영역 기반 아키텍처는 소프트웨어 정의 자동차와 관련해 새롭게 주목 받고 있는 용어이다. 이 기사에서는 이 용어를 알기 쉽게 설명한다.

Rivian이 이달 초 2세대 《R1》 모델을 공개했을 때 보도 자료에는 기술 용어가 가득했다. ‘소프트웨어 스택,’ ‘커맨드 센터,’ ‘연산 시스템,’ ‘영역 기반 아키텍처’ 등 많은 용어가 사용되었다. 내연기관 엔진을 자랑하던 자동차 제조사들은 어쩌다 실리콘 밸리의 생소한 용어를 쏟아놓게 되었을까?

하지만 영역 기반 아키텍처라는 용어는 계속 등장하고 있으며, 전기차(EV)가 나아갈 핵심 방향으로 보인다. VW가 Rivian에 최대 $50억을 투자한다는 사실을 발표할 때 이 용어를 다시 들을 수 있었다. Rivian이 VW에 ‘영역 기반 하드웨어 설계’의 라이선스를 제공하며 양사가 향후 협업을 진행하고 기술 발전을 도모한다는 것이 이번 파트너십의 골자이다.

전기 또는 소프트웨어 엔지니어라면 이 용어에 익숙하겠지만, 엔지니어링에 관한 배경 지식이 없는 대부분의 사람들을 위해 이 용어의 의미를 설명하고자 한다.

◆ 기본 정보

전통적으로 자동차는 중앙 집중형 전기 아키텍처를 이용했다. 차량의 ‘뇌’ 역할을 하는 메인 제어기에 여러 부품을 연결하기 위해 긴 와이어링 하네스를 사용했다. 네덜란드 반도체 설계 기업 NXP는 전선이 매우 길고 시스템은 복잡하므로 차량의 중량이 증가하고 정비 작업도 어려워진다고 말한다.

과거의 아키텍처는 조명, 인포테인먼트, 센서 등 각 기능을 지원하는 모듈을 따로 사용한다. NXP는 이러한 방식이 비효율적이라고 말한다.

이제 하드웨어 중심의 접근법은 대부분 시대에 뒤처지고 있다. Tesla와 많은 신진 중국 EV 제조사들은 어떤 의미에서 하드웨어와 소프트웨어의 역할을 뒤집었다. 자동차 제조사들이 소프트웨어를 설계한 후 하드웨어로 이를 지원할 방법을 고려하면서 일반적으로 ‘소프트웨어 정의 자동차(SDV)’라고 하는 개념이 탄생했다.

SDV의 성능과 여러 기능은 긴밀히 통합되어 있으며 첨단 소프트웨어를 통해 무선 업데이트나 대형 터치스크린을 이용한 기능 제어, 일부 기능의 원격 작동 등의 기술을 구현할 수 있다. Rivian은 SDV가 효율성과 비용 효과성을 확보하려면 영역 기반 아키텍처를 추구해야 한다고 말한다.

◆ 영역 기반 아키텍처

VW 대변인은 “영역 기반 아키텍처를 사용하면 차량의 여러 영역에서 소규모의 ECU를 그룹화하여 필요한 와이어링 하네스와 ECU를 줄일 수 있다”고 <InsideEVs>에 말했다.

Rivian의 영역 기반 아키텍처는 ECU의 수를 기존의 17개에서 매우 강력한 ECU 7개로 줄인다. 그 결과 내부 전선 길이가 약 2.5km 짧아지고 EV의 중량을 약 19kg 절감할 수 있다.

전기차의 와이어링은 인체의 중추신경계와 유사하다. 놀랍도록 복잡한 케이블이 거미줄처럼 차량 전체에 설치된다. 하지만 영역 기반 아키텍처는 여러 층에서 다양한 부서가 전담 업무를 수행하는 오피스 빌딩에 가깝다.

Tesla가 이 기술을 가장 먼저 출시했다. S&P는 Tesla가 경쟁사보다 5년 정도 앞서 있다고 분석했다. 영역 기반 아키텍처 덕분에 《Model3》의 와이어링은 수년 전부터 50% 줄었으며 그 덕분에 생산 기간이 경쟁 모델보다 2배 이상 짧다. 그러나 Tesla의 중국 및 미국 경쟁사들도 결국 이 기술을 따라잡고 있다.

Rivian은 “기능을 중심으로 하드웨어 연산을 구성하는 대신 더욱 강력한 ECU가 전반적인 주변이나 영역의 작동을 제어한다”고 말했다.

이 기술은 실제 환경에서 어떤 모습으로 구현될까? 영역은 일반적으로 파워트레인, 샤시, 차체, 인포테인먼트 시스템 등 기능 요건을 기초로 정의된다. 각 ECU는 영역 내에서 엔진 제어와 서스펜션, 조명, 오디오 등 특정 기능 세트의 제어를 담당한다.

이후 ECU는 고속 네트워크 통신을 통해 정보를 교환하고 동작을 조율하며 여러 조건에 실시간으로 대응한다.

차량의 카메라, 레이다, 라이다가 피할 수 없는 객체를 감지하여 자동 긴급 제동(AEB)의 작동을 개시한다고 가정해보자. 그러면 ADAS 시스템이 조명, 안전벨트 조절, 윈도우 개방, 에어백 준비, 스크린 경고 표시 등의 이벤트의 연쇄 반응을 유도한다. 이는 첨단 ECU들이 서로 통신을 진행한 결과이다.

◆ 중요한 장점

영역 기반 시스템을 사용하면 생산 라인의 자동화가 증가할 수 있다고 미국 자동차공학회(SAE)는 말한다. 전선이 가볍고 복잡하지 않으므로 로봇이 더욱 쉽게 조립할 수 있어 비용 절감에 도움이 된다. 특히 EV에서는 중량이 감소하여 항속거리 개선에 기여한다.

영역 기반 설계를 이용하면 SDV에서 구독 서비스를 제공할 수도 있다. 스키 리조트로 이동하는 중이라면 열선시트 패키지를, 장거리 자동차 여행을 시작했다면 탑승자를 위한 인포테인먼트 패키지를 구매할 수 있다. 아직 빈번한 사례는 아니지만, 미래에 발생 가능한 일이다.

무엇보다 서비스와 유지 관리 면에서 큰 장점을 제공한다. 작년에 어떤 Rivian 차주는 경미한 사고로 《R1T》의 작은 측면 카메라가 파손된 이후 이를 교체하기 위해 1년에 가까운 시간 동안 차량을 서비스 센터에 맡기고 있다고 <InsideEVs>에 말했다. 서비스 센터에서는 전체 와이어링 하네스를 꺼내야 했으며, 그 과정에서 이 트럭이 더욱 손상되었다.

영역 기반 아키텍처를 사용하면 이러한 일이 절대 발생하지 않을 것이다. 제어기가 적용된 각 영역에서 문제를 독립적으로 모니터링 및 진단하기 때문이다. 그 결과 고장을 더욱 빨리 확인하여 진단과 서비스에 필요한 시간이 단축된다. 이에 따라 서비스 직원이 빠른 교체가 요구되는 개별 부품에 더욱 쉽게 접근할 수 있다.

Tesla의 사례에서 확인한 바와 같이 첨단 기술을 대규모로 배치하는 작업과 관련한 학습 곡선(learning curve)이 자동차 제조사들에게 큰 의미를 갖는다. 최근 연구 결과는 EV가 품질 문제를 겪을 것이며, 그 중 다수가 기술과 관련된 것이라고 밝혔다. 영역 아키텍처와 같은 기술은 올바른 방향처럼 보이지만 고객들이 실질적인 장점을 확인하려면 자동차 제조사들이 이 기술을 매우 정확하게 추진해야 한다.