[CCTV뉴스=이나리 기자] 미국 텍사스주 댈러스에 본부를 두고 있는 텍사스 인스트루먼트(Texas Instruments, 이하 TI)는 아날로그 IC 종합 솔루션과 임베디드 프로세싱, 오토모티브, 산업용 제품 공급에 주력하고 있는 반도체 기업이다.
한국 법인인 TI 코리아는 2012년 오토모티브 시장을 적극 공략하겠다는 포부를 밝힌 이후 오토모티브 전담팀을 만들었고, 공격적인 마케팅과 혁신적인 제품 출시로 시장에서 입지를 확대해 나가고 있다. 그 결과 TI 전체 매출 중 오토모티브 분야가 차지하는 비중은 2016년도에는 18%까지 증가했다. 이는 2012년 TI코리아 오토모티브 매출 점유율이던 9%와 비교했을 때 4년만에 두 자릿수 성장률을 기록한 것이다. 이처럼 TI가 빠르게 오토모티브 시장에서 좋은 성과를 낼 수 있었던 요인에 대해 강상균 상무는 공격적인 R&D 투자와 다양한 포트폴리오를 확보했기 때문으로 꼽았다.
TI는 2016년 전체 R&D 비용 13억 7000만 달러 중에서 오토모티브에 투자하는 비율이 무려 22%를 차지했다. 또 TI는 오토모티브 사업에서 인포테인먼트, 패시브 세이프티(Passive Safety) ADAS(Advanced Driver Assistance Systems), 바디 일렉트로닉스, 하이브리드/전기차와 파워트레인 등 총 5가지 분야에 집중하고 있다.
이는 어느 한 곳만 집중하는 것이 아니라 다양한 포트폴리오를 보유하고 비즈니스를 전개한다는 것을 뜻한다. 즉, “자동차는 모든 전자부품이 모아진 혁신의 집약체이기 때문에 다양한 종류의 반도체를 공급하는 것이 우리의 전략”이라고 말하고 있다.
ADAS에 집중, 세계 최초 CMOS 기반 싱글칩 레이더 개발
TI는 오토모티브 사업 중에서도 특히 ADAS에 집중하고 있다. 자동차가 자율주행화 되면서 인간의 편의성을 위해 등장한 기술이 ADAS다. 예전에는 사고가 발생한 이후 충격을 완화시키고, 생명을 보호하는 안전벨트, 에어백 등 패시브 세이프티를 중요하게 했다면, 자율주행화 되면서 액티브 세이프티에 더 비중을 두고 있다. 액티브 세이프티는 카메라, 레이더(Radar), 라이다(Lidar), 울트라소닉 센서 등을 통해 보행자와 장애물을 감지해서 사고를 미리 방지할 수 있도록 돕는 기술이다.
ADAS에 필요한 반도체가 탑재된 자동차의 빠른 상용화를 이끌고 자동차 OEM과 티어1을 만족시키기 위해서는 반도체 가격과 소형화가 핵심이다. 이런 시장의 니즈를 지원하기 위해 TI는 지난 5월 업계 최초로 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 기반 밀리미터파(mmWave) 싱글칩 레이더 ‘AWR1x’를 출시해 현재 글로벌 자동차 제조사에 공급하고 있다. TI가 업계에서 CMOS 레이더를 가장 빠르게 출시하고 성능이 우수하다는 평가를 받는 이유는 2009년 CMOS를 집중적으로 개발하면서, 오토모티브 뿐만 아니라 인더스트리얼 분야에 적용해 성능 측면에서 이미 업계의 검증과 신뢰도를 쌓았기 때문이라고 말하고 있다.
레이더를 CMOS 기반으로 구축함으로써의 장점은 아날로그 소자와 디지털 소자를 하나의 PCB 기판에 넣어 단일칩으로 구현하기 때문에 크기를 소형화할 수 있고, 더불어 가격도 절감할 수 있다. 이로써 TI의 CMOS 레이다 AWR1x는 기존 mmWave 솔루션과 비교해 제품의 전력 소비와 보드 공간을 50%까지 줄여준다.
또 이 제품은 광대역 전자파를 76~81GHz 송신하며 4cm 이하의 거리, 50㎛ 미만에 이르는 거리와 300m 거리까지 지능적으로 정밀하게 목표물을 탐지하고 식별해 낼 수 있다. 강상균 상무는 “기존의 레이더는 근접거리에서 사람이 두명이 붙어있을 때 한명인지, 두명인지에 대한 구분이 어려웠고, 또 고개를 숙이고 있는 것인지, 키가 작은 사람인지 등을 식별할 수 없었다. 이번 신제품 CMOS 레이다는 기술로 정밀도 문제를 극복했기 때문에 지능형 셀프 모니터링을 할 수 있다”고 설명했다.
아날로그 반도체 기술 기반으로 자동차 모든 영역 확대 목표
자동차는 이제 전장부품만이 필요한 개별적인 개체가 아니다. 예를 들어 기존의 핸드폰은 단순히 전화기였으나 스마트폰으로 변화하면서 mp3, 카메라, 인터넷 네트워크 기능이 중요해졌듯이 자동차도 자율주행화 되면서 모든 첨단 기능이 탑재되고 있는 것이다. 또 자율주행차, 커넥티드카는 운전자가 사고가 나면 자동으로 신고되거나, 운전자와 비슷한 성향의 주행 AI 알고리즘을 만드는 등 기지국과 네트워크가 요구되기 때문에 5G 기술에 대한 기대가 크다. 이런 이유로 오토모티브 시장은 네트워크, ICT 등 다른 산업군과 협력이 중요하다고 생각한다.
TI는 ‘신뢰성, 효율성, 기술 전문성’을 오토모티브 솔루션의 가장 큰 강점으로 두고 있으며, 이를 위해 매출 성장과 시장 점유율을 높여 오토모티브 반도체 분야의 넘버원으로 올라서는 것이 목표다. 단기적인 계획으로는 아날로그 반도체 기술을 기반으로 모든 영역에서 단계적 저변확대에 나서겠다. 우리의 아날로그 반도체 부분 강점은 오토모티브 시장에서도 경쟁력 확보에 도움될 것으로 본다. 그 이유는 인포테인먼트 파워트레인, 브레이크, 샤시, 스마트 키 등 모든 분야에 아날로그 반도체가 들어가지 않는 곳이 없기 때문이다.
또 중장기 계획으로는 EV, 친환경 자동차, 커넥티비티 등 자동차가 나아가는 방향성에 발맞춰 자율화 시스템(오토노머스 테크놀로지)에 집중한다는 전략을 세우고 있다. 오토모티브 분야 안에서 아직 TI가 성장할 수 있는 영역이 분명 있기 때문에, 신제품 개발에 적극 투자한다면 지금 보다 더 높게 성장할 수 있을 것이라고 말했다.
◇ 오토모티브 주요 제품
76~81GHz CMOS 기반 싱글칩 레이더 센서
자유주행의 핵심부품으로 꼽히는 레이더는 크루즈 컨트롤, 차선이탈경고, 전후방 충동경보, 충돌방지 시스템 등에 주로 사용된다. TI의 76~81GHz 밀리미터파(mmWave) CMOS 레이더 ‘AWR1x’는 디지털 신호 프로세서(DSP), 마이크로컨트롤러(MCU)를 사용한 통합형 단일칩이다. 뿐만 아니라 MCU 또는 DSP만 통합한 단일칩 제품으로도 제공되기 때문에 개발자는 자신의 설계에 적합한 솔루션을 선택할 수 있다.
그동안 개발자들은 자동차에서 SAE(Society of Automotive Engineers) 인터내셔널 레벨 2 또는 상위 기능들을 구현함에 있어서 센서 크기와 전력 문제에 직면해 있었다. AWR1x는 소형 폼팩터와 저전력 소모 기능을 갖추고 있기 때문에 구현 비용을 낮출 수 있고, 기존의 mmWave 센서 대비 전력 소비와 보드 공간을 50%까지 줄여준다.
각각의 칩은 4cm 이하의 거리 분해능, 50㎛ 미만에 이르는 거리 정확도, 그리고 300m 거리까지의 고도로 정밀한 센싱 솔루션을 제공하기 때문에 오탐지(False positive)를 방지할 수 있다. 또 운전 중에 발생할 수 있는 낙뢰, 우천, 먼지, 안개, 결빙과 같은 다양한 환경에서도 정밀한 센싱을 제공한다.
또 안전성 측면을 강화했기 때문에 개발자는 자동차 안전 무결성 수준 ASIL 레벨 B(Automotive Safety Integrity Level-B), 차량 기능 안전 ISO 26262를 준수함으로써 ADAS와 자율 주행 안전성 기능을 향상시킨다. 이로써 자동 주차 지원, 보행자 감지, 동승자·운전자 모니터링 같은 새로운 기능을 자동차에 구축할 수 있다.
이 외에도 소프트웨어 개발 키트(SDK)를 통해 샘플 알고리즘과 소프트웨어 라이브러리를 제공함에 따라 20개 미만의 간단한 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API)로 RF 설계를 30분 이내에 할 수 있다.
다중 위상 양방향 DC/DC 전류 컨트롤러
하이브리드 전기차 중 고전압 48V 배터리와 표준 12V 자동차 배터리를 사용하는 경우에 설계 엔지니어는 통상적으로 디지털 제어 방식을 사용해서 듀얼 배터리 시스템을 관리한다. 여기에는 전류 감지 증폭기, 게이트 드라이버, 보호 회로와 같은 여러 디스크리트 부품들이 포함되는데, 이런 전체적인 디지털 제어 방식은 크기도 크고 비싸다. TI는 이런 문제들을 해결하면서 성능과 시스템 신뢰도를 향상시키기 위해 완전 통합형 다중 위상 양방향 DC/DC 전류 컨트롤러(LM5170-Q1)를 개발했다.
이 제품은 48V와 12V의 자동차 배터리 시스템 간에 위상당 500W 이상의 전력을 효율적으로 전달하고, 혁신적인 평균 전류 모드 제어 기법을 적용해 많은 부품 수를 필요로 하는 완전 디지털 제어 방식의 약점을 극복한다.
LM5170-Q1의 컨트롤러는 1% 정확도의 양방향 전류제어로 정밀한 전력을 전달하고, 최대 99% 정확도로 전류를 모니터링한다. 또 5A 피크 하프 브리지 게이트 드라이버가 내장돼 높은 전력 성능을 제공하고, 동기 정류기 MOSFET의 다이오드 에뮬레이션 모드는 네거티브 전류를 방지하고 경부하 효율을 향상시킨다. 더불어 혹독한 환경에 견딜 수 있도록 자동차 신뢰성 시험 규격인 AEC-Q100 인증을 획득했다.
