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ADAS 센서 기술 어디까지 왔나? '라이다' ④

이나리 기자l승인2017.10.10 09:35:00l수정2017.10.09 15:01

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[CCTV뉴스=이나리 기자] ADAS 시장은 기술 측면에서 인지-판단-제어 영역으로 세분화된다. 인지 영역은 카메라, 레이더(Radar), 라이다(LiDAR), 위치측정(GPS), 자이로스코프(속도, 방향 변화 측정) 등의 센서를 사용해 장애물, 도로표식, 교통신호 등을 인식하는 기술이다. 판단 영역은 인지 신호들을 효율적으로 분석해(소프트웨어 알고리즘 + ECU/DCU) 차량의 행동 지시를 내리는 기술에 해당한다. 마지막으로 제어 영역은 지시된 행동을 추종하기 위해 조향, 가감속 등을 제어하는(액추에이터) 기술을 포함한다.

따라서 ADAS의 핵심은 센서다. 전체 ADAS 시장 규모에서 센서가 차지하는 비중은 2016년 46%로 가장 높고, 2021년에는 비중이 56%까지 확대될 전망이다. 이 기간 동안 센서의 성장속도는 23%로 ADAS 부품 중 가장 빠르게 성장할 것으로 추정된다. 반면, 시장조사기관 가트너 전망에 따르면 ADAS용 ECU/DCU 시장은 2016년 20억 달러에서 2021년 41억 달러로 연평균 15%씩 성장할 것으로 예상했다. 

▲ 사진 : 보쉬

◇ 라이다 

라이다 센서의 기본적인 원리는 레이더와 같다. 레이더가 수신에 전자파를 사용한다면, 라이다는 고출력의 펄스 레이저를 이용해 거리 정보를 획득한다. 차량용 라이다는 주로 905nm 파장의 레이저 빔을 사용하는데, 퍼지지 않고 나아가는 직진성이 강해 레이더 대비 정밀한 위치 정보를 획득할 수 있다.

이런 특징으로 라이다는 레이다 보다 더 정밀한 위치 정보를 획득할 수 있어 장점이지만 비싼 가격 문제는 보편화에 있어 넘어야 할 산이다. 일례로 미국 기업 벨로다인(Velodyne)의 라이다는 2007년에는 1대에 8000만원이 넘는 고가의 가격이었지만 지속적인 기술 개발로 현재 900만원까지 내려온 상태다. 업계는 2020년이되면 라이다가 30만원 정도의 가격대를 형성할 가능성이 높다고 예상하고 있다.

라이다는 매커니즘에 따라 평면적 정보만 획득하는 2D 스캔 라이다와 공간적 정보를 획득하는 3D 스캔 라이다로 구분된다. 2016년 기준으로 라이다 수요는 290만대 수준이었는데 이는 대부분 2D 스캔 라이다였고, 레이더 수요(2016년 단/중거리 1980만대, 장거리 600만대)와 비교해 수요가 현저히 낮았다. 그 이유는 2D 스캔 라이다는 기능과 가격이 레이다와 거의 유사한 반면 환경 영향을 많이 받아 측정 안정성은 오히려 떨 어지는 단점 때문이다. 

차량용 라이다의 수요는 저가형 3D 스캔 라이다의 양산이 본격화될 것으로 예상되는 2018년부터 매출이 발생될 것으로 전망된다. 스트래티지 애널리틱스에 따르면 차량용 라이다 수요는 2016년 2D 스캔 라이다 위주의 290만개에서, 2021년 3D 스캔 라이다 위주의 1320만개로 확대될 것으로 예상했다. 라이다 모듈 시장 규모는 2016년 3억 달러에서 연평균 61%씩 성장해 2021년 33억 달러 시장을 달성함에 따라 레이더 보다 빠른 성장세를 보일 것으로 예측된다.

라이다 시장은 3D 스캔 라이다의 상용화를 위해 저가격화와 소형화를 위한 기술 개발에 집중하고 있다. 벨로다인의 라이다의 경우 광원수를 64개에서 16개로 줄이고, 고정형 방식을 채용하고, 센서와 프로세서들을 통합칩으로 집적화하면서 저가화를 꾀하고 있지만 1대에 75000 ~80000 달러(약 9600만 원)라는 가격은 여전히 완성차 업체들에게 비용적으로 부담이 된다. 이런 이유로 완성차 업체들은 굳이 360도 범위를 세밀하게 탐지하는 방식인 라이다 보다는 탐지 범위를 제한하더라도 구조가 단순하면서 저렴한 라이다 센서를 선호하는 편이다. 

이런 시장 트렌드에 발맞춰 최근 벨로다인은 수평시야각이 120도로 제한적이지만 작고 저렴한 신제품(제품명 Velarray)을 발표했고 2018년부터 본격 공급한다고 밝혔다. 참고로 벨로다인은 구글의 자율주행자동차에 들어가는 라이다를 공급한 기업이다. 구글은 벨로다인으로부터 64개의 레이저빔이 회전하는 라이다를 대당 7만 3000달러에 공급받았다.

▲ 벨로다인 라이다 시리즈.

미국 기업 쿼너지(Quanergy)의 라이다 제품은 8개의 광원으로 360도 회전 스캐닝이 가능한 Mark VIII 모델을 대량양산 가격 1000달러 이하에 출시해 주목 받았다. 그리고 2017년 초부터 고정형에 수평시야각이 제한적인(120도) 모델 S3의 본격 양산을 시작했다. 여기서 주목할 점은 쿼너지 S3의 대량 양산 목표가격이 250달러 이하라는 것이다.

또 독일 아이베오(Ibeo)가 프랑스 발레오(Valeo)와 손잡고 개발해 양산을 시작한 라이다 제품 ScaLa 역시 고정형에 수평시야각이 제한적인(145도) 모델이다. 더 나아가 이스라엘 스타트업 기업인 이노비즈(Innoviz)는 마그나(Magna)와 손잡고 2019년 출시를 목표로 개발 중인 이노비즈원(InnovizOne) 제품은 고정형에 수평시야각을 100도로 제한시켰다. 이노비즈는 라이다 가격을 개당 100달러까지 낮추는 것을 목표로 하고 있다. 

▲ 이노비즈의 라이다 ‘이노비즈원’

라이다 모듈 시장 역시 ▲칩 메이커 ▲모듈 메이커(라이다 전체 모듈의 구조를 설계하고, 들어오는 신호를 처리/분석해 거리 정보를 획득하는 소프트웨어 알고리즘을 개발/탑재) ▲시스템 메이커로 구분할 수 있다. 칩 메이커 시장에서는 레이저 빔의 광원인 레이저 다이오드는 독일 오슬람 옵토 세미컨덕터(Osram Opto Semiconductors)와 미국 트라이루미나(Trilumina) 등의 반도체 업체들이 선점하고 있다. 

라이다에는 광원 외 에도 MEMS 거울 등의 광학 칩과 리시버 칩 등이 들어가는데, MEMS 거울을 제작하는 대표적 업체는 네덜란드 이노루스(Innoluce)이고 리시버 칩을 제작하는 대표적인 업체는 미국 맥심 인터그레이티드(Maxim Integrated)다. 참고로 이노루스는 2016년 독일 인피니언에 인수됐다. .

대표적인 라이다 모듈 메이커는 미국의 벨로다인과 쿼너시, 독일의 아이베오, 이스라일 이노비즈등이다. 현재는 2D 스캔 라이다를 양산하고 있는 콘티넨탈이 라이다 시장에서 우위를 차지하고 있지만, 3D 스캔 라이다 시장이 본격화되면 누가 선두 기업으로 올라설지 지켜봐야 할 것이다. 

라이다의 신호 처리를 위한 프로세싱 칩의 경우에는 모듈 업체들이 직접 주문해서 제작하는 ASIC(주문형 반도체)가 사용되고 있다. 마지막으로 라이다 모듈을 기반으로 ADAS와 자율주행 기능을 구현하는 시스템 체인을 살펴보면, 라이다 모듈 메이커와 동일하게 2D 스캔 라이다 기반 시스템의 경우 콘티넨탈이 가장 앞서 있다. 하지만 3D 스캔 라이다 기반 시스템은 프랑스 발레오와 미국 델피가 상대적으로 두각을 나타내고 있는 상황이다. 

한편, 최근 오토모티브 시장에 라이다에 대한 관심이 높아지면서 이를 개발하는 기업들에게 투자가 활발히 이뤄지는 추세다. 자율주행 개발에 뛰어든 한국의 네이버는 이노비즈의 이노비즈원에 델파이, 마그나 등 전장기업과 함께 6500만 달러(약 728억원)를 지난 9월 7일 공동 투자했다고 밝혔다. 또 벨로다인은 최근 포드자동차와 중국 바이두로부터 1억 5000만 달러(약 1680억 원)의 투자를 받았고, 쿼너지는 현재까지 델피를 포함해 1억 500만 달러(약 1529억 원)의 투자를 받았다. 트라이루미나는 2016년 덴소로부터 916만 달러를 투자 받기도 했다.

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#오토모티브#반도체#자율주행#ADAS#센서#라이다

이나리 기자  narilee@epnc.co.kr
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