Centralized architecture로 오토모티브 컴퓨팅 수요 충족
중앙 집중식 아키텍처(Centralized architecture)는 이더넷이 중앙 노드 내에서 지배적인 위치를 차지하는 in-vehicle network (IVN) 설계를 말하며 스마트 차량의 주류가 된 자동차 네트워크 형식입니다. 자율주행차가 요구하는 데이터 전송 용량과 컴퓨팅 성능이 높아지면서 기존의 분산형 아키텍처(traditional distributed architectures)는 더 이상 확장성과 통신 성능 요구 사항을 충족할 수 없게 되었습니다.
대신 여러 도메인 컨트롤러 간의 추가 통합이 가까운 미래에 시장을 지배할 것으로 예상되며, 진정한 중앙 집중식 아키텍처가 표준이 될 때까지 도메인 및 교차 도메인 아키텍처가 부상할 것입니다.
그러나 스마트 차량 아키텍처가 이 새로운 영역에 도달하기 위해서는 기존 아키텍처에 Time Sensitive Network(TSN)를 포함한 Automotive Ethernet 네트워크가 중첩되어야 합니다. 이를 통해 지연 시간이 짧고 시간 동기화를 실현하여 실시간 컴퓨팅과 고속 데이터 전송을 가능하게 할 수 있습니다. 분산형 아키텍처와 중앙 집중형 아키텍처의 구성 요소를 자세히 살펴보고 미래 자동차가 어떻게 설계될지 알아봅시다.
분산형 아키텍처에서 중앙 집중형 아키텍처로의 진화
1. Distributed architecture
각 기능은 인식, 결정, 실행을 담당하는 특정 하드웨어에 해당합니다. 이로 인해 더 많은 와이어 하네스와 복잡한 토폴로지가 발생하고, 내부 통신 채널 내에 중복이 발생하여 컴퓨팅 성능이 불필요하게 낭비됩니다.
2. Domain architecture
아키텍처가 분산된 분산형 아키텍처에서 노드 수가 적고 무선(OTA) 업그레이드가 간편한 지역 집중형으로 변경됩니다. 각 도메인에는 더 높은 컴퓨팅 성능과 더 넓은 범위를 가진 컨트롤러가 장착되어 전자 제어 장치(ECU)의 수를 줄이고, 더 높은 컴퓨터 성능과 더 유연한 네트워크 통신을 제공합니다.
3. Cross-domain architecture
크로스 도메인 제어 아키텍처를 통해 도메인 컨트롤러 간의 통합이 더욱 강화됩니다. 이를 통해 자동차 시스템 내에서 전자 제어를 더욱 중앙 집중화하여 보안, 전력 및 도메인 간 실행 전반에서 성능을 개선하고 비용을 절감할 수 있습니다.
4. Centralized architecture
진정한 중앙 컴퓨팅 아키텍처는 중앙 컴퓨팅 장치, 클라우드 컴퓨팅, 센서, 액추에이터, 중앙 컴퓨팅 장치에 의해 계산되는 정보로 구성됩니다. 처리를 최적화하면 컴퓨터 성능에 대한 수요를 줄이면서도 정보를 충분히 빠르게 처리하여 지연 시간을 줄일 수 있습니다.
The history of Bus technologies and what’s next with automotive networks
CAN, LIN, and FlexRay in-vehicle networks
현재 차량 네트워크에 배포되는 Bus 기술에는 CAN, LIN, FlexRay, MOST, LVDS, 차량 이더넷 등이 있습니다. LIN 버스가 보완된 CAN 버스가 시장의 대부분을 차지하고 있으며, CAN은 실제 차량 네트워크 내에서 데이터를 전송하는 데 가장 널리 사용되는 표준 프로토콜입니다. 반면 LIN은 도어, 선루프, 좌석 제어 장치 등의 보조 기능을 CAN에 제공하는 저가형 범용 직렬 버스입니다.
하지만 FlexRay는 CAN과 LIN을 잇는 차세대 자동차 제어 버스 기술로 빠르게 각광받고 있습니다. 더 높은 대역폭을 제공하는 FlexRay는 중대형 자동차의 유선 제어 시스템에 성공적으로 적용되었습니다. 하지만 안타깝게도 FlexRay는 현재 단일 제조업체에서만 개발할 수 있기 때문에 개발 비용이 높습니다. FlexRay와 MOST 모두 차량 내 멀티미디어 데이터 전송을 위한 유력한 후보이지만, 대량 배포를 위해서는 표준 조직에 통합되어야 할 가능성이 높습니다.
The Automotive Ethernet advantage
그 어느 때보다 많은 자동차 전자 장치가 시장에 쏟아져 나오면서 차량 한 대에 탑재되는 ECU의 수가 평균 20~30개에서 100개 이상으로 크게 늘어났고, 일부 차량 배선 하니스의 길이는 최대 2.5마일에 달합니다. 이러한 상황에서 CAN 버스의 한계가 분명해졌습니다. CAN 버스는 반이중 통신과 낮은 전송 속도만 가능하기 때문에 최신 자동차 네트워크에서 요구하는 고속, 실시간, 양방향 데이터 경로에는 적합하지 않습니다.
차량용 이더넷은 높은 대역폭, 경량 와이어링 하네스, 높은 비용 효율성 덕분에 차량용 네트워크의 핵심 기술로 자리 잡을 것으로 예상됩니다. 기존 자동차 네트워크와 달리 이더넷은 대역폭 집약적인 애플리케이션을 충족할 수 있을 만큼 높은 데이터 전송 성능을 제공합니다. 이더넷이 제공하는 다른 기술적 이점으로는 높은 자동차 신뢰성, 적절한 대역폭 할당, 낮은 전자기 방사, 전력 소비, 지연 시간 및 하드웨어 무게 등이 있습니다.
An overview of automotive Ethernet hardware and software
Hardware structure of automotive Ethernet
차량용 이더넷은 주로 한 쌍의 구리 꼬임 전송 채널에서 작동하며, 기계적 강도가 우수하고 굽힘 반경이 작으며 혹독한 기상 조건에 대한 저항력이 뛰어납니다. 또한 광전 변환 장비 없이 직접 사용할 수 있어 '마지막 100' 데이터 전송에 이상적인 선택입니다. 이더넷 연합에 따르면 현재 구리 기반 이더넷의 전송 속도는 10Mb/s에서 10Gb/s 사이이며, 새로운 이더넷 설계가 등장함에 따라 이 수치는 더 높아질 것으로 예상됩니다.
Mainstream Ethernet standards of today
이미 이더넷은 수많은 네트워크를 대체하여 세계에서 가장 일반적으로 사용되는 LAN 기술이 되었습니다. 50년에 걸친 개발을 통해 이더넷 속도는 표준 이더넷(10Mbps)에서 고속 이더넷(100Mbps), 그리고 현재의 기가비트 이더넷(1Gbps)으로 향상되었습니다. 최근에는 다양한 애플리케이션 시나리오와 비용 요소를 수용하기 위해 2.5GE, 5GE, 25GE, 50GE와 같은 새로운 속도 표준도 등장했습니다. 기가비트 이더넷 1000BASE-T는 현재 주류 이더넷 기반 트위스트 페어 기술로, 802.3ab 표준을 기반으로 하며 100M를 초과하는 카테고리 5 트위스트 페어에서 1000Mb/s의 데이터 스트림을 전송할 수 있습니다.
How Ethernet is expected to evolve
이더넷은 모든 종류의 버스 중 가장 빠른 전송 속도를 가진 통신 솔루션으로, 스마트 콕핏과 같은 국지적인 애플리케이션에서 확장되어 궁극적으로는 차량 내 통신의 백본이 될 것으로 예상됩니다. 이러한 발전은 3단계로 진행될 것으로 예상됩니다:
- Promotion and application of DoIP (Diagnostics Over Internet Protocol): 이를 통해 온보드 진단 시스템과 ECU 소프트웨어 갱신은 물론 IP 카메라를 사용하는 운전 보조 시스템도 가능해집니다.
- Integration of subsystems: 멀티미디어, 운전 지원, 진단 인터페이스 등의 애플리케이션을 결합합니다.
- Ethernet as an IVN backbone: 이 단계에서는 TSN이 점진적으로 도입되고 도메인 간 자동차 네트워크가 형성됩니다.
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자동차 이더넷 설계를 위한 엔지니어링 테스트 서비스 및 자동화된 테스트 솔루션 분야의 글로벌 리더로서 GRL은 제조업체와 OEM이 엔지니어가 생각해낼 수 있는 가장 미래지향적인 고성능 자동차를 출시할 수 있도록 돕습니다. 차량용 이더넷 컴플라이언스 테스트 서비스를 확인하거나 테스트, 설계, 디버깅에 대한 모든 요구 사항에 대해 GRL 영업팀에 문의하세요.
