전장반도체 혁신이 견인하는 미래 자동차 시장 ①

최태우 기자 / 기사승인 : 2020-05-26 10:47:14
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▲ [source=keysight]
그간 자동차는 우리가 상상해왔던 이상으로 진화하고 발전했다. 대부분의 분야에서 빠른 속도로 변화가 이뤄지고 있으며, 자동차 산업의 변화와 발전을 뒷받침하는 혁신적인 기술 솔루션이 요구되고 있다.

20년 간 자동차가 많이 변화한 만큼 차량을 구매하는 소비자의 요구사항과 의사결정 기준도 많이 달라졌다. 2000년도 초반 차량 구매자는 차량 성능, 엔진 크기, 차량 브랜드에 깊은 관심을 보였다.

하지만 최근에는 차량 구매자는 인포테인먼트, 커넥티드 기능, 배출 수준, 안전, 품질과 같은 기준에 최우선 순위를 두고 있다.

안전은 여전히 차량을 구매하는 소비자의 최우선 순위지만 이에 대한 기대 수준은 달라졌다. 20년 전만 해도 안전 기능은 에어백, 크럼플 등과 같이 소극적으로만 방어하는 측면이 컸지만, 현재는 사고를 보다 적극적으로 우선 예방하기 위한 기술들이 사용되고 있다.

운전자와 승객 모니터링도 최신 기능이지만, 오늘날의 자동차는 차량의 작동, 내부 및 외부 환경은 물론 운전자와 승객까지 거의 모든 측면을 감시하는 센서로 가득 차 있다고 볼 수 있다.

20년 전에는 단순히 바퀴 회전을 모니터링하는 기본 센서로 제동 및 트랙션을 제어하는 초기 시스템을 구현했지만 오늘날 차량에는 엔트리-레벨 모델에서도 100개 이상의 센서가 탑재돼 있다.

IHS마킷(IHS Markit)에 따르면 오늘날 자동차의 기대수명은 연장됐으며, 이는 현재 차량에 장착되는 기술과 제어 시스템으로부터 기인하는 것으로 나타났다. 이러한 시스템은 원활한 이동과 배기가스 배출량 감소, 효율성과 안전성을 제공할 뿐만 아니라 차량을 조기에 마모시킬 수 있는 과도한 주행을 방지한다.

자동차의 평균 수명도 2000년도 초반의 9.6년에서 현재 약 12년으로 늘어났다. 보스턴컨설팅그룹(Boston Consulting Group)은 최근의 연구자료를 인용, 첨단운전자지원시스템(Advanced Driver Assistance Systems, ADAS)은 4분의 1이상 충돌을 방지하며 자동차 수명을 더욱 늘릴 것으로 예측하기도 했다.

자동차 산업의 빠른 변화 속도
자동차 분야에서 변화가 이처럼 빠른 적은 없었다. 새로운 내연기관차량(ICE)을 구입할 수 있는 날이 얼마 남지 않았지만 안전을 개선하고 효율성을 높이며 오염을 줄이기 위한 혁신이 계속되고 있다.

자동차의 미래는 전적으로 전력 부분에 달려있다. 마일드 하이브리드 전기자동차(MHEV), 플러그인 전기자동차(PHEV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 배터리 전기자동차(BEV)의 판매는 점점 증가하고 있는 추세다. 그럼에도 불구하고 많은 사람들이 전력 관련 개발이 더 빨리 진행되기를 원한다.

자동차의 거의 모든 측면이 변화하고 있다. 가솔린 연료 구동렬은 전기화 되면서 전체 차량 아키텍처의 변화를 주도하고 있어, 전기 모터가 전자제어파워스티어링(EPS), 냉각 팬 분야에서 기계식 구동 펌프를 대체해야 한다.

실제로 많은 기계, 전기 기계, 유압 시스템이 완전히 전기·전장시스템으로 교체되고 있다. 이러한 새로운 솔루션은 일반적으로 이전의 솔루션보다 작고 가볍고 효율적이며 신뢰성이 높으므로 화석 연료 차량의 배출을 줄이기 위해 ICE 차량에서도 구현되고 있다.

자동차 제조업체들은 효율성 향상과 더불어 차량 안전에 대한 확고한 시각을 갖고 있다. 연구결과에 따르면 전체 사고의 90% 이상이 운전자에게 귀속될 수 있다. 따라서 자동차 제조업체들은 차량이 완전히 자율화될 때까지 운전자를 보조하고, 궁극적으로 한 번에 한 가지 기능씩 운전을 인계하는 시스템에 집중하고 있다.

차량에서 반도체의 중요성
차량의 혁신 기술 5개 중 약 4개는 전장제품과 관련되어 있으므로 반도체 소자에 의존하게 된다. 맥킨지앤드컴퍼니(McKinsey and Company)에 따르면 자동차 회사들은 매년 반도체 소자에 약 240억 달러를 지출하고 있다.

자동차 부문은 연평균 8% 안팎의 성장세를 보이고 있지만 각각 첨단운전자지원시스템/자율주행(ADAS/AD) 18%, LED 조명 24%, 전기자동차 42%으로 훨씬 빠르게 성장하고 있다.

▲ 차량에 탑재되는 반도체 규모 [source-ihs markit]
SAE 레벨2 전기자동차는 주로 이미지 센서, 레이더 센서, 디스크리트 스위칭 구성요소, 전원 모듈, 조명에 약 580달러를 포함해 이전보다 더 많은 전장 콘텐츠를 포함하고 있다. 

 

다만 센서 융합, 와이드밴드갭(WBG) 디바이스, 레이저 조명과 함께 라이다(LiDAR)가 추가되면서 기술 레벨4 전기자동차에서는 3배 증가한 1760달러로 예상된다.

평균 차량내에서는 반도체 콘텐츠의 3분의 2가 아날로그 부품, 전력소자, 센서에서 발생된다. 이러한 각 제품 부문 내에서 성장은 ADAS 시스템의 롤-아웃, 추가 차량 전장화 및 정교한 조명 시스템의 증가에 의해 주도되고 있다.

고성능 WBG 디바이스 상용화 가능성 증가, 전기자동차 드라이브 트레인의 급속한 진화 등 반도체 기술이 빠른 속도로 발전하면서, 차량 한 세대에서 다음 세대로의 실질적인 설계 변화가 종종 일어나고 있다.

자동차 회사가 배기가스를 줄이고, 전기자동차 범위를 늘리며, 자율성을 향상시키고, 핵심 전장시스템의 크기와 무게를 줄일 수 있어 최신 차량을 구매하는 대중들에게 훨씬 더 많은 이점을 가져다줄 수 있기 때문에 반도체의 지속적인 혁신은 매우 중요하며, 또 많은 이들이 여기에 주목하고 있는 이유다.
 

 

 

글 : 조셉 노타로(Joseph Notaro) / 오토모티브 전략 부사장 / 온세미컨덕터

 

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