 제어와 같은 단일 기능을 수행합니다. SDV는 소프트웨어에 완벽하게 중앙 집중화된 구역별 아키텍처를 채택하여 ECU를 적게 사용하고 하드웨어 리소스를 공유함으로써 간섭을 줄이는 것을 목표로 합니다.

즉, SDV에서는 수는 적지만 서로 연결된 더 강력한 ECU로 동일한 하드웨어에서 ADAS 및 인포테인먼트 애플리케이션을 모두 실행하는 등의 여러 작업을 수행할 수 있습니다. 또한 차량 내 특정 구역을 대상으로 하는 소프트웨어 업데이트 및 업그레이드에 대한 유연성이 향상됩니다.

SDV는 소프트웨어와 하드웨어를 분리함으로써 성능을 향상하고 다른 차량에 비해 차량 내부 기능의 범위를 더 확장했습니다. 또한 다음과 같은 몇 가지 고유한 이점이 있습니다.

• 유연성
• 손쉬운 업그레이드
• 안전성 및 신뢰성 향상
• 개발 효율성 향상
• 추가 수익 창출

SDV에는 OTA(Over-the-air Update)를 수행하는 고유한 기능이 있습니다. 무선 기술로 스마트폰 업데이트하는 방식과 비슷하게 제조업체는 OTA를 통해 클라우드를 사용하여 차량의 새로운 기능, 특성 및 업데이트를 차량 소프트웨어에 설치할 수 있습니다. 이 기능을 사용하면 시간이 지나도 차량 기술을 최신 상태로 유지할 수 있으며, 제조 시점에는 제공되지 않았던 기능을 통합할 수 있습니다.

SDV에는 많은 구성 요소가 포함되어 있습니다. 어떤 것들은 우리가 전통적으로 차량에서 예상하는 것들이지만, 그렇지 않은 것들도 있습니다. SDV에는 세 가지 중요 구성 요소 클래스가 있습니다.

• 하드웨어
• 소프트웨어
• 하드웨어와 소프트웨어 간의 인터페이스

하드웨어

소프트웨어는 SDV에서 가장 많이 논의되는 측면이지만, 이러한 고급 소프트웨어 애플리케이션의 데이터 수집 및 처리 기능은 중요한 하드웨어 계층에서 지원합니다. 주요 하드웨어 구성 요소는 다음과 같습니다.

• 중앙 집중식 컴퓨팅 플랫폼
• 센서: 카메라 및 레이더, 라이다 및 충돌 센서
• 액추에이터
• ECU
• 파워트레인
• 섀시
• 서스펜션

SDV에서는 센서가 내부 및 외부 환경을 모두 모니터링하여 소프트웨어가 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있도록 합니다. ECU는 차량의 전기 시스템을 관리하며, 고성능 ECU는 여러 시스템을 동시에 관리할 수 있습니다. 액추에이터는 ECU에서 나온 제동, 조향 등 다양한 명령을 실행합니다.

SDV는 바퀴 달린 데이터 센터처럼 운영되므로, 센서 데이터를 처리하고 ADAS와 같은 애플리케이션을 효율적으로 실행하려면 HPC(High Performance computing) 시스템과 GPU(Graphics Processing Unit)가 필요합니다. SDV는 기존 차량보다 더 많이 연결되어 있으므로 더 빠른 데이터 전송 기능을 지원하기 위해 이더넷과 같은 통신 네트워크를 활용해야 합니다.

소프트웨어

SDV의 소프트웨어 계층에는 데이터 통신 기술을 통한 내부 연결을 보장하기 위한 Windows나 Linux와 같은 핵심 운영 체제가 포함됩니다. OTA 통신 시스템은 외부 데이터 센터와 연결하여 정보를 전송하고, 차량에 탑재된 자동차 소프트웨어를 업데이트하며, 새로운 기능을 추가하는 기반을 제공합니다.

SDV에는 인포테인먼트 시스템, 디지털 조종석, ADAS, 고급 차량 관리 제어, 적응형 크루즈 컨트롤, 내부 온도 조절, 내비게이션 시스템 등 다양한 앱과 사용자 경험 소프트웨어도 포함되어 있습니다. 이러한 애플리케이션은 미들웨어를 통해 SDV 운영 체제에 연결되며, 미들웨어는 운영 체제와 개별 애플리케이션 간의 통신을 위한 소프트웨어 계층 역할을 합니다. 이러한 기능은 더욱 편안하고 안전한 운전 경험을 제공합니다.

SDV는 데이터 생성 및 분석 기능으로 자체 성과를 지속적으로 모니터링하고 유지 관리 일정을 계획합니다. 예측적 유지관리 덕분에 차량 운전자는 문제가 더 커지기 전에 해결할 수 있습니다.

하드웨어와 소프트웨어 간의 인터페이스

하드웨어와 소프트웨어 계층 간에는 소프트웨어 프로그램을 SDV의 하드웨어에 연결하는 인터페이스 계층이라는 중간 계층이 있습니다. 이러한 상호 연결을 위해서는 OEM과 공급업체 간의 앱 표준화로 호환성을 보장해야 합니다.

SDV의 소프트웨어는 모듈식 방식으로 통합되며, 각 애플리케이션은 자체 API(Application Programming Interface)를 가집니다. 마찬가지로 SDV 하드웨어 또한 모듈식이며, 더 작은 제어 장치가 다양한 기능을 위한 전문화된 작업을 수행하기 때문입니다. 이를 통해 설계자들은 의도된 기능에 따라 더 작은 '빌딩 블록'들을 사용하여 더 크고 고성능인 시스템을 SDV에 통합할 수 있습니다.

소프트웨어 개발의 발전이 SDV의 애플리케이션 측면을 이끄는 반면, 하드웨어 및 소프트웨어 시스템을 실시간으로 모니터링하고 작동할 수 있는 기능적 생태계로 구성하는 데는 인터페이스 계층이 매우 중요합니다. 이러한 인터페이스들은 차량 안전과 사용자 경험에 모두 매우 중요합니다.

SDV의 발전은 자동차 산업에만 영향을 미치는 것이 아니라, 개발된 기술은 다른 산업에도 유용할 것입니다. 더욱이, SDV 그 자체는 다른 분야에도 도움이 되는 다양한 활용 사례를 가지게 될 것입니다.

예를 들어, SDV는 생성되는 방대한 양의 데이터를 처리하기 위해 강력한 CPU와 GPU를 갖추어야 합니다. 그 결과, 컴퓨터 하드웨어 제조업체는 이러한 애플리케이션과 다른 애플리케이션들을 지원하기 위해 더욱 발전된 CPU, 5G 시스템, 그리고 엣지 컴퓨팅 시스템을 개발해야 했습니다.

자동차 산업에서 SDV 개발은 다른 자율 주행 애플리케이션을 지원하는 더욱 발전된 ADAS 기술을 가능하게 하고 있습니다. 게다가, SDV가 생성하는 데이터 양은 상용차 및 차량 관리 애플리케이션에서 더 정확한 실시간 업데이트를 제공합니다. SDV는 또한 사용자에게 다양한 차량에 대한 온디맨드 접근을 제공하고 필요에 맞춰 MaaS(Mobility-as-a-Service) 경험을 개인화함으로써 MaaS 산업 성장에 기여할 수 있습니다.

SDV는 운전 행동 및 차량 성능에 대한 상세한 데이터를 제공할 수 있기 때문에, 차량 보험 산업에 혁명을 일으킬 잠재력도 가지고 있습니다. 이는 운전자를 위한 더욱 개인화되고 역동적인 보험 모델로 이어질 수 있습니다.

SDV는 디지털 기술과 데이터를 활용하여 주민을 위한 공공 서비스 및 인프라 등을 개선하는 스마트 도시 및 스마트 그리드 등과 연결될 수 있습니다. 이러한 공공 서비스와 인프라는 V2G(Vehicle-to-Grid) 및 G2V(Grid-to-Vehicle) 운영을 활용하여 전력망의 에너지 분배를 관리할 것입니다. 스마트 도시 내에서 SDV 차량을 관리하면 차량 흐름이나 사고를 줄이는 데 도움이 되며, SDV는 또한 OTA 기술을 사용하여 실시간 업데이트를 도시 관리자에게 전달할 수도 있습니다.

다른 차량 아키텍처와 마찬가지로 SDV에는 이점과 과제가 모두 있습니다. SDV는 다양한 소프트웨어 플랫폼과 소프트웨어 아키텍처로 인해 더 높은 수준의 복잡성을 요구하며, 기존 하드웨어와 첨단 하드웨어 모두의 상호 운용성을 보장하는 것이 핵심입니다.

SDV 기술의 이점 중 일부를 소개하면 다음과 같습니다.

• 향상된 모니터링을 통한 엔진, 배터리, 연료 성능 개선
• ADAS 및 충돌 방지 시스템을 통한 안전성 향상
• OTA 소프트웨어 업데이트 및 새로운 기능 추가 능력
• 텔레매틱스 및 진단을 통한 차량 자체 모니터링 및 예측 유지보수 수행 능력
• 맞춤형 대시보드부터 인포테인먼트 선택까지 차량 내 각 승객을 위한 개인화된 경험
• 더 많은 인포테인먼트 서비스를 통한 승객 편의성 증대

하지만 SDV는 아직 성숙한 시스템은 아닙니다. 설계자와 제조업체가 극복해야 할 몇 가지 엔지니어링과 설계 과제가 여전히 남아 있습니다.

• 복잡한 소프트웨어와 방대한 양의 코드가 필요하여 버그 발생 가능성이 높습니다.
• 디지털 연결 차량인 SDV는 다른 네트워크에 연결되므로 사이버 보안 위협에 취약합니다.
• SDV는 막대한 양의 데이터를 수집하므로 데이터 보안 모범 사례를 따르지 않을 경우 개인 정보 보호 문제로 이어질 수 있습니다.
• 이 분야는 기술적으로 요구 사항이 많고 다양한 엔지니어링 분야의 전문 지식이 필요하므로, SDV를 대량 생산할 경우 인재 및 전문 지식 격차가 문제가 될 수 있습니다.
• 생산 지연은 이미 전기차에서 문제가 되고 있습니다. SDV는 복잡하게 통합된 전자 및 하드웨어 환경을 가지고 있어 훨씬 더 큰 지연을 초래할 수 있습니다.

SDV의 사이버 보안 확보

사이버 보안은 SDV에 있어 특별한 과제입니다. 차량 내부에서뿐만 아니라 외부 데이터 네트워크와도 많은 데이터를 교환하기 때문에, 차량 내부에 잠재적인 진입점과 취약한 노드가 많습니다.

해킹 시도로부터 보호하기 위해서는 더욱 강력한 사이버 보안 및 보안 통신 프로토콜이 요구될 것입니다. 일부 소프트웨어 플랫폼, 예를 들어 QNX는 고급 보안 기능 덕분에 SDV 산업에서 인기를 얻고 있습니다. 미래에는 AI(Artificial Intelligence)가 SDV를 사이버 위협으로부터 보호하는 데 핵심적인 역할을 할 것입니다.

SDV는 OEM(Original Equipment Manufacturer)에 소프트웨어 개발과 하드웨어의 긴밀한 연동을 핵심으로 하는 새로운 비즈니스 모델을 제시합니다. SDV에 OTA 업데이트를 제공할 수 있게 됨에 따라, OEM(Original Equipment Manufacturer)과 제조업체는 새로운 차량 소프트웨어를 검증하고 규제 준수를 보장할 수 있어야 합니다. 차량의 디지털 복제 역할을 하는 디지털 트윈은 다양한 운영 및 지리적 환경의 데이터를 사용하여 여러 시나리오를 테스트할 수 있습니다. OEM은 디지털 트윈 모델을 변경함으로써, 실제 차량의 안전을 잠재적으로 위협하지 않으면서도 해당 업데이트가 효과적으로 작동할 것을 보장할 수 있습니다. 실제로 기업에서는 엔지니어들이 소프트웨어 변경 사항을 실제 적용하기 전에 시뮬레이션된 차량에 들어가 테스트할 수 있는 완전한 가상 환경을 만들기 시작했습니다.

자동차 산업의 이러한 변화에 따라, OEM은 이제 공급망 전반에 걸쳐 다양한 하드웨어 공급업체 및 소프트웨어 제공업체와 호환되는 차량을 개발해야 하며, 추가되는 모든 애플리케이션이 안전 및 규제 표준을 준수하는지 확인해야 합니다. 예를 들어, Volvo Group과 Daimler Truck은 최근 대형 상용차용 SDV 플랫폼을 공동 개발하기 위한 파트너십을 발표했습니다. 

기존 차량 아키텍처에 비해 SDV 설계의 복잡성을 고려할 때, 시뮬레이션 소프트웨어는 설계 및 개발 프로세스 초기 단계에서 문제점을 파악하고 이를 물리적 프로토타입 단계 이전에 해결하는 데 도움을 줄 수 있습니다. SDV에서 시뮬레이션은 다음과 같은 도움을 제공합니다.

• 설계 문제를 예측하고 프로세스 초기에 시프트 레프트(Shift-left) 테스트 수행
• 차량 안전 및 사이버 보안 기능 분석
• AI를 활용한 개발 가속화
• 새로운 전기 및 전자 아키텍처 설계
• 칩 및 PCB(Printed Circuit Board) 수준 시뮬레이션을 통해 ECU 부품의 열, 신호, 전력 무결성 보장
• 센서, 안테나, 고속 통신과 같은 차량 내 네트워크 설계
• 전자기 간섭 시뮬레이션
• 시스템 성능 및 신뢰성 분석
• 디지털 트윈을 통해 소프트웨어와 하드웨어를 설계에 통합하는 고정밀, 편향 없는 프로토타입 개발

Ansys는 SDV 개발에서 발생하는 주로 설계의 하드웨어 및 통합 측면에 중점을 두고 다양한 엔지니어링 및 설계 과제를 시뮬레이션할 수 있고 많은 툴을 제공합니다. 구체적으로 설명하면 다음과 같습니다.

• 설계 중인 시스템에 대한 설명을 포착하는 아키텍처 프레임워크로서 신뢰할 수 있는 단일 정보원을 제공하는 Ansys SAM(System Architecture Modeling) 기능
• 핵심 안전 분석 방법론을 구현하고 ISO 26262를 포함한 산업 표준 준수를 보장하는 모델 기반 시스템 솔루션인 Ansys medini analyze 소프트웨어
• 안전하고 신뢰할 수 있는 임베디드 소프트웨어에 대한 모델 기반 개발, 검증 및 자동 코드 생성을 가능하게 하는 Ansys SCADE 플랫폼
• SAM의 시스템 요구 사항을 시뮬레이션 모델 및 엔지니어링 분석과 연결하여 전체 시스템의 동작과 요구 사항을 검증하는 Ansys ModelCenter 소프트웨어
• 칩부터 시스템까지 모든 전자 부품의 효율적인 설계 및 가상 검증을 보장하는 Ansys HFSS 소프트웨어 HFSS 소프트웨어는 또한 전자기 신뢰성을 결정하여 전자기 간섭이 더 넓은 시스템에서 문제를 일으킬지를 확인할 수 있습니다.
• 높은 정확도의 복잡한 모델을 빠르게 실행하는 ROM(Reduced-Order Model)을 생성하여 해석 시간을 단축하는 Ansys Twin Builder 플랫폼
• 센서 인식 기능을 통한 자율 시스템 테스트를 위한 물리적으로 정확한 센서 시뮬레이션을 제공하는 Ansys AVxcelerate Sensors 소프트웨어
• 제어 법칙 동작을 검증하고 설계 프로세스 초기 단계에서 잠재적인 엣지 케이스를 테스트하여 스마트 헤드램프 개발을 가속화하는 Ansys AVxcelerate Headlamp 소프트웨어
• 시뮬레이션의 설계 및 최적화를 가속화하여 부품 개발을 가속화하는 AI(Artificial Intelligence) 강화 툴인 Ansys SimAI 소프트웨어

시뮬레이션 기반 설계 접근 방식이 SDV 구성 요소 및 상호 연결된 시스템의 설계 및 제조를 최적화하는 데 어떻게 도움이 되는지 자세히 알아보려면 지금 당사 기술팀에 문의하십시오.

관련 리소스