안전하고 신뢰성 높은 실시간 플래시 메모리, 다운타임 없는 OTA 업데이트 지원

소프트웨어 정의 차량(Software Defined Vehicle, SDV)은 안전 필수(Safety-critical) 애플리케이션을 위해 실시간 코드 실행을 요구한다.

이로 인해 새로운 도전과제가 발생하고 있으며, 자동차 E/E(전기/전자) 아키텍처는 이러한 요구사항을 충족하기 위해 변화를 겪고 있다. 도메인(domain) 및 영역(zone) 컨트롤러는 많은 안전 필수 기능을 통합하고 많은 양의 데이터를 실시간으로 처리해야 한다. 임베디드 플래시가 없는 실시간 프로세서는 외장 플래시와 동등한 성능이 필요하다. 그러나 표준 xSPI(eXpanded SPI) NOR 플래시는 실시간 XiP(eXecute-in-Place) 성능 요구사항을 충족하지 못한다. 



현재 첨단 프로세스 노드에서, 자동차 인증 임베디드 비휘발성 메모리(Embedded Non-volatile Memory, eNVM) 기술은 높은 비용(넓은 다이 면적)과 확장성 부족으로 어려움을 겪고 있다. 또한, 증가하는 코드 크기와 복잡성을 지원하기 위해서는 더 많은 메모리가 필요하다.

인피니언 테크놀로지스는 이러한 도전과제를 해결하여 차세대 자동차 E/E 아키텍처 구현을 지원하는 LPDDR 플래시 메모리를 공개했다. 

이번에 공개된 인피니언 SEMPER X1 LPDDR 플래시 솔루션은 자동차 도메인 및 영역 제어에 필수인 안전하고 신뢰할 수 있는 실시간 코드 실행을 제공한다. 
 
8일, 기자간담회에 참석한 라이너스 웡(Linus Wong) 인피니언 테크놀로지스 플래시 솔루션 제품관리 이사에 따르면, SEMPER X1 LPDDR 플래시 메모리는 기존 NOR 플래시 메모리 대비 8배 향상된 성능을 제공하고 실시간 애플리케이션에서 20배 빠른 무작위 읽기 동작(Random read transactions)을 지원한다. 

일반적인 NOR 플래시 메모리는 흔히 비휘발성 스토리지로 불리며, 이러한 유형의 플래시 메모리를 사용하는 스토리지 장치는 배터리나 다른 전원 전압 공급 장치를 사용하지 않고도 데이터를 유지한다. 이러한 기능으로 인해 소프트웨어 정의 차량에 향상된 안전성과 아키텍처 유연성을 갖춘 첨단 기능을 구현할 수 있다. 

차세대 E/E 아키텍처 지원

자동차는 오랜 시간에 걸쳐 바퀴 달린 컴퓨터로 진화해 왔다. 소프트웨어 정의 차량은 첨단 제조 공정 기술로 제조된 최첨단 멀티코어 프로세서에 대한 의존도가 높아지고 있다.

자율주행 차량에서 요구하는 안전성과 신뢰성을 충족하기 위해서는 지능(Intelligence)과 실시간 연결성(Real-time connectivity)이 필요하기 때문에, 고집적 임베디드 비휘발성 메모리(eNVM)는 더는 경제적인 대안이 될 수 없다. 코드 스토리지를 위해 외장 NOR 플래시 메모리를 고려해야 한다. 그러나 이처럼 복잡한 구조의 차량용 실시간 프로세서는 현재 시중에 나와 있는 메모리 솔루션보다 더 뛰어난 성능을 요구한다. 

SEMPER X1은 도메인 및 영역 컨트롤러의 성능과 집적도 수요를 충족시키기 위해 초당 3.2 GB 속도로 실행되는 LPDDR4 인터페이스와 멀티뱅크(multi-bank) 아키텍처를 갖추었다. 
 
인피니언은 플래시 메모리를 LPDDR (Low Power Double Date Rate) 인터페이스와 결합하여 xSPI NOR 플래시보다 뛰어난 성능과 확장성을 제공하여 자동차 영역(zone) 설계의 새로운 요구사항을 충족한다. 

차량 관점에서, 소프트웨어 정의 차량 아키텍처로의 전환은 차세대 자동차 설계에 메모리 문제를 초래했다. 기존의 xSPI NOR 플래시 메모리는 당장 비용 문제를 수반한다. SEMPER X1은 D램 산업의 LPDDR 인터페이스 방식을 활용하여 자동차 업계의 새로운 컴퓨팅 요구사항을 해결한다. 

소프트웨어 정의 차량의 비휘발성 메모리 요구사항

자동차는 점점 더 많은 플래시 메모리와 더 빠른 성능을 요구한다. 자동차는 타협 없는 실시간 처리를 통해 영역(zonal) 설계로 이동해 왔다. 이러한 더 높은 성능 요구는 현재 일반 NOR 플래시 스토리지로는 충족할 수 없다. 

차세대 자동차에 탑재되는 도메인 및 영역 컨트롤러는 안전 기능을 통합하고 방대한 데이터를 실시간으로 처리해야 한다. 
이러한 영역 컨트롤러는 실시간 컴퓨팅 요구가 매우 높다. 이러한 컨트롤러들은 메인 ECU(전자제어장치)에 정보를 전송하는 동시에 조향, 엔진, 기타 중요한 안전 기능도 관리해야 한다. 자동차 영역 컨트롤러는 이러한 실시간 처리 요구사항을 충족하기 위해 더 높은 수준의 성능을 제공해야 한다. 임베디드 메모리가 내장된 컨트롤러로는 이처럼 높은 수준의 복잡한 처리를 수행하는 데 한계가 있다. 

외장 플래시 메모리에 대한 빠른 액세스

차세대 자동차 설계의 프로세싱 요구사항은 CPU 코어와 온보드 플래시가 적은 실시간 프로세서로의 전환을 견인했다. 큰 틀에서 보면, 반도체 기술의 발전으로 인해 CPU와 메모리 간의 불일치가 발생했다고 할 수 있다. 스마트카와 전기차 시장의 비용 압박을 고려할 때, 이러한 프로세서 솔루션에 사용되는 오늘날의 첨단 반도체 프로세스 노드를 활용하여 온보드 플래시를 추가하는 것은 경제적이지 않다. 

현실적으로 차세대 자동차 설계 요구사항을 충족하기 위해서는 외장 플래시 메모리 기반의 실시간 멀티코어 프로세서가 필요하다는 것이다. 



인피니언 LPDDR 플래시 메모리는 실시간 XiP 메모리를 제공하고, 이 메모리가 프로세서와 독립적으로 확장 가능토록 해 차세대 자동차의 요구사항을 원활하게 해결해준다. 

인피니언에 따르면, 일반적인 Octal(x8) xSPI NOR 플래시 칩과 비교했을 때 LPDDR 플래시를 사용하면 성능이 20배 이상 향상된다. 이러한 성능 향상은 CPU 내부의 실시간 연산에서 외장 메모리의 실시간 연산으로 전환하는 데 필요하다. 

SEMPER X1 플래시 메모리는 LPDDR 인터페이스를 통해 최대 초당 3.2GB의 처리 속도를 제공한다. 멀티뱅크 아키텍처는 자율주행 시나리오에서 중요한 다운타임 없는 OTA(Over-The-Air) 펌웨어 업데이트를 가능하게 한다. 또한, ISO 26262 ASIL-B를 준수하며 향상된 오류 정정(Error correction) 및 다양한 안전 기능을 포함하고 있다. 현재 기능안전 최고 수준인 ASIL-D까지 지원 능력을 확보하고 있다. 

xSPI를 LPDDR 플래시로 대체하는 데에는 다른 요인도 작용한다. 레거시 인터페이스인 xSPI는 속도가 느리고 미래의 요구사항에 따라 적절하게 확장할 수 없다는 한계가 있다. 또한, 현재 시중에 나와 있는 xSPI 장치는 200MHz 이상 확장할 수 없는 저전압상보성금속산화물반도체(Low Voltage Complementary Metal Oxide Semiconductor, LVCMOS) 방식을 사용하기 때문에 더 높은 대역폭의 솔루션이 필요하게 되었다.

이러한 맥락에서 기존의 Octal xSPI 플래시 장치는 기가헤르츠(GHz) 멀티코어 프로세서를 수용할 수 없기 때문에 코드 실행에 적합하지 않다고 할 수 있다.

웡 이사는 “SEMPER X1 LPDDR 플래시의 공개로 영역 컨트롤러를 위한 안전하고 신뢰성 높은 실시간 플래시 메모리 제품의 밝은 미래가 열린 것”이라며 “인피니언은 차량용 NOR 플래시 메모리 업계 리더로서 협력사와 협업하여 메모리 표준화를 이끌고, 시장 확대에 큰 기대를 걸고 있다.”라고 말했다. 

인피니언에 따르면, SEMPER X1은 현재 샘플링 중이며, 2024년에 대만 UMC 40나노(nm) 공정을 통해 양산 예정이다.