자동차 문외한 기업들 '자율주행차' 도전장

[일본생생통]일경오토모티브, 가격파괴·자동차 재정의 혁신주도 산업계 주목 보도

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김지영 기자 - 2019.07.11

대덕넷이 매주 목요일 일본 과학기술 및 산업계 최신 동향을 소개하는 '생생일본통'을 연재합니다. 해동일본기술정보센터의 지원을 받아 일본의 기술서적과 정기간행물, 일본 정부 산업계 백서 등 다양한 정보를 번역해 제공합니다. 더 많은 최신 일본 기술정보는 해동일본기술정보센터 홈페이지를 통해 확인 할 수 있습니다.<편집자 주>

소니와 파나소닉 등 자동차 문외한에 가까운 기업들이 자율주행차에 도전한다. 소니는 LTE를 이용해 도쿄에 있는 사람이 오키나와에서 차를 원격으로 운전하는 실험에 성공했고, NTT도코모는 제5세대 이동통신 5G를 통해 일본과 괌 사이에서 원격운전하는 실험을 시작한다. 스마트폰과 5G를 활용해 원격으로 자동차를 움직이는 등 새로운 도전이 시도되고 있다.

스마트폰의 많은 기능을 클라우드로 옮겨 단말 부하를 가볍게하는 방식을 자동차에도 적용한다. 가격을 낮추기 위해서다. 자동차를 재정의하고 있는 기업의 움직임을 일경오토모티브가 6월호에 특집기사를 통해 담아냈다. 기사 요약을 하단에 정리한다.

일경 오토모티브가 6월호 특집기사로 문외한 기업들의 자율주행차 도전기를 실었다.<사진=해동센터 제공>일경 오토모티브가 6월호 특집기사로 문외한 기업들의 자율주행차 도전기를 실었다.<사진=해동센터 제공>

 
자율주행의 가격 파괴
원격형으로 자동차를 재정의

 
자율주행 차의 주류는 자율형이다. 자동차 차체로 모든 기본 기능을 완결한다. 그러나 비용은 수천만 엔으로 매우 비싸다. 스마트폰은 많은 기능을 클라우드로 옮겨 단말 부하를 가볍게 하여 적당한 가격으로 많은 서비스를 실현하였다. 자동차도 마찬가지다. 차세대이동통신 '5G'와 엣지 컴퓨팅의 도입으로 자동차의 '두뇌'는 원격 측으로 옮겨 간다. 자동차 산업의 주역은 다시 바뀐다. 소니나 파나소닉과 같은 신규 참여자가 움직이기 시작하였다.
 
◆ Part 1. 구글의 아성을 무너뜨리다
원격 자율주행으로 주역 교대

 
5G를 활용하여 '두뇌'를 엣지 컴퓨터로 이행하는 원격 자율주행 차. 2021년 이후의 저지연판 5G의 도입을 계기로 경쟁이 시작된다. 원격형의 실현은 자율형에서 선두를 달리는 실리콘밸리를 무너뜨리는 계기가 된다. 한편 기존 자동차업체는 소극적이다. 신흥 세력이 새로운 주역을 노릴 좋은 기회다.
 
'스마트폰에 차 바퀴를 단다'. 자동차 문외한에 가까운 소니가 자율주행 차 개발에 도전한다. 'iPhone'의 등장으로 실현한 생활의 혁신이 다시 시작될 것으로 보기 때문이다. 소니에게 자율주행 차는 디스플레이와 스피커를 갖춘 '달리는 자동차'로 보인다. 자동차는 영상 콘텐츠를 전송하는 하나의 기기가 된다.
 
사업 모델은 스마트폰과 같다. 무료와 유료를 조합한 '프리미엄'을 구상하고 있다. '이동'은 무료로, 유료는 차내에서 즐기는 '체험'이다.
 
'이동 프리'의 포석이 될 수 있는 것은 '스마트폰 카' 실험에서 시험하는 원격 운전이다. 자율주행의 '두뇌'가 단말 측에서 원격 측으로 옮겨가는 계기가 된다. 단말 측의 차량 장비를 생략하여 가격 파괴를 불러일으킬 가능성이 있다. 원격 측인 '클라우드'에서 대부분의 기능을 실현하는 스마트폰과 비슷하다.
 
소니는 2018년에 제4세대 이동통신 'LTE'를 사용하여 도쿄에 있는 사람이 오키나와의 차량을 원격으로 운전하는 실험에 성공하였다. 2019년에는 NTT도코모와 제5세대 이동통신 '5G'를 사용하여 일본과 괌 사이에서 원격 운전하는 실험을 시작한다. 소니 AI로보틱스그룹의 에리구치(江里口) 부장은 "원격에 있는 사람이 아니라 AI(인공지능)가 운전할 지도 모른다"라고 말한다.
 
'궁극은 수도(水道)철학'. 파나소닉에서 자율주행 차 개발을 이끌고 있는 우스이(臼井) 씨가 전망하는 미래는 소니와 닮았다. 현시점에서 3000만엔 전후로 예상되는 자율주행 차. 그 가격을 1/100인 30만엔으로 하는 '라이프 카'의 실현을 목표한다.
 
'라이프 카'라는 것은 의류 브랜드 유니클로를 운영하는 First Retailing의 야나이(柳井) 사장이 파나소닉 100주년 기념 강연에서 제안한 구상이다. '수돗물처럼 저가에 양질의 물건을 대량으로 공급한다'는 파나소닉의 창업자 마쓰시타 고노스케의 '수도철학'에 빗대어 30만엔의 자율주행 차 실현을 격려하였다. 파나소닉이 2018년에 제안한 자율주행 차 'SPACe_C'는 '라이프 카'로 가는 이정표가 된다.
 
개발자인 우스이 씨의 생각은 고가의 센서 기능을 원격 측으로 옮기는 것이다. 예를 들면 현재 수십만~수백만 엔의 3차원 적외선 레이저 스캐너(LIDAR)를 생략한다. 원격 측의 계산기에 LIDAR의 데이터를 수집, 이를 주행하는 자동차들이 공유함으로써 "1대의 차량에 LIDAR가 있으면 다른 차량에는 없어도 된다"(우스이 씨).
 
- 10년 전의 반응과 똑같은 자동차업체 

자율형에서 원격형으로의 진화를 지원하는 것은 5G와 엣지 컴퓨팅(엣지 해석)이다. 엣지 해석은 차량 근처에 분산 배치한 계산기로 대량의 데이터를 처리하는 것이다. 이동통신의 지연 시간 단축을 통해 자율주행 차의 '두뇌' 대부분을 원격으로 옮길 수 있게 된다.
 
2021년 이후에 도입이 시작되는 저지연판 5G를 사용하면 무선구간(차량과 기지국 사이)의 지연을 왕복 2ms 이하로 짧게 할 수 있다. 엣지 해석을 조합하면 계산 시간을 포함한 전체 지연 시간을 100ms 정도로 가능하다. 100km/h로 달리는 자율주행 차의 '두뇌'와 서비스의 대부분을 원격 측에 옮길 수 있는 가능성이 있다. 차량 측에 남는 것은 자동 브레이크와 같은 최소한의 안전 기능 정도다.
 
부가가치는 원격 측으로 옮겨가고 차량은 범용품에 가까워진다. 차량 개발로 경쟁하는 것이 아니라 이동서비스나 차내에서의 '체험' 등으로 승부하는 '게임 체인지'가 일어난다. 주역은 차량업체가 아니라 원격 측에서 차량을 제어하여 서비스를 제공하는 사업자다.
 
원격형의 실현은 실리콘밸리가 주역인 자율주행 개발을 무너뜨리는 계기가 된다. 미국 웨이모(구글의 자율주행 자회사)가 선두를 달리는 단말 중시의 '자율형'의 강점을 활용하기 어려워지기 때문이다.
 
'두뇌'를 이전하는 곳이 클라우드가 아니라 엣지 해석이라는 점도 크다. 클라우드를 좌우하는 미국의 거대 IT기업과의 정면 승부를 피할 수 있다. 엣지의 패권 경쟁은 지금부터다.
 
- 구글도 원격형에 대비하기 시작 
 
◆ Part 2. 원격형의 실력
'LIDAR less'로 고정밀 위치 추정

 
원격형의 최대 이점은 차량에서는 어려운 강력한 계산 능력을 활용할 수 있다는 점이다. NTT가 전개하는 'LIDAR 리스'의 위치 추정 기술이 좋은 사례다. 구글의 강점인 LIDAR를 구사하는 기술 우위성을 없앨 가능성이 있다. 인프라에 센서를 설치하는 완전 원격형은 주차장에의 도입을 계기로 확산될 것이다.
 
내비게이션에 탑재하는 저가의 GNSS(Global Navigation Satellite System) 수신기와 저가의 안테나로 오차 10cm의 고정밀로 자차의 위치를 추정한다.
 
자율주행 기술의 근간인 자차 위치 추정에서 상식을 엎는 기술을 개발한 것이 NTT다. 예전부터 필수로 여겼던 고가의 LIDAR를 사용하지 않고도 동등한 측위 정밀도를 실현한다. 수백만 엔 단위로 자율주행 차의 비용을 줄일 수 있을지도 모른다. 개발에 관여한 NTT네트워크기반기술연구소 연구원 요시다(吉田) 씨는 "센서만으로 1,000만엔 이상 하는 자율주행 차를 더욱 싸게 할 수 있다"라고 말한다.
 
실현의 열쇠를 쥐는 것이 원격 측에 설치한 고성능 계산기다. 차량에 탑재하는 저가의 GNSS 수신기의 큰 오차를 원격 측의 계산기로 보정하여 추정 정밀도를 높인다. '두뇌'를 차량 측에서 원격 측으로 옮겨 차량의 범용품화와 저비용화를 추진하는 원격 자율주행. 그 중핵 기술이 될 수 있다.
 
NTT는 2018년에 빌딩에 둘러싸여 측위 오차가 커지는 도쿄 수도고속도로의 다케바시 분기점 부근에서 차량을 주행시켜 실험하였다. 원격 측의 계산기로 보정한 결과를 이동통신 경유로 차량에 전송하여 측위 오차를 10cm 정도로 할 수 있었다. 측위 횟수는 1초 동안에 수십 회로 충분히 많다.
 
- 구글의 우위성을 없애다 
GNSS 신호를 보정하는 알고리즘은 GNSS 위성이 발산하는 전파 중, 전반지연이 거의 없는 직접파를 수신할 수 있는 '가시 위성'을 선택하여 활용하는 것. 반사파나 회절파를 수신하는 '불가시 위성'은 전반지연이 쉽게 커지기 때문에 가능한 사용하지 않는다.
 
측위 계산에는 적어도 4기의 위성이 필요하다. 빌딩에 싸여 있어 가시 위성만으로 4기를 선택할 수 있는 상황이 아니라면, 전반지연이 가능한 작은 불가시 위성을 선택한다.
 
위성 선택은 빌딩의 모양이나 높이를 정확하게 반영한 고정밀 3차원 지도 데이터와, 공개된 GNSS 위성의 궤도 데이터를 바탕으로 직접파나 회절파, 반사파의 모든 회로를 실시간으로 해석하여 실현한다. 연산량이 방대해지기 때문에 GPU를 많이 탑재한 계산기가 필요하다.
 
한편 차량 측의 부담은 작다. GNSS수신기로 얻은 측위 신호를 이동통신 경유로 원격 측의 계산기에 보내는 정도다. 데이터 전송 속도는 수 킬로비트/초에 그친다.
 
NTT의 수도고속도로나 마루노우치 부근의 실험에서는 차량에 스위스 u-blox의 GNSS 수신기 'M8T'와, 캐나다 Tallysman의 안테나 'TW2710'을 탑재하였다. 비교적 저가 제품들로, 2 제품의 합산 가격은 수천 엔 정도다. 보정 알고리즘에는 마루노우치 부근의 고정밀 3차원 지도 데이터를 사용하였다.
 
NTT가 연구를 시작한 계기는 2017년에 구글이 스마트폰용 OS '안드로이드'에서, GNSS 수신기의 관측 데이터를 API(Application Programming Interface)로 제공하기 시작한 것이다.
 
GNSS 신호에 의한 측위 계산 과정에서 얻어지는 'Raw data(미가공 데이터)'를 누구나 다룰 수 있게 되고, NTT가 독자적으로 개발한 보정 알고리즘을 적용할 수 있게 되었다. API의 공개 이전에는 "측위 계산의 과정은 알 수 없고 최종적인 결과만 알 수 있었다."(요시다 씨).
 
NTT는 위치 측위에 강한 Lighthouse Technology and Consulting과 공동으로 이번 기술을 연구하고 있다.
 
NTT의 'LIDAR 리스' 측위 기술은 구글의 자율주행 자회사 웨이모가 달성하고 있는 자동차 업계의 '게임체인지'를 뒤엎을 가능성을 안고 있다. 웨이모의 강점인 LIDAR를 구사한 위치 추정 기술의 우위성이 와해될지도 모른다.
 
- 완전 원격형은 주차장을 계기로 확산될 것인가? 
 
◆ Part 3. 지연 시간의 단축 수단
5G와 엣지 해석으로 100ms 달성
 

원격 자율주행을 실현하는데 있어서 중요한 것은 통신과 계산에 따르는 지연 시간을 단축하는 것이다. 실용적인 차량 속도를 달성하는 지연 시간은 전체적으로 100ms라고 한다. 저지연판 5G와 엣지 컴퓨팅(엣지 해석)의 조합이 필수다. 고민거리인 '엣지' 설치 장소는 47개 도도부현(광역자치단체) 단위를 커버하는 관청(우체국, 전화국, 방송국 등)이 최적지가 된다.
 
"2025년에 월간 10E(엑사, 1,000경) 바이트에 달한다". 도요타자동차가 주도하는 'Automotive Edge Computing Consortium(AECC)'에서 시산하는 세계의 자동차가 원격 측에 전송하는 데이터 양은 막대하다. "모든 데이터를 클라우드에 전송한다면 네트워크가 파괴될지도 모른다."(도요타커넥티드컴퍼니 무라타(村田) 씨)
 
자동차업체에게 '자동차의 데이터 폭발'의 해결책이 엣지 컴퓨팅이다. 무라타 씨는 "인터넷으로 클라우드의 계산기에 데이터를 전송하기 전에 엣지 측에서 해석하여 데이터 양을 줄일 필요가 있다"라고 지적한다. 엣지 해석 없이, 통신기를 탑재한 자동차의 보급은 있을 수 없다고 본다.
 
현재 AECC에서는 자동차의 데이터를 엣지 해석하기 위한 요구나 기술 사양에 대해 자동차업체, 통신사업자, IT벤더, 반도체업체 등이 대화하고 있다. 2018년 12월부터 검토 내용을 이동통신의 국제표준화 단체 '3GPP'에 제안하기 시작하였다. 2021년 이후의 발행이 전망되는 '릴리스17'에의 반영을 목표한다.
 
자동차업체가 데이터 양을 줄일 목적으로 도입을 지원하는 엣지 해석. 원격 자율주행을 실현하는 수준까지 통신 시간을 저지연화하기 위해 반드시 필요한 기술이다.
 
3GPP가 2020년 무렵에 발행 예정인 '릴리스16'에서 정식 사양을 결정하는 5G의 저지연판 'URLLC(Ultra Reliable & Low Latency Communication)'. 이 저지연판 5G와 엣지 해석의 조합을 통해 비로소 원격형에 필요한 지연 시간의 목표인 100ms 수준을 달성할 수 있다.
 
100ms가 기준이 되는 이유는 "많은 차량탑재 센서의 동작 주기에 상당하기 때문이다"(자동차업체 기술자). 이 이상 빠르게 제어 지령치를 보내도 자동차 측이 반응하기 어렵다. 또한 100ms의 지연 시간이라면 최대 100km/h 정도의 차량까지 원활하게 원격 운전이 가능하다고 볼 수 있다. 실용 상으로는 충분한 속도다.
 
원격 자율주행 전문가인 게이오대학의 오마에(大前) 교수는 오랫동안의 연구에 근거하여, 원격제어 가능한 차량 속도와 지연 시간 사이에 '차량 속도(m/s)ⅹ지연 시간의 허용치(s)=약 3m'라는 관계식을 산출하였다. 100ms의 지연 시간이라면 108km/h까지 원격제어가 가능하다는 계산이다.
 
- 저지연판 5G로 달성 눈 앞 
100ms 달성에 저지연판 5G와 엣지 해석이 필요한 이유는, 현행의 'LTE'와 인터넷 경유의 클라우드 해석의 조합으로는 지연 시간이 너무 커지기 때문이다. '최선형(Best Effort)'인 인터넷망은 지연 시간이 쉽게 커지는데다가 예측하기 어렵다는 것도 난점이다.
 
예를 들면 KDDI가 2018년에 후쿠오카현에서 실시한 원격운전 실증실험. 차량의 카메라 영상을 LTE와 클라우드를 경유하여 약 10km 떨어진 원격지에 송신, 원격지에서 사각 등의 제어 신호를 차량에 송신하였다. 그 때의 네트워크 왕복에 걸리는 지연 시간은 1초 근처에 달했다.
 
KDDI종합연구소 오타니(大谷) 씨는 "핸들을 꺾고 약간의 시간이 지나야 차량이 돈다는 느낌이 들었다"라고 말한다. 게이오대학의 오마에 씨의 법칙에서는 1초의 지연 시간으로 원격제어 가능한 차량 속도는 불과 10km/h 정도다.
 
KDDI는 2019년 2월, LTE의 경험을 살려 5G를 활용한 원격운전 실험에 일찍이 착수한다. 100ms에는 도달하지 못했지만 대폭적인 저지연화를 실현하였다.
 
- 기지국∙관청∙클라우드의 지연을 계산 

<해동일본기술정보센터는 김정식 대덕전자 회장의 기부금으로 설립된 비영리 일본 기술정보센터입니다. 후학들이 선진 일본기술을 습득해 기술강국을 만드는데 기여했으면 하는 바람으로 2010년 3월 서울대학교 관악캠퍼스 공과대학 내에 개소했습니다. 다양한 일본 기술 서적과 일본 정부·산업계 백서, 기술보고서 등을 보유, 온·오프라인으로 정보를 제공하고 있습니다. 매주 발행되는 주간브리핑 신청은 hjtic@snu.ac.kr 로 가능합니다.>
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