차량용 레이더 시장, 2020년 4200만대 180억 달러 시장 규모 전망
24GHz는 저가형으로, 자율주행차 확대따라 77• 79GHz급도 늘어나

꿈이 현실이 됐다, 라는 말이 가장 잘 어울리는 기술이 있다면 바로 그것은 자율주행 자동차일 것이다. 자동차를 부르면 알아서 달려오고, 또 스스로 목적지까지 주행한다. 자율차는 주행 중 장애물을 인식해 피하고 주인에게 각종 편의와 정보를 제공한다. 완전 자율주행차의 상용화는 좀 시간이 걸리겠지만 소위 말하는 ‘반 자율주행차’ 기술은 갈수록 고도화되고 있다. 이제 자율주행 기능을 갖춘 자동차 광고도 쉽게 볼 수 있을 정도로 우리 생활 깊숙이 다가왔다. 본지는 앞으로 11회에 걸쳐 자율주행차 기획을 연재한다. 자율주행차 산업 트렌드를 시작으로 레이더, 라이다, 카메라센서 등 반도체 부품, 통신, 정밀지도, SW플랫폼, 인공지능, 보안, K-City 서비스 등을 다룬다. 독자 여러분의 많은 성원을 부탁 드린다. <편집자 주>


자율주행을 위한 핵심 센서의 하나인 레이더(Radar) IC 시장이 갈수록 뜨거워지고 있다.

최근, 자율주행차 개발에 대한 이슈가 커지면서 관련 반도체사들이 레이더칩 개발을 가속화하거나 인수합병, 협력 등 저마다 발 빠르게 움직이고 있는 것으로 나타났다. 레이더는 높은 사상자로 인해 장착 의무화 추세이고 장착이 곧 차량 안전도 등급에 영향을 미치기 때문에 시장 규모가 확대되고 있다. 차량용 레이더 시장은 연간 23%의 성장률을 보이며 2020년 4200만대, 180억 달러의 시장 규모를 차지할 것으로 전망된다. 자율주행차의 경우 차량당 최소 6대 이상의 레이더가 들어가 물체 감지, 자유 공간(Free Space) 인식, 자차 위치 파악 등에 사용될 예정이다. 이들 시스템이 합쳐지면 360도 올 어라운드 뷰 기능을 제공할 수 있어 교차로 지원이나 주차 지원 같은 새로운 기능도 가능하다.

할당 주파수 대역은 24GHz(200MHz), 77GHz(1GHz), 79GHz(4GHz) 등이며 이중 24GHz는 저가형 레이더로, 79GHz는 자율주행차 보급에 따라 시장이 늘어날 전망이다. 레이더용 RF반도체는 초고주파 아날로그 회로 설계 기술이 필요하며 특히 장거리용 RF 반도체는 화합물 반도체(SiGe) 기반으로 상용화됐다. 이 때문에 77GHz용 RF IC를 제품화한 업체는 인피니언과 프리스케일을 인수한 NXP반도체(퀄컴에 인수) 정도이다. 후발업체들은 CMOS 기반 레이더용 RF반도체 개발에 열을 올리고 있다.

15대 신차 중 한 대에 쓴다는 ‘인피니언 레이더 칩’

인피니언 테크놀로지스(코리아 대표이사 이승수)는 SiGe 및 CMOS 기반의 77GHz 및 24GHz의 제품과 시스템 전문성을 제공한다. 이를 바탕으로 지난해 생산된 자동차용 77GHz 레이더 시스템의 절반 이상에 자사의 칩이 채택되었다고 밝혔다. 통계적으로 말하면 15대 신차 중 한 대에 인피니언의 77GHz 레이더 칩을 채택한 운전자 지원 시스템이 장착된 셈이다. 인피니언은 지난 몇 년 동안 2천만 개의 레이더 칩을 출하하였으며, 올해에만 운전자 지원 시스템 용으로 3천만 개 칩을 출하할 계획이다.


인피니언 테크놀로지스의 관계자는 “세계 최대 5개 레이더 시스템 업체 중에서 4개 업체가 이미 인피니언의 77GHz 레이더 칩을 사용하고 있다. 이에 인피니언의 레이더 칩 매출은 5년에 걸쳐서 매해 두 배씩 증가하고 있다”며, “인피니언의 센서 칩을 사용하면 자동차 주변으로 일종의 안전 보호막을 형성할 수 있으며, 자율 주행을 위해서는 이렇게 하는 것이 필수적으로 요구된다”고 말했다.

인피니언 테크놀로지스 코리아의 김연주 과장(무선 기술마케팅)은 지난달 21일 e4ds의 웨비나에서 “인피니언의 24GHz 차량용 제품은 2016년 기준 전세계 시장 점유율의 40% 이상 차지한다. 이 밖에 60GHz (7GHz band) 대역 제품은 준비중이며 샘플은 올해 말 출시 예정이다”라고 밝혔다.

NXP, 우표 크기의 레이더 센서 구현

NXP 반도체는 지난 2월 네덜란드 헤이그에서 개최된 2017년 오토모티브 혁신 어워드에서 최고 혁신상을 수상하며 레이더 칩 기술력을 다시한번 확인했다.

초소형 시스템 설계를 위해 RFCMOS 기반으로 제작된 NXP 레이더 칩(TEF810X)은 구글의 자율주행차량에 탑재되어 필드 테스트를 거쳤으며 레이더 전문기업인 헬라(Hella)의 오토모티브 콤팩트레이더(CompactRadar) 솔루션에도 탑재되었다고 말했다.


NXP반도체의 이 소형 레이더 센서는 어댑티브 크루즈 컨트롤, 사각지대 모니터링, 자동긴급제동장치(AEB)와 같은 능동적 사고 회피 기능(Active Safety function)에 사용된다. 레이더 센서가 보행자를 확인하는 것처럼 고해상도의 성능을 달성하기 위해서는 매우 높은 주파수(76-81GHz)의 신호가 필요하다. 이런 기능을 구현하기 위해 3-4개의 다른 칩이 필요하며 크기도 커지는데 NXP는 RFCMOS(40nm)로 이 문제를 해결했다.

이를 통해 레이더 센서를 기존 카드 정도에서 우표 크기(7.5 x 7.5mm)로 50%까지 줄였고 전력 소모도 기존의 레이더 IC에 비하여 40% 수준에 불과하다고 업체 측은 밝혔다. 또한 센서 하드웨어는 매우 간소화되었고, 여러 센서를 다양하게 통합하는 것이 가능하게 되었다.

NXP 반도체 측은 “자율 주행 차량은 주변 환경에 대하여 신뢰할 수 있는 높은 해상도의 360도 시야를 확보할 필요가 있는데, 기존의 레이더 하드웨어는 부피가 커 상당히 어려운 과제였다. 자동차 업계에서는 기존의 초음파 기반 주차 거리 제어 시스템을 ‘보이지 않는’ 레이더 센서로 교체해, 성능 및 기능은 끌어올릴 수 있다”고 밝혔다.

ST마이크로, 새로운 77 GHz 레이더 IC 주요 고객사에 공급
르네사스와 77/79GHz RADAR 기술 협업하는 아나로그디바이스

ST마이크로일렉트로닉스(이하 ST)는 최근 중국 밀리미터 파(MMW) 레이더의 최대 공급업체인 베이징 오토로드 테크놀로지(Autoroad Technology)가 자사의 레이더 칩을 내장한 모듈을 선보였다고 밝혔다.

중국 충칭에서 개최된 국제 자동차 기술 엑스포에 전시된 자동차 레이더 솔루션은 ST의 MMW 제품을 기반으로 하는 2세대 솔루션이다. ST의 최신 77GHz MMW 광대역 레이더 IC는 멀티-채널 아키텍처 기반의 고집적 소형 솔루션으로, 전방 충돌 경고(Forward-Collision Warning), 적응형 크루즈 제어(Adaptive Cruise Control), 자동 긴급 제동(Autonomous Emergency Braking) 및 다른 안전 기능들을 위한 뛰어난 물체 인식 및 분해능을 제공하며 드라이빙 경험과 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다고 업체 측은 밝혔다.

또한 오토로드는 79GHz SAR 이미징에서 획기적인 발전을 달성했다. ST의 79GHz RF 프론트-엔드 IC를 이용해서 구현된 SAR 기술은 설치된 레이더와 대상 간의 상대적인 움직임을 이용해 고해상도로 2D 및 3D 이미지를 나타낼 수 있다. 이는 모든 날씨와 채광 조건에서 차량, 보행자들 그리고 차량 주변의 다른 물체들을 감지, 인식, 위치 및 크기 추정을 가능하게 한다.

이에 앞서 ST는 지난해 초, 최신 장거리(77 GHz) 레이더 칩을 주요 고객사들에 공급한다고 밝혔다. ST는 2016년 3월 기준 3,500만 개가 넘는 24GHz 레이더 트랜시버 IC를 공급해 왔으며 이를 바탕으로 새로운 고집적 77 GHz 트랜시버를 개발했다. 이 디바이스는 하나의 칩에 3개의 77GHz 트랜스미터와 4개의 리시버를 통합했다.

아나로그디바이스(ADI)는 르네사스(Renesas) 일렉트로닉스와 ADAS의 향상 및 자율주행차량의 구현을 위해 시스템 수준의 77/79-GHz RADAR 센서 시험 장치 분야에서 협업한다.

새로운 시험 장치에는 르네사스 오토노미 플랫폼의 RH850/V1R-M 마이크로컨트롤러(MCU)와 ADI의 Drive360 28nm CMOS RF-to-bits 기술 등 양사의 최첨단 기술력이 적용됐다고 밝혔다. ADI 측은 “시스템 수준에서 매끄럽게 작동하는 두 기술이 보다 먼 거리에서 작고 빠르게 움직이는 물체를 조기에 감지 할 수 있게 함으로써 더욱 안전한 운전이 가능해진다. 또한, 레이더 시스템의 통합 작업이 한결 편리해졌다”고 강조했다.

복합적인 ADAS 기술 구현 위해 센서 업체간 협력 늘어날 듯

아나로그디바이스 Drive360 28nm CMOS RADAR 기술 플랫폼은 ADI의 ADAS, MEMS 및 레이더 기술 포트폴리오를 토대로 구축되었다. 우수한 표적 탐지 및 분류 기술을 지원하는 Drive360은 28nm CMOS 기반 자동차용 RADAR 기술로, 더욱 작고 빠르게 움직이는 물체를 보다 조기에 감지 할 수 있게 한다. 고출력을 통해 더 작은 크기의 사물을 인식할 수 있는 범위가 넓어진 반면, 위상 잡음은 최소화 되면서 커다란 사물이 있더라도 작은 크기의 사물을 명료하게 감지해낼 수 있다.

IHS 리서치는 향후 레이더 기반 ADAS가 오는 2021년까지 5천만 개 수준으로 확대될 것으로 전망함에 따라, 관련 기술을 확보하기 위한 반도체사들의 인수합병은 추가될 것으로 보인다. 선도업체는 레이더 칩 기술을 집적화하여 더욱 고도화하고 후발업체는 이를 따라잡기 위해 관련 기술을 사들이는 방식을 택할 것이기 때문이다. 특히 복합적인 ADAS 기술을 구현하려고 레이더 기술은 물론 라이다(LiDAR), 카메라 센서 업체 간의 합종연횡도 불가피할 것으로 업계는 바라보고 있어 시장의 움직임이 주목된다.


■ 인터뷰

최재홍 상무/ 오토모티브 사업부 기술 총괄
인피니언 테크놀로지스 코리아

“레이더 MMIC의 트렌드는 집적화와 저가격, 인피니언이 시장 리드해”

MCU와 MMIC 두 개의 칩으로 간단히 레이더 설계하는 방향
인피니언 SiGe Bi-CMOS는 안정적인 양산 수율 기반해


Q. 인피니언은 24GHz 차량용 제품에서 전세계 40% 시장을 점유하고 있고 77GHz 부문에서도 우수한 기술을 보유하고 있는 것으로 아는데, 기술의 배경을 간단히 소개한다면.

A. 인피니언은 2009년부터 77GHz SiGe 레이더 MMIC 생산을 시작하여 시장을 리드하고 있다. 400GHz까지 사용할 수 있는 기술 개발로 강력한 신뢰성은 물론, 오토모티브 환경에서도 제품의 성능을 유지하도록 설계하고, 팹 공정을 개발했다. 또한 AEC Q100은 물론이고, eWLB (Embedded Wafer Level Ball) 패키지를 제일 먼저 적용하여, 고객들의 양산 공정을 쉽게 만들어줬다.
PLL과 램프 시퀀서(Ramp sequencer) 기능까지 들어있는 인피니온 레이더 컴패니언 칩을 통하여, 정밀한 시그널 제어로 레이더 모듈의 성능이 향상되도록 하였다. 지속적인 산학 협동(JKU, 요하네스 케플러 대학교)으로 기술 연구는 물론이고, 시장이 요구하고 변화하는 기술에 대응되도록 제품 개발을 하고 있다.

Q. 최근 CMOS 기반으로 한 레이더 반도체 개발도 많이 발전했다. 인피니언도 이 부분의 제품도 있는 것으로 아는데, 화합물 반도체 기반 레이더 IC와 CMOS 기반 제품과의 차별성, 우수성을 설명한다면.

A. 인피니언도 CMOS 기반 제품을 개발하고 있지만, 이는 송신 파워나 여러 성능 측면에서 Bi-CMOS보다 우수하지 못하기 때문에, 집적화된 단거리 레이더 애플리케이션을 위한 목적으로 개발하고 있다. 인피니언의 SiGe Bi-CMOS 테크놀로지는 안정적인 양산 수율의 기반과 탁월한 성능으로, 장거리(LRR) 레이더 및 단거리(SRR), 중거리(MRR)도 적용할 수 있도록 하고 있다. CMOS로 구현하는 레이더 칩은 작은 공정을 써야 하므로, 마스크(MASK) 값이 굉장히 비싸지만, Bi-CMOS는 그렇지 않다.

Q. 인피니언의 레이더 IC 로드맵과 향후 발전 방향을 설명해 달라.

A. 향후 레이더 MMIC의 트렌드는 집적화와 저가격이다. 77GHz~81GHz까지는 하나의 MMIC로 MIMO, 패스트 처프 알고리즘(Fast chirp algorithm) 등을 구현한다. P2S(Product to System) 정책으로 MCU와 Radar MMIC 두개의 주요 칩으로 간단히 레이더 모듈을 설계할 수 있도록 하고 있다. 저 해상도의 레이더는 물론, 고 해상도가 필요한 레이더를 위해 두개의 MMIC를 Case cade하여 확장가능한(Scalable)한 설계가 가능하도록 제품을 개발하고 있다.