자동차에도 반도체가 들어있다?

언제부터 자동차에 반도체가 적용되기 시작했을까요? 1980년대에 ‘전자식 연료 분사장치’를 적용한 자동차가 상용화된 것을 시작으로 이제는 자동차의 필수 부품으로 반도체가 사용되고 있습니다. 자동차 곳곳에 반도체가 쓰이면서 안정성뿐만 아니라 편의성까지 높이게 된 것이죠. 이제는 많은 전자 산업 분야에서도 차량용 반도체 사업 진출로 확장을 계획하고 있을 만큼 자동차 반도체에 대한 미래 성장 가능성이 주목되고 있는데요. 그렇다면 차량용 반도체에는 어떤 것들이 있는지, 그리고 반도체가 자동차 시장을 어떻게 변화시키고 있는지, 한번 알아볼까요?

자동차 부품의 핵심이 된 차량용 반도체

▲ 차량용 HUD 사진 출처: BMW 홈페이지

최근 출시되고 있는 자동차에는 안전, 편의를 위한 전자 장치들이 다양하게 사용되어 한 대당 평균 200~400개 가량의 반도체가 필요하다고 하는데요. 이렇게 자동차에 장착되는 여러 전자기기들을 제어하기 위해 사용되는 반도체를 바로 ‘차량용 반도체’라고 합니다. 차량용 반도체는 자동차의 센서, 엔진, 제어장치 및 구동장치 같은 핵심 부품에 주로 사용되고 있기 때문에 보통 컴퓨터나 스마트폰 등에 쓰이는 가정용 반도체보다 훨씬 높은 수준의 안전성과 내구성을 필요로 하게 됩니다. 자동차의 뜨거운 엔진 열과 속도 등의 조건을 견뎌내야 하고 무엇보다 사람의 안전을 좌우할 수 있기 때문에 차량용 반도체는 고품질의 반도체가 요구될 수 밖에 없는 것이죠.

▲ 차량용 반도체와 가정용 반도체의 차이

차량에 쓰이는 반도체는 어떤 것들이 있을까?

앞서 본 것 처럼 현재 차량용 반도체는 다양한 기술의 접목을 통해 새로운 운전 환경을 만들어 내고 있는데요. 안전이나 편의 장치의 증가로 자동차의 전자화를 이끄는 반도체의 종류에는 어떤 것들이 있는지, 지금부터 한 번 알아볼까요?

하나. 안전을 위한 반도체 초음파 센서 , ABS, TPMS, MEMS

▲ 초음파 센서 반도체 (출처 : 현대오트론 홈페이지)

안전을 위한 반도체로, 첫 번째는 초음파 센서를 이용한 반도체를 들 수 있습니다. 저속주행 혹은 주차 시 차량의 사각지대에 위치한 장애물을 초음파로 감지해 자동으로 경고시스템을 보내주는 ‘초음파 장애물 탐지 센서’는 이제 상당히 대중화 된 자동차 부품인데요. 이와 비슷한 것으로 ‘차량거리제어장치(ACC: Active Cruise Control)’가 있습니다. ACC는 차량 전방부에 장착된 레이더 센서가 앞 차량과의 거리를 인식하고 적절히 유지시켜 주는 기능을 합니다. 차량의 전면에 장애물이 일정수준 이내로 들어오면 운전자에게 경고 신호를 주거나 속도를 자동으로 떨어뜨려 사고를 미연에 방지하는 첨단 기술로 스마트한 운전을 가능하도록 만들어줍니다. 이 모든 기술들은 초음파 센서 반도체의 원리를 기반한 것으로 센서를 통해 물체를 지각하고 거리를 측정하는데 사용되고 있습니다.

▲ ABS(Anti-Lock Brake System)와 반도체 (출처: 네이버 지식백과)

그 다음으로 소개해드릴 안전을 위한 반도체로는 ABS(Anti-Lock Brake System)가 있습니다. ABS는 물리적인 원리에 따라 전자장치가 브레이크를 잠그고 푸는 과정을 반복함으로써 마찰력을 극대화시키는 시스템으로 급박한 상황에서 자동차의 브레이크가 제 역할을 할 수 있도록 도와줍니다. ABS는 전자제어장치인 ‘ECU(electronic control unit)’를 중심으로 유압조정장치인 ‘HCU(hydraulic control unit)’, 바퀴의 속도를 감지하는 ‘휠센서(wheel sensors)’, 브레이크를 밟은 상태를 감지하는 ‘PTS(pedal travel switch)’로 구성되어 있습니다. 이 중에서도 컴퓨터의 역할을 담당하는 ECU에 사용되는 반도체는 매우 중요한 역할을 합니다.

▲ TPMS (출처: Cub)

세 번째로는 ‘타이어 압력 감지 시스템(TPMS : Tire Pressure Monitoring System)’이 있는데요. 타이어 공기압을 실시간으로 점검해 운전자에게 알려줌으로써 사고를 예방하는 기술입니다. 별도의 센서가 타이어의 압력과 온도를 측정해 타이어 속의 공기압을 전달하는 시스템으로, TPMS의 리시버로 들어오는 정보는 모두 무선으로 받게 됩니다. 회전을 하고 있는 타이어에 선을 연결할 수 없기 때문에 TPMS의 센서와 리시버 모두 차량용 반도체를 바탕으로 이루어집니다.

▲ 인공지능형 에어백의 원리 (출처 : 현대모비스)

마지막으로 소개해드릴 안전을 위한 반도체는 에어백에 사용되는 반도체 ‘MEMS’입니다. 사고가 날 때 에어백이 터질 수 있는 이유는 바로 에어백에도 반도체가 사용되기 때문인데요. 에어백 제어 유닛(ACU)에 장착되는 ‘멤스(MEMS)가속도 센서’는 데이터 평가 및 안전 장치를 적절하게 작동하는 역할을 담당합니다. 가속도 센서는 자동차 중앙이나 범퍼, 문에 장착되어 주변 가속도를 측정하는 센서 기능을 하기도 하는데요. 이 센서들이 인식한 충격의 정도를 ‘SDM’이라는 처리장치가 계산을 해서 ‘에어백을 펴도 된다’고 결정을 내리면 에어백이 터지게 됩니다. 이렇게 센서와 반도체 칩들이 모여 하나의 시스템을 작동시키는 것이 바로 차량용 반도체의 전형적인 모습이랍니다.

둘. 편의를 위한 반도체 주차 가이드라인, 첨단 장치 제어

주차에 편의를 제공하는 주차 가이드라인 반도체는 영상 패턴을 인식하고 주어진 신호들을 계산해 냅니다. 후방카메라 영상과 주차가이드라인 사이의 편차를 자동으로 조정하는 기능을 하기 때문에 주차 초보자에게는 중요한 반도체가 될 것 같은데요. 특히 ‘차량전방표시장치(HUD:Head-Up Display)’는 이제 꽤 많은 고급형 자동차에서 볼 수 있는 기능입니다. 이렇게 디스플레이나 각종 정보를 표시하는 시스템에도 반도체가 사용되고 있답니다.

▲SK하이닉스 차량용 반도체 (참조 : SK하이닉스 홈페이지)

마지막으로 자동차의 첨단환경을 제공해줄 차량용 반도체들을 소개해드리겠습니다. 이제는 자동차에서도 데이터를 주고 받을 수 있게 되면서 스마트폰과 연동 및 영화시청, 게임 등 다양한 즐길 거리는 물론 운전 중 온도조절이나 인터넷 검색 등의 정보들을 손쉽게 얻을 수 있게 됐습니다. 이를 두고 ‘카 인포테인먼트(인포메이션 + 엔터테인먼트)'라는 개념이 생기기도 했는데요. 이렇게 자동차가 단순한 이동수단을 넘어 통합적인 정보통신 이동수단으로 확장되기 시작하면서 차량에 장착된 다양한 장치들을 제어할 수 있는 반도체의 역할이 커졌습니다. 자동차에 첨단 기술들이 사용되고 고기능화에 따른 데이터의 용량 증가로 인해 센서 등의 비메모리 반도체뿐만 아니라 DRAM, 낸드플래시 같은 메모리 반도체가 많이 요구되고 있습니다. SK하이닉스에서도 30나노급 4Gb DDR3 컨슈머 DRAM과 eMMC(e-NAND)낸드플래시 등의 차량용 반도체를 개발해 공급하고 있답니다.

미래의 차량용 반도체 산업

▲ 증강현실 디스플레이 (출처: 아이나비 블로그)

자동차 한 대에도 수 많은 반도체가 사용되고 있다는 사실이 참 놀랍지 않나요? 미래에는 자동차에 장착되는 전자제어장치들이 훨씬 발전되기 때문에 앞서 살펴봤던 현재의 차량용 반도체 기술들이 네트워크로 전부 연결될 것이라고 합니다. 이제 곧 모니터 하나만으로 모든 기능을 컨트롤 할 수 있는 날이 멀지 않은 것 같습니다.

대표적인 미래 자동차 기술로는 ‘자율주행 기능’이 있습니다. 여기에는 주변 상황을 감지하고 상호작용 하는 약 20여 개 이상의 특수 센서와 함께 여러 GPS장치들이 필요하다고 하는데요. 이외에도 차량용 반도체를 이용한 미래 기술로 ‘증강현실 디스플레이’가 있습니다. 실제 도로 상황에 가상 이미지를 겹쳐 보여줌으로써 주행 안내, 주변 위험 요소 감지 등 여러 가지 정보들을 보여줄 수 있게 되는데요. 증강현실 디스플레이에는 메모리반도체와 자이로스코프, 가속도 센서 등이 사용된다고 합니다.