Automotive에서의 PCI Express®의 미래

Vamshi Kandalla
GRL Chief Strategy Officer

첨단 컴퓨팅 시스템은 현대 자동차 산업에서 수요와 혁신을 주도하고 있습니다. 2023년에 이미 575억 달러에 달했던 글로벌 스마트 자동차 시장은 연평균 17%씩 성장하여 20321년에는 2,657억 달러에 달할 것으로 예상됩니다. 그러나 시스템 오류나 예상치 못한 결함은 개발자가 이러한 시장 잠재력을 실현하기 위해 극복해야 할 주요 장애물로 남아 있습니다. 다행히도 PCI Express®(PCIe®) 아키텍처에서 지원하는 기능적 안전(FuSA)은 이러한 치명적인 위험을 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다.

이중화 아키텍처에 내재된 PCIe의 고유한 기능은 오늘날의 엄격한 안전 표준에 부합하는 탁월한 오류 감지, 수정 및 보고 기능을 지원합니다. 실제로 ABI Research²의 “PCI Express 시장 수직적 기회” 보고서에 따르면 자동차 스토리지 및 비스토리지 기능의 PCIe 애플리케이션에 대한 총 주소 가능 시장(TAM)은 2022년 미화 7797만 달러에서 53%의 연평균 성장률(CAGR)로 증가하여 2030년에는 36억1000만 달러에 이를 것으로 예측됩니다.

PCIe-based storage in automotive

Role of PCIe-based storage in automotive digital cockpits

최첨단 기술을 활용하여 운전 편의성을 향상시키는 자동차 디지털 콕핏에서는 테라바이트 단위의 데이터가 처리되고 저장됩니다. 데이터 기록에 대한 규제 의무는 안정적인 고속 데이터 스토리지 솔루션의 필요성을 강조합니다. 현재 PCIe 기술은 통합 및 구축이 용이하고 시장 출시 기간이 짧아 선호되고 있습니다. 스토리지 솔루션을 구현할 때 데이터의 전송 및 저장은 데이터 처리를 위한 보호 및 기밀성 규정 준수와 함께 주요 고려 사항입니다.

확장성과 가상화 기능을 자랑하는 PCIe는 모듈식 처리 아키텍처를 구축할 수 있게 해줍니다. PCIe 인터페이스에 레인을 추가하면 전체 애플리케이션을 점검하지 않고도 데이터 교환 속도를 높일 수 있습니다. 이 기능을 통해 최소한의 프로세서 상호 작용으로 높은 전송 속도를 구현할 수 있습니다. 또한 개발자는 가상화 지원과 SR-IOV(단일 루트 IO 가상화) 및 ATS(주소 변환 서비스)와 같은 확장 기능을 통해 안전 및 보안 문제도 해결할 수 있습니다.

Benefits of centralized NVMe/PCIe storage in automotive applications

차량용 IVI(차량용 인포테인먼트) 애플리케이션은 원래 모바일 기기용으로 설계된 SoC를 자동차 환경에 맞게 조정하기 때문에 유니버설 플래시 스토리지(UFS) 인터페이스 기반의 스토리지 솔루션을 사용하는 경우가 많습니다. UFS는 스마트폰의 eMMC 기반 스토리지를 대체하는 스토리지로 부상했습니다.

PCIe 기반 솔루션은 순차 및 랜덤 읽기 및 쓰기 작업 모두에서 UFS 기반 솔루션보다 현저히 뛰어난 성능을 발휘하므로(그림 1) 차세대 자동차 IVI 플랫폼에서 널리 채택되고 있습니다. 데이터 저장 및 액세스의 경우 PCIe 인터페이스는 스토리지 솔루션 중 독보적인 데이터 전송 속도를 제공합니다. NVMe 아키텍처에 기반한 차량용 SSD(솔리드 스테이트 드라이브)는 이러한 요구사항에 완벽하게 부합하며, 현존하는 최고 수준의 데이터 전송 속도를 제공합니다. 또한 PCIe 인터페이스 프로토콜은 대체 인터페이스보다 훨씬 더 효율적이기 때문에 UFS에 비해 지연 시간이 짧은 추가적인 이점을 제공합니다.

Charts showing performance disparity between UFS-based and PCIe-based storage solutions

Figure 1: Performance disparity between UFS-based and PCIe-based storage solutions (source: PCI-SIG®)

Enabling autonomous driving with Advanced Driver Assistance Systems (ADAS)

고속 주행 시 운전자의 안전을 보장하려면 고화질 카메라, 레이더, 라이더 등 최대 20개의 센서 입력에서 들어오는 방대한 양의 데이터로 인해 상당한 컴퓨팅 성능과 실시간 데이터 처리가 필요합니다. 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)은 높은 컴퓨팅 성능을 통해 대량의 데이터를 실시간으로 정확하게 처리하여 차량의 주변 환경을 정확하게 예측하고 정밀한 인식을 가능하게 합니다. PCIe 기술은 저지연 연결 및 처리 기능을 제공함으로써 이러한 연산 수요를 충족하는 데 중요한 역할을 합니다³.

Future trends in automotive development

시장의 압박과 새로운 규제로 인해 반도체 기반 기술에 대한 수요도 증가하고 있습니다. 그러나 개발자들은 반도체를 성공적으로 통합하기 위해 개발 주기 단축, 사이버 보안 강화 및 고급 기능에 대한 고민을 계속해야 합니다. 중앙 집중식 구역 아키텍처를 지원하는 PCIe는 진화하는 시스템 복잡성과 엄격한 사이버 보안 표준을 수용할 수 있는 강력하고 다양한 솔루션으로 다시 한 번 자리매김했습니다.

Shortened development cycles

자동차 제조업체들이 글로벌 경쟁사의 빠른 속도를 따라잡기 위해 경쟁하고 있지만, 엄격한 자동차 안전 표준과 테스트 때문에 새로운 자동차 기술이 5~7년 정도 뒤처지고 있습니다. 그러나 중국 제조업체들은 이러한 격차를 3~5년으로 좁히는 데 진전을 보이고 있습니다⁴.

x1에서 x16에 이르는 유연한 링크 폭을 지원하는 PCIe의 기능 덕분에 자동차 제조업체는 자동차 애플리케이션 개발 시간을 단축하고 새로운 기술 요구사항에 빠르게 적응할 수 있습니다. 또한 상호 운용 가능한 기성 부품으로 구성된 광범위한 에코시스템과 함께 오류 감지 및 보고와 같은 PCIe의 기본 제공 기능은 개발 프로세스를 더욱 간소화하고 출시 기간을 단축합니다⁵.

Centralized zonal architecture

중앙 집중식 구역 아키텍처는 차량 기능을 더 적은 수의 더 강력한 전자 제어 장치(ECU)로 통합합니다. 이를 통해 관리를 간소화하고 소프트웨어 업데이트를 원활하게 하는 동시에 복잡성과 유지보수 비용을 줄일 수 있습니다. 또한 ECU 수가 적다는 것은 통신 효율성이 향상되고 시스템 성능이 향상된다는 것을 의미합니다. 이 중앙 집중식 아키텍처는 ADAS, 무선(OTA) 업데이트, 향상된 차량 연결성6과 같은 최신 스마트 자동차 구성 요소와 원활하게 연동됩니다.

Cybersecurity compliance

자동차 제조업체가 무선 주파수 원격 잠금 해제 시스템과 같은 기존 도난 방지 조치의 보안 취약점을 지속적으로 해결함에 따라 해커들은 필연적으로 차량 내부 인터페이스의 취약점을 악용하는 쪽으로 초점을 옮기고 있습니다. 이를 해결하기 위한 새로운 규정이 이미 진화하고 있습니다. 예를 들어, 사이버 보안에 관한 UN 규정 155호는 자동차 가치 사슬 전반에 걸쳐 사이버 보안 관리 시스템을 구현하여 소프트웨어, 시스템, 구성 요소 및 IP를 보호할 것을 의무화하고 있습니다.

2024년 7월부터 시행되는 UN 규정 155호는 자동차 제조업체가 EU 시장에 참여하기 위한 전제 조건으로 법적으로 규정 준수를 요구합니다. 무결성 및 데이터 암호화(IDE)와 같은 기능을 통해 PCIe는 PCIe 링크를 통해 전송되는 데이터 패킷에 대한 하드웨어 수준의 암호화 및 무결성 검사를 보장하여 내부 인터페이스를 대상으로 하는 정교한 공격에 대한 추가적인 보호 계층을 제공합니다⁷.

Test your automotive designs at GRL

자동차 인증 및 PCIe 통합의 모든 항목을 확인하려면 GRL만 있으면 됩니다. PCI-SIG®의 승인을 받은 최초의 PCIe 공인 테스트 연구소로서, 1.0에서 6.0에 이르는 PCIe 사양을 완벽하게 준수하고 모든 구성 요소를 전문적으로 조화시켜 고객을 위한 최고의 제품 설계에 집중할 수 있도록 도와드립니다. 엔드 투 엔드 오토모티브 연결 및 충전 테스트 서비스를 통해 진정한 규정 준수의 용이성을 경험해 보세요.

About the author

반도체 및 시스템 업계에서 20년 이상의 경력을 쌓은 Vamshi Kandalla는 GRL의 최고 전략 책임자로서 GRL에 강력한 성공 실적을 가져다줍니다. Vamshi는 계측 공학 학사 학위와 MBA를 취득했습니다.