[현대오토에버SW스쿨2기] 차량용 이더넷 통신(2)

태리·2024년 1월 22일

RAPA Zonal Architecture 분산형 EE 아키텍쳐 이더넷 통신 현대 오토에버 현대 오토에버 모빌리티 임베디드 SW 스쿨 2기

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자동차 네트워크 기술의 미래, 특히 분산형 EE 아키텍처에 대해 간단하게 정리해볼까한다!💪

미래 자동차의 변화: 분산형 EE 아키텍처

우리가 지금까지 알고 있던 자동차들은 새로운 기능을 추가하고자 할 때, 주로 새로운 ECU를 추가하는 방식을 택했음.
하지만 미래의 자동차는 좀 달라진다고 함! 자동화(Automated), 연결(Connected), 전동화(Electrified), 공유(Shared) 의 ACES 드라이브를 만족시키기 위해서, 중앙집중화된 아키텍처로의 전환이 필요하다고 한다.

L3부터 L5까지, 자율주행의 진화

자율주행 레벨 3부터는 일부 자율주행이 가능(보조)
그리고 L5 자율주행은 베트남이나 인도 같은 복잡한 도로 환경에서도 운전이 가능한 단계임.
이러한 고도의 자율주행을 실현하기 위해서는 센서의 수가 엄청나게 늘어나야 하고, 결국 자동차는 하나의 인터넷 기기처럼 변화하게 된다고 한다.

Industry Challenges

고급 승용차에는 이미 100개가 넘는 ECU가 탑재되어 있다고함.
이 많은 ECU를 관리하는 것 자체가 OEM들에게는 큰 부담이고, 더군다나 CAN 네트워트가 서포트할 수 없는 스피드까지 올라갈 것임.
따라서 새로운 아키텍처의 필요성이 대두되고 있음!

Time-Sensitive Networking(TSN)과 SOA(Service-oriented Architecture)

TSN은 이더넷 통신 방식에 차별화 기능을 추가한 것임(이더넷 자체에는 차별화 기능이 없음) 이를 통해 더 정교하고 시간에 민감한 데이터 전송이 가능해진다고함.
반면 SOA는 서비스 지향 아키텍처로, 병렬 컴퓨팅과 마이크로서비스를 활용해 중앙 집중식 솔루션을 구현하는 방식.
이 아키텍처는 특히 이더넷 포트의 개수가 늘어남에 따라 자동차 통신의 미래를 이더넷으로 향하게 만든다고 함.
즉, 자동차 통신의 미래는 '이더넷'이다.. 📡

자동차 네트워크의 새로운 패러다임: Zonal Architecture

Zonal 아키텍쳐는 자동차의 배선 구조와 네트워킹을 혁신적으로 변화시키는 개념!
기존에는 차량 내의 각 기능을 위해 별도의 ECU가 있고, 이들 ECU가 복잡한 네트워크를 형성하며 서로 통신했지만, 이 방식은 배선이 복잡하고, 공간과 무게를 많이 차지했음.
Zonal 아키텍쳐는 위 문제들을 해결할 수 있음!!

Zonal 아키텍쳐의 핵심 요소들

물리적 영역의 구분: 차량을 여러 물리적 영역(Zones)으로 나누고, 각 영역에 필요한 센서와 ECU를 모아 배치함.
예를 들어, 샷시, 바디, 인포테인먼트, ADAS 등이 각각의 영역으로 구분됨.

Zonal ECU와 Zonal Gateway:** 각 영역은 Zonal ECU로 제어되며, Zonal Gateway를 통해 다른 영역의 시스템이나 중앙 집중식 네트워크와 통신할 수 있음. 이렇게 하면 각 영역의 기능을 좀 더 효율적으로 관리할 수 있다고 함.
간소화된 배선 구조: Zonal 아키텍쳐는 배선 구조를 간소화. 필요한 센서와 시스템만을 연결하기 때문에 배선이 줄어들고, 이는 차량의 무게 감소와 유지보수의 용이성으로 이어질 수 있음
동기화와 고대역폭 통신: Zonal Gateway 간의 효과적인 동기화는 매우 중요!! 높은 대역폭(10G 이상)과 다양한 데이터 유형을 지원해야 하며, 차량 내 여러 링크(6개 이상)를 관리할 수 있어야 함.
고장 예측의 효용성: Zonal 아키텍쳐는 각 영역별로 시스템의 상태를 모니터링하고, 고장을 예측하는 데 유용함. 이를 통해 차량의 안전성과 신뢰성 향상될 수 있음.

사실 이 아키텍쳐는 어렵다의 문제가 아니라, 차량에 있어 근본적인 변화를 꾀하는 것이라고 한다.

MCU vs AP: 컴퓨팅의 미래

MCU와 AP는 자동차 컴퓨팅 분야에서 중요한 역할을 하는데, AP 코어는 주로 ARM 코어를 사용하며, MCU 코어는 ARM이 아닌 것도 많이 사용됨.
특히 자율주행 차량에서는 고성능을 요하는 하드웨어와 서비스 지향적인 아키텍처가 필요함.

AUTOSAR (AUTomotive Open System ARchitecture)

AUTOSAR은 자동차 산업의 글로벌 표준임.
이 표준은 차량의 전기/전자 아키텍처에 대한 일관된 기준을 제공하고, 소프트웨어의 재사용성을 높이며, 협력을 촉진하는 것을 목표로 함. AUTOSAR은 두 가지 주요 버전으로 나뉨.

AUTOSAR Classic: 전통적인 차량 시스템에 사용되며, 주로 파워트레인, 차체, 샤시 등의 영역에서 활용됨. 이 표준은 안정성과 실시간 성능이 중요한 시스템에 적합함. EE 아키텍쳐 에는 이 classic 오토사 적용 가능
AUTOSAR Adaptive: 더 진보된 인포테인먼트, ADAS 시스템에 사용됨. 이 버전은 높은 데이터 처리량을 요구하고, 잦은 업데이트가 필요한 시스템을 위해 설계됨. AUTOSAR Adaptive는 클라우드 서비스와의 연동 혹은 높은 계산 능력을 요구하는 작업에 적합함.

Service Oriented Architecture (SOA)

SOA는 서비스를 중심으로 구축된 아키텍처임.
이 구조는 서비스들이 네트워크를 통해 서로 연결되고 상호작용하는 방식으로 구성됨.
SOA의 핵심 원칙 ->

Prescribed Interface: 서비스는 명확하게 정의된 인터페이스를 통해 접근되어야함.
Loosely Coupled: 서비스들은 가능한 한 서로 독립적이어야 하며, 한 서비스의 변경이 다른 서비스에 영향을 최소화해야 함.
Interoperable: 서비스들은 서로 다른 시스템, 플랫폼에서도 통신할 수 있어야 함.
Platform Independent: 서비스는 어떤 특정 플랫폼에 구속되지 않고, 다양한 환경에서 실행될 수 있어야 함.

SOA는 자동차 산업에서도 중요한 개념이 되고 있고, 차량 내부의 다양한 시스템들이 서로 협력하고, 클라우드 기반의 서비스와 상호작용할 수 있게 되면서 자동차는 단순한 이동 수단을 넘어 서비스 플랫폼으로 진화하고 있음. 🚗

Legacy vs Component-Based vs Service Oriented

Legacy Systems: 전통적인 시스템으로, 대부분 단일 큰 덩어리의 소프트웨어로 구성. 이러한 시스템은 유지 보수 및 관리가 어렵고, 새로운 기술이나 기능을 통합하기 어려움.
Component-Based Systems: 소프트웨어를 잘 정의된 컴포넌트로 분리하고, 이 컴포넌트들을 재사용하며 시스템을 구축하는 방식. 이 접근 방식은 유지 보수를 용이하게 하고, 시스템의 모듈성을 높여줌.
Service Oriented Systems (SOA): SOA는 서비스 중심으로 시스템이 구축되며, 이 서비스들은 네트워크를 통해 상호 연결되고 상호작용함. SOA는 높은 유연성과 확장성을 제공하며, 특히 다양한 서비스와 기능이 빠르게 변화하는 현대의 자동차 산업에 적합함!