지난 수십 년 동안 눈에 띄는 성장을 거듭해온 분야로 인포테인먼트를 꼽을 수 있다. 미래 인포테인먼트 시스템의 메가트렌드로 자리 잡은 연결성을 ‘커넥티드 카’라고도 부르며, 소비가전, 인터넷, 차량 및 도로망 통신을 3가지 주요 축으로 구분한다. 이 글에서는 최종 스마트카를 위한 차량내 인포테인먼트 시스템의 발전 동향을 알아본다.

인포테인먼트의 진화

자동차 관련 사업 중 지난 수십 년 동안 눈에 띄는 성장을 거듭해온 분야로 인포테인먼트를 꼽을 수 있다. 최근 인포테인먼트 시스템의 경계는 확대되고 있는 추세다.

이전에는 AM/FM 라디오 수신, 경로 안내, 교통 메시지 등의 정보(INFOrmation)나 압축된 음악과 같은 엔터테인먼트(enterTAINMENT) 콘텐츠, 또는 핸즈프리 전화통화가 가능한 통신 등을 운전자에게 제공하는 것에 중점을 두었지만, 최근에는 모바일 네트워크와 스마트폰에 연결되어 다양한 정보 서비스를 제공하는 복합 디지털 허브로 전환되고 있다.

미래 인포테인먼트 시스템의 메가트렌드로 자리 잡은 연결성(connectivity)은 커넥티드 카(connected car)라고도 불리며, 이는 소비가전, 인터넷, 차량 및 도로망 통신 등 3가지 주요 축으로 이루어져 있다.

사용자의 인포테인먼트 경험을 위해 이와 관련된 많은 기술들이 엄청난 발전을 거듭하고 있다. ▲아날로그 AM/FM 라디오의 디지털 신호 처리, 수정 등 맑은 음질과 디지털 데이터 서비스를 제공하는 DAB+, HDRadio, SiriusXM SDARS 등의 디지털 라디오 표준 ▲도심 밀집 지역과 같이 열악한 수신 환경에서 보다 높은 정밀도를 제공하기 위한 멀티 콘스텔레이션(multi-constellation) 글로벌 위성 항법 시스템(GPS, GLONASS, BEIDOU2,..)을 통한 위치 안내 ▲내비게이션 목적지 탐색을 위한 모바일 네트워크에 대한 광대역 액세스 ▲사용자의 디지털 콘텐츠 스트리밍을 위한 스마트폰 연결 ▲운전자의 자연스럽고 안전한 대화를 위한 향상된 음성인식 기능 ▲보다 대형화된 컬러 스크린을 통한 우수한 정보 디스플레이 제공 ▲운전 저해를 감소시키기 위한 헤드-업 디스플레이 기술 추가 등이 최근 인포테인먼트 시장 발전의 대표적인 사례이다.

시스템 아키텍처와 엔지니어링 도전 과제

OEM(Original Equipment Manufacturer) 업체들은 앞서 설명한 기능들의 역동성과 다양성을 기반으로 인포테인먼트 시스템을 근본적으로 재설계하고 있다. 전통적으로 헤드 유닛(head unit)은 이러한 기능들을 관리하고 제어하는 중앙 허브였지만, 전자부품들의 밀도가 증가하면서 하드웨어 엔지니어들에게 공간 규격, PCB 복잡성, 열 방출, 기계적 연결 등과 관련하여 많은 기술적 과제를 부과하고 있다.

이러한 물리적 제약들은 점점 더 소비가전과의 역학관계에 의해 주도되고 구글, 애플 등과 같은 대형 컨슈머 기업들에게서 강하게 영향을 받으면서 많은 기술들을 완벽하게 제공해야 하는 인포테인먼트 티어1 시스템 공급업체의 엔지니어링 도전 과제와 맞물리고 있다. 

급변하는 모바일 기기 시장과의 연결성을 제공하고 또 전세계적으로 동작하는 시스템을 개발 및 검증하기 위해 기술이 복잡해질 것이다. 이는 하드웨어, 노하우 확보, 테스트, 소프트웨어 개발 등에 많은 투자가 이루어지고 있다는 것을 의미한다. 하지만 이와 같은 투자에 대한 수익이 더 이상 보장되지 않으며, 인포테인먼트 장비 기업에서의 인-하우스 엔지니어링을 당연하게 여기기 어렵게 만든다. 따라서 이러한 상황에서는 에코시스템이 필요할 수밖에 없다. 

이러한 제약 요인들로 인해 자동차 제조업체들은 하이엔드 시스템에서부터 시작하여 다양한 연결 노드에서 기능이 구현되는 분산 시스템 아키텍처를 개발하고 있다. 헤드 유닛과 텔레매틱스 유닛의 분리에 이어 몇몇 특화된 티어 1 또는 티어 2 공급업체들만이 기술을 확보하여 상용화하고 있는 ‘범용’ 수신기에 대한 요구에 대응하면서 튜너 카드, 안테나 박스, 스마트 안테나 등과 같은 다양한 폼팩터를 가진 튜너 박스를 독립시키는 경향이 나타나고 있다.

HMI의 영향

주요 기능들도 분산 아키텍처 트렌드를 견인하고 있기 때문에 사용자 인터페이스(UI)를 사용자의 기대를 충족시키면서도 운전을 방해하는 요소를 없애기 위해서 사용자에게 적정 수준의 세부사항과 관련 정보를 적시에 제공하도록 목표를 잡아야 한다. 

최종 고객, 특히 젊은 고객층은 차량 안에서도 확실한 ‘디지털’ 경험을 바란다. “자동차 안에서도 나의 (디지털) 생활이 지속되기를 바란다[I do not want my (digital) life to stop in my car]"라는 유명한 광고 문구는 HMI(Human Machine Inter-face)와 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)가 소비 가전 업계의 역학관계를 따르게 될 것이라는 것을 보여준다. 이로 인해 미러링 또는 프로젝션 스마트폰 기술을 제공하는 구글, 애플 등과 같은 소비자 브랜드에게 HMI 제어 기능을 양도해야 하는 현실을 쉽게 수용하지 못하는 차량 제조업체들의 압박은 한층 더 심화되고 있다.

인포테인먼트 시스템의 HMI는 자동차 제조업체의 브랜드 차별화 요소가 되고 있으며, 전체 차량 모델에 대해 독창적인 HMI ‘룩 앤 필(look & feel)’을 제공하는 것을 목표로 하고 있다. 이로 인해 OEM 업체들은 HMI 개발 주도권을 가지게 된다.

결과적으로 인포테인먼트 시스템은 티어 1공급업체들에 의해 통제되는 폐쇄된 ‘블랙’ 박스에서 자동차 제조업체에게 개방된 시스템으로 진화하고 있다. 또한 다수의 서드파티 업체들로 구성되어 있으며 고성능 GPU(Graphics Proce-ssing Unit)/SoC(System-On-Chip)를 공급하는 반도체 공급업체들로부터 직접 지원을 받는 전문 OEM 에코-시스템에 의해 구현된 자체 HMI를 관리할 수 있게 되었다. 그래픽 경험에 대한 요구사항이 높아질수록 OEM과 반도체 공급업체 간의 협력 관계도 한층 강화되고 있다.

이러한 맥락에서 인포테인먼트 티어 1 공급업체들의 역할이 시스템 개발자에서 차량 제조업체가 지정한 하드웨어 및 소프트웨어 부품을 다루는 시스템 통합자로 변화하고 있다. 이러한 경향은 특히 하이엔드 시스템에서 두드러지게 나타나고 있다.

도전적인 HMI 트렌드의 미래를 예측하기는 어렵지만 OEM, 티어 1 공급업체, 소프트웨어 공급업체, 반도체 공급업체에 이르기까지 전체 인포테인먼트 업계와 비용 구조에 영향을 미치고 있다고 할 수 있다. 사실상 요구되는 개발 비용이 막대하기 때문에 차량용 반도체 공급업체들은 소수의 기업으로 제한되고 있다. 시장에서 이미 인정하고 있는 한 가지 가능한 결과는 자동차 업계를 위해 사후 인정받는 소비자용 HMI SoC(System-On-Chips)가 모듈 수준에서 통합되어 사용될 것이라는 것이다.

엔트리-레벨 인포테인먼트의 리뉴얼

저렴한 가격대로 소비자 경험을 제공하기 위해 사용자의 모바일 기기와 연결되는 카 라디오, 디스플레이 오디오(DA, Display Audio) 등과 같은 새로운 인포테인먼트 시스템이 등장하고 있다. 미러링크(Mirrorlink), 애플 카플레이(Apple CarPlay), 안드로이드 프로젝티드 모드(Android Projected Mode) 등과 같은 기술들은 스마트폰을 인-대시 인포테인먼트 시스템의 컬러 스크린 상에 사용자 인터페이스(UI, User Interface)를 표시하고 미러링 할 수 있는 차량용 애플리케이션 플랫폼으로 전환시키고 있다. 이 앱들은 스마트폰을 통해 관리 및 실행된다.

이로 인해 SoC 그래픽의 성능에 대한 문제가 감소했다. 그러나 미러링 기술은 차량 내 CPU를 통한 비디오 디코딩 기능을 제공하며 USB, WiFi 등과 같은 고속 인터페이스 등을 통해 압축 데이터 전송을 처리하는 성능을 요하고 있다. 이러한 요구사항들로 인해 새로운, 비용 최적화된 시스템-온-칩 애플리케이션 프로세서가 필요하게 됐다.

대부분 비용이 주요 요인이 되는 엔트리-레벨 인포테인먼트 시장의 차량 내 소비자 요구를 수용하기 위해서는 디스플레이가 없는 라디오를 개발하는 등 한층 더 급진적인 HMI 단순화가 이루어져야 한다. 운전자의 차량 내 카 라디오 인터페이스는 몇 개의 버튼과 스티어링 휠 제어를 통해 감소된다. 그래픽 UI 애플리케이션은 모바일 기기 상에서 실행되며 라디오, 미디어 플레이어, 핸즈-프리 통화 등은 블루투스 또는 USB를 통해 동작한다. 자동차 제조업체들은 인포테인먼트 UI 앱을 제공하고, HMI에 대한 주도권을 지속적으로 유지하게 될 것이다.

보안 연결성

앞서 언급한 애플케이션 외에도 커넥티드 카는 ITS (Intelligent Transportation System) 서비스, 비상 통화 기능, 통행료 지불 시스템, 타코미터, 그리고 보험 박스(Insurance box) 등 전체적인 텔레매틱스 시스템을 지원한다. 이러한 애플리케이션은 많은 전통적인 인포테인먼트 관련 기술과 기능을 공유하며, 그 예로는 GNSS 포지셔닝, 백엔드 서버에 대한 모바일 네트워크 액세스, 블루투스, WiFi 연결, USB 인터페이스, 디지털 데이터 서비스를 위한 라디오 수신기, 차량 네트워크 액세스 등이 있다. 

하지만, 이러한 시스템은 경제 모델 및 규제와 연관되어 있기 때문에 데이터 보안, 개인 사생활 보호, 상호 운용성, 표준 등과 관련해 보다 높은 필요조건이 따른다.

환경, 경제, 인구 등과 관련한 문제들에 직면하고 있는 현재 사회에서는 점점 더 이러한 측면들의 역할이 커지고 있다. 이동성, 강건성, 사용자 지향성, 그리고 보안 서비스에 대한 개선 요구가 주요 도시와 메가시티 전역에서 증가하고 있다.

V2X를 위한 오토톡스와의 협력

이러한 측면에서 ‘커넥티드 카’는 WiFi 802.11p 기술에 기반한 차량-대-차량 및 차량-대-인프라(V2X) 통신을 통해 핵심적인 ITS 솔루션이 될 것이다. V2X는 보안 차량용 ad-hoc 네트워크를 지원하며, 주행 속도와 교통상황에 따른 유동성을 개선시키기 위해 이동 중에 효율적이고 비용-효과적인 브로드캐스트 메시지(broadcast message) 교환을 제공한다. 이는 에코-드라이빙, 대안 경로 계획, 기상 조건에 따른 경로 안내 등과 같은 환경친화적인 애플리케이션과 궁극적으로 비상제동등, 전방 충돌 경고, 교차로 이동 보조장치, 사각지대 및 차선 변경 경고등과 같은 안정성 애플리케이션에 의해서 이루어 질 것이다. 

V2X 통신의 안전성 관련 애플리케이션은 자동차 기능 안전성 국제표준인 ‘ISO 26262 - Functional Safety for Road Vehicles’ 표준에 의해 정의된 위험 등급 체계에 따라 ASIL(Automotive Safety Integrity Level) 표준을 따르는 보안 및 기능 안전성에 대한 요구사항을 제기하면서 인포테인먼트와 텔레매틱스 영역이 한층 더 ADAS(Advanced Driver Assistance Systems)으로 발전해 가고 있음을 보여주고 있다.

ST는 30년 이상 인포테인먼트 분야의 선도업체로서, 최첨단 기술들과 오디오 증폭기, 지상파 및 위성 라디오 튜너, 미디어 프로세서, 위성 기반 위치 확인 수신기, 텔레매틱스 프로세서 등과 같은 독창적이고 다양한 제품 포트폴리오를 통해 자동차 산업에 혁신적인 디바이스들을 제공해 왔으며, 최근에는 제공 솔루션의 성숙도 및 완성도 면에서 V2X 기술 선도기업으로 인정 받고 있는 오토톡스(Autotalks)와의 협력을 통해 V2X 신흥시장에 기여하고 있다.

스마트 시스템 아키텍처가 모든 것이다

ST는 증가하는 기능의 복잡성과 재정 압박을 모두 극복할 수 있는 스마트 시스템 아키텍처를 정의함으로써 인포테인먼트 진화를 위한 기술적 과제들을 해결하고 있다. ST 인포테인먼트 및 텔레매틱스 제품들은 독립형 디바이스 중심의 접근법이 아닌 시스템 지향적인 접근법을 통해 애플리케이션을 지원한다.

인포테인먼트 시장은 ST의 TESEO GNSS 멀티 콘스텔레이션 위성 위치 확인 시스템 또는 소프트웨어 기반 라디오 프로세서의 실현을 가속화시키는 STAR/DOT Tuner 및 DCOP 제품군을 통한 아날로그 및 디지털 라디오 수신을 위한 확장 가능한 멀티-채널 및 멀티-표준 라디오 수신기 등과 같은 범용 수신기를 기대하고 있다. 뿐만 아니라, 자동차 라디오 및 디스플레이 오디오를 위한 ST의 애플리케이션 프로세서 제품군 ACCORDO와 텔레매틱스 및 연결성 애플리케이션을 위한 TELEMACO는 풍부한 소프트웨어 플랫폼과 함께 제공되는 통합 개발 플랫폼에 대한 요구에 대응하기 위해 보안 기능들을 통합하고 확장된 온도 범위와 ASIL 표준을 함께 지원하는 비용 최적화된 멀티-코어 시스템-온-칩을 제공한다.

필립 프라츠 (Philippe Prats) _ ST마이크로일렉트로닉스