정성수 큐알티 최고기술경영자(CTO)는 디일렉과의 인터뷰에서 "자동차 분야는 사람의 목숨과 관련된 만큼, 차량용 반도체 또한 위성과 우주에 사용되는 반도체 수준의 신뢰성을 확보해야 한다"며 "이를 위해 차량용 반도체는 수준 높은 소프트 에러 평가가 요구된다"고 말했다. 

정 CTO는 "후천적인 환경에서 발생하는 반도체 오류의 대부분은 소프트 에러가 많은 부분을 차지하고 있다"며 "위성 업계에서 중성자에 영향을 덜 받는 반도체 기술을 개발해 왔듯이, 차량용 반도체에도 신뢰성 높은 기술 개발을 위한 소프트 에러 평가가 중요하다"고 강조했다. 

우주, 항공, 군사용, 대륙간탄도미사일 등에서 사용되는 반도체의 신뢰성 기준을 100%이라고 한다면, 차량용 반도체의 신뢰성은 90% 가까이 이뤄져야 한다. 그만큼 높은 난도의 신뢰성이 요구된다는 것을 뜻한다. 

정 CTO는 "자동차는 10년간 안전하게 타도록 만들어야 하는 소비 제품이다"며 "인공위성이 10년 동안 고장이 나지 않고 돌아가도록 만드는 것과 동일한 신뢰성 기준을 요구하고 있다"고 말했다. 

그는 "안전성이 강화된 자동차로 운전하면 사고율이 적어지게 된다"며 "높은 연령대의 운전자도 운전을 할 수 있게 되면서 활동 범위가 넓어지게 되는 장점이 있다"고 말했다. 

인터뷰 진행 : 한주엽 디일렉 대표
정리 : 이나리 기자

- 외계에서 중성자가 떨어져서 반도체가 대량으로 맞게 되면, 소프트 에러를 일으켜서 하지 말아야 하는 동작을 일으키거나, 해야 하는 동작을 하지 않게 만들기도 합니다. 예를 들어 소프트 에러는 악셀을 밟으면 안 되는 상황인데, 오작동으로 밟게 만들어 운전자의 목숨에 위협을 줄 수 있습니다. 최근 소프트 에러 측정 방법에 대해 논의가 많이 이뤄지고 있습니다. (한국에서 자동차 반도체는 기술면에서 뒤쳐져 있다고 생각하는데요.) 소프트 에러 개념은 큐알티가 한국에서 많이 이슈화시킨 내용이죠? 

"반도체 신뢰성은 적합한 교육, 평가, 여러가지 기술력이 중요합니다. 인력 확보 문제도 있구요. 그것 때문에 큐알티는 매년 소프트 에러 관련 기술 컨퍼런스를 개최하고 있습니다. 올해까지 해 오면서 점점 사람들이 관심이 모이게 된 것이라고 생각합니다."

- 정부에서 국책과제도 나오고 있는것 같구요. 언론에서도 소프트 에러에 대한 관심을 많이 갖게 됐습니다. 도대체 에러가 왜 나오는가? 도요타 급발진이 왜 나오는 것 인가에 대한 궁금증이 있었습니다. 이제는 어느정도 이해도가 올라온것 같습니다. 큐알티는 소프트 에러율을 평가하는 장비를 만들고 계시잖아요. 근본적으로 소프트 에러를 낮출 수 있는 방법이 있습니까?

"네. 소프트 에러를 낮출 수 있는 방법이 많이 개발됐고, 응용되고 있습니다. 미국의 경우에는 러시아(소련)과 냉전 때, 군수물자 관련해서 엄청난 경쟁이 있었죠. 그때 개발한 내용 중에 예를 들어, 소련이 대륙간탄도미사일(ICBM)을 미국에 떨어트린다면, (미국도) 소련에 핵폭탄으로 보복공격을 할 수 있는 기능의 대륙간탄도탄을 보유하고 있었죠. 또 그 속에 들어간 반도체가 중성자를 견딜 수 있도록 기술을 개발해서 활용하고 있었습니다"
 
-이미 냉전때부터 그런 것들을 알고 있었나 보죠?

"그렇죠. 중성자가 반도체에 미치는 영향이 좋지 않다는 것을 알았죠. 핵폭발 때문에 중성자가 엄청나게 많이 나오니까요. 통신부터 시작해서 군사 운영체제, 미사율이나 대륙간탄도탄이 날아가면서 영향을 받지만 이륙하면서도 영향이 있을 수 있습니다. 기능을 상실해서 보복을 못하는 경우나 응징을 100% 할 수 없는 문제가 생길 수 있어서 그동안 연구를 많이 해왔죠."

- 우리가 대륙간탄도탄을 맞고, 터진 다음 다시 보낼 때, 중성자를 많이 맞은 상태여도 문제없이 날아 갈 수 있는, 즉 신뢰성이 높은 반도체를 연구를 해왔다는 이야기군요. 시간이 흘러 본격적인 자율주행차가 도입될 때, 중성자를 맞아서 잘못 작동되면 사고가 날 수 있기 때문에 일반용 반도체에도 소프트 에러가 적용되어야 한다고 말합니다. 소프트 에러를 줄이기 위한 방법론이 있습니까?

"여러가지 방법이 있습니다. 쉽게 예를 들면, 사람이 태어날 때 유전적으로 갖고 나온 병이 있을 수 있고, 태어나서 자라는 환경에서 2차적으로 얻는 병이 있을 수 있습니다. 또 몸이 허약해지면서 질병에 노출이 빨리 되는 환경이 생길 수 있습니다. 이처럼 반도체도 유전적인 요소를 갖는 기능이 있습니다. 제조과정에서 생길 수 있는 문제점이 있고, 동작 환경에서도 문제가 될 수 있습니다. 외계에서 동작하느냐, 지구에서 하느냐, 아니면 원자력 발전소에 중성자가 많이 발생되는 환경이냐, 제어 장비를 사용하느냐에 따라 달라질 수 있습니다."

"자동차의 경우에는 일반적으로 지표면에서 동작됩니다. 인구가 많은 국가는 아침에 동시에 출근하는 차량이 100만대가 있을 수 있습니다. 그 때 반도체가 받는 중성자가 100만대 중에서 몇대가가 받을까 계산할 수 있습니다. 후천적인 환경에서는 소프트 에러가 많은 부분을 차지하고 있습니다. 이런 문제점은 반도체가 생산되는 과정 중에 디자인에서 고치거나, 사용환경을 개선할 수 있습니다. 그러나 중성자는 콘크리트를 아주 두껍게 만들어도 7미터, 8미터까지 뚫고 들어 갈 수 있습니다. 그래서 막기가 힘듭니다."

- 중성자가 콘크리트 7미터, 8미터를 뚫고 들어와요?

"뚫고 들어갑니다. 쉽게 관통하기 때문에 반도체 디자인 부분에서 중성자를 맞아도 괜찮도록 디자인해야 합니다. 유전적으로 맞아도 나빠지지 않도록 만드는 것이 디자인쪽입니다."

- 자동차는 말씀하신 대로 도로위에서 돌아다니는데, 환경적으로는 개선할 수 있는 방법이 있나요?

"그 개선 방법이 여러가지 있는데요. 에러가 나면 오류를 회로적으로(알고리즘으로) 고치는 방법으로 보정을 합니다. 두개 또는 여러개를 돌리고, 그 중에 고장난 부분이 있으면 투표를 통해서 나머지가 작동됩니다. 예를 들어 항공기는 중앙처리장치(CPU)를 3개씩 동시에 사용합니다. 문제가 없도록 하기 위해서죠."

- CPU 한개가 죽으면 나머지가 대신해서 작동하죠. 

"최근에서 많이 사용하는 방법으로 인텔의 CPU는 코어가 2개, 4개, 8개가 있습니다. 코어 중에서 하나가 죽어도 소프트웨어 적으로 극복할 수 있고, 죽은 프로그램을 다시 되살려서 시작할 수 있는 기능들이 소프트웨어적으로 구축되어 있습니다. 이런 기능은 아키텍처 또는 소프트웨어적으로 구축하도록 기술이 개발돼 있습니다." 

- 반도체 팹리스 업체가 반도체를 개발하는 과정을 살펴보면, '우리가 이런 반도체를 개발해야 겠다'하고 기획을 하고, 기능들을 나열한 다음 실질적으로 개발에 착수합니다. 이 때 코드를 텍스트로 쓰고, 툴을 이용해서 텍스트를 넣고, 평면으로 나오는 반도체 형상을 만들고, 중간 중간에 연결하고 검증도 하는 등 복잡한 방식으로 진행됩니다. 소프트 에러에 강하게 만들려면 이런 과정 중에 여러가지 요소들이 추가되어야 한다는 말씀이신거죠? 

"네. 그렇습니다. 쉽게 설명하면, 입자가 들어오면 원하지 않는 양의 입력·출력, 홀, 전자, 전공이 생성이 되는 거죠. 그것을 반도체 내에 움직이도록 내버려 두면, 동작하는데 영향을 줍니다. 간섭이 반대로 일어나면 오동작을 유발하게 됩니다. 이를 해결하기 위해 가장 쉬운 방법은 입자가 들어와서 전자와 전공을 생성하게 될 때 빨리 그것을 빨아들여서 없애는 것입니다. 동작하는 트랜지스터 쪽으로 못 가도록 막는 등의 기술들이 있습니다. 이는 칩을 만드는 디자인 방법의 요소, 레이아웃이라고 말합니다."

- 의도치 않는 전하가 생성되서 오작동을 한다는 것을 우리가 먼저 알아채야 한다는 것이네요? 

"그렇죠. (간섭이) 들어왔으면, '들어왔다'고 말할 수 있으면 좋겠습니다. 예를 들어 감지할 수 있는 감지 기능도 있어야 하지만, 감지를 하면 '내가 오동작을 했구나, 고쳐야겠다' 또는 '오동작을 했는데, 이미 동작을 많이 했으니, 이것은 그만두고 처음부터 다시 해야겠다'고 결정하는 요소들을 소프트웨어적 · 하드웨어적으로 기능들을 다 만들어 놨죠. 자동차 기능 안전 안에는 여러가지를 할 수 있는 기술이 있습니다. 반도체 밖에서 할 수 있는것, 반도체 안에서 할 수 있는 기술들이 있습니다. 전문기술을 가진 분들이 보면 '이렇게 하면 되겠구나'하고 알 수 있죠. 비용이 많이 들 수 있고, 전력이 많이 들 수 있고, 동작이 많이 느려질 수도 있습니다. 그것들이 빨리 어댑션(적응) 하는데도 문제가 생길 수 있죠. 이것을 디자인에 적용해서 안전한 칩을 만들어야 하는데, 사실 빨리 응용이 안되는 것이죠." 

- 설계 디자인 측면도 있겠지만, 결국 공정에 들어갈 텐데요. 물리적으로 콘크리트도 뚫고 들어간다면, 캡을 씌우는 것이 별 의미가 없겠네요? 

"그렇지 않습니다. 여러가지 방법이 있는데요. 그 중에서 가장 많이 사용하는 방법으로 지상에는 두가지 입자가 많이 영향을 준다고 합니다. 하나는 알파고, 나머지는 중성자입니다. 중성자는 밖에서 반도체 소자를 뚫고 반도체가 동작하는 뿌리까지 들어가는 것입니다. 알파는 내부에서 생성되는 것이죠. 알파가 내부에서 생성되서 반도체가 동작하는 뿌리까지 못 가도록 하기 위해서 컨포밍 소재 또는 다른 소재로 감쌀 수 있습니다. 외계로 보내는 위성용 칩에는 다른 입자들이 존재합니다. 위성용 제품은 똑같은 방법으로 알루미늄으로 싸서 낮은 에너지 또는 특정 에너지가 못들어 오도록 합니다. 이런 에너지는 인공위성의 위치가 (태양을 보고 있느냐 지구 뒤에 있느냐) 위치에 따라 차이가 나므로 측정치에 맞춰 두께를 정해서 위성칩을 싸게 됩니다. 이로써 내부로 들어가는 중성자를 줄일 수 있습니다."

- 예전에 제가 니콘 카메라를 많이 사용했는데요. 니콘 카메라 광고를 보면, 위성에서 사진을 촬영했다고 홍보한 적이 있습니다. 시중에 파는 카메라를 위성에 올려 보낸 것인지, 위성용으로 센서에 조치를 취해서 올려 보낸 것인지 모르겠지만, 우주에서 사용하려면 신뢰성을 확보해야 된다는 이야기로 보입니다. 

"니콘의 경우에는 나사에서 1년간 공부를 했습니다. 스폐셜한 센서를 사용하기도 했고, 일반 칩을 사용하기도 했습니다. 자외선 촬영이 가능한 이미지센서가 탑재됐고, 다른 센서도 들어갔습니다. 우주정거장(ISS)의 경우에는 중성자나 입자가 많지는 않습니다. 지구보다 50배 정도 많을까요? 이는 충분히 견딜 수 있는 양입니다. 반도체에 입자가 들어가서 화소가 바뀔 수 있는데, 한 두개 바뀌는 것은 영향을 안 주므로, 사실은 크게는 영향이 없다고 봅니다. 화소를 센서로 사용하는 경우가 있습니다. 입자가 얼마나 많이 나오는지 카운팅하기 위해서 화소에 (아주 블랙하게) 햇빛이 전혀 안 들어가게 해놓고, 방사선 입자가 들어가면 햇빛이 들어간 것처럼 거기만 빛이 나는 것을 읽고, (몇개가 바뀌었다. 몇개가 들어왔다고) 측정하는데 활용하기도 합니다."

- 우주에서 쓰는 반도체, 비행기에서 쓰는 반도체, 대륙간탄도미사일에서 쓰는 반도체의 신뢰성을 100%이라고 한다면, 차량에 들어가는 반도체는 어느정도 수준까지 올라가야 합니까? 

"신뢰성 측면에서 소프트웨어 에러를 제외하고 본다면, 자동차 기능안전에서 요구하는 경우는 거진 90% 가까이 가야한다고 봅니다."

- 엄청나게 난도가 높은 것이네요.

"난도가 높습니다. 자동차는 10년간 안전하게 탈 수 있도록 만드는 소비 제품입니다. 인공위성이 10년 동안 고장이 나지 않고 돌아가도록 만드는 수준의 신뢰성 기준을 요구하고 있습니다. 인공위성을 10년 동작되도록 만드는 것이 쉽지 않습니다."

- 중간에 고장나는 경우도 있나요? 

"고장이 많이 나죠. 그것을 잘 만드는 회사가 주문을 많이 받을 수 있습니다. 고장이 나면 자동적으로 고장을 없앨 수 있고, 소프트웨어를 업그레이드하는 등의 수명 연장을 위한 노력들을 하고 있습니다."

- 인공위성이나 비행기의 경우는 생산양이 많지 않아서 다양한 안전장치를 넣어 신뢰성을 팍 높일 수 있겠죠. 그러나 자동차는 가격에 민감한 제품이다 보니 그 안에 들어가는 부품의 신뢰성을 높이기 위해 비싼 가격을 사용하는 것이 수지타산에 맞지 않을 것 같다는 생각이 드네요. 

"네. 그것이 중요한 포인트입니다. 신뢰성을 가진 기존 자동차 회사에서 100원짜리 칩을 사용에서 마진이 10원이나 5원을 남기면서 자동차를 만들고 있는데, 똑같은 수준의 신뢰성으로 똑같은 마진으로 인공위성급의 신뢰성 높은 제품을 만드는 회사, 그 기술력을 가지고 시장을 움직일 수 있는 국가가 누구인가가 중요한 포인트입니다. 이미 자동차 기능안전 표준이기 나왔죠. 이것을 선점할 수 있는 강국이 누구인가를 생각해 봤을 때, 제 의견으로 한국이 가능할 것이라고 봅니다."

- 투자도 늘려야 겠네요. 하루 출근시간대에 100만대의 차량이 운행된다면, 소프트 에러는 몇 대 정도 걸립니까?

"10만대가 경험을 할 수 있다는 것으로 알고 있습니다.

그 중에서 소프트웨어적, 하드웨어적으로 기능이 보안되 있지 않은 상태에서 급발진을 일으키거나 다른 기능이 일어나서 전혀 안전에 영향을 주지 않은 상태가 생길 수 있죠. 예를 들어 고속도로가 아닌 골목이라면 엔진이 꺼졌을 때 다시 시동을 걸 수 있습니다. 그러나 고속도로에서 아주 중요한 위치에 왔는데, 그 때 급발진이 일어나면, 그것은 피하기 힘든 케이스 일테죠. 전체 소프트 에러 중에 그런 케이스가 얼마나 있느지를 계산한다면 10%가 경험을 하고 있고, 그 중에서 대부분의 경우에는 없어진다고 합니다. 안전에 영향을 주지 않는 정도죠. 이 데이터는 자동차 기능안전 표준인 ISO 26262가 나오기 전의 데이터입니다. 반도체 숫자가 얼마 안됩니다."

- 더 늘어날 수도 있겠네요. 

"최근 외국 통계 자료에 따르면 자동차 1대당 들어가는 반도체의 가격이 3500달러까지 올라갔다고 합니다. 이 정도는 12인치 웨이퍼 하나에서 만들어지는 만큼의 반도체의 수가 들어가는 것이죠."

- 많이 들어가네요.

"여기에는 높은 기능을 요구하는 반도체도 포함됩니다. 예를 들어 라디오의 경우에는 고장으로 다른 방송이 나오게 된다면 큰 문제가 아닌데, 엔진이나 브레이크 제동 등의 기능이 망가지면 사람의 목숨이 위험하게 됩니다. 이런 기능들이 점점 좋아질 것이라고 생각합니다. 전세계적으로 인간의 수명이 길어지면서, 자동차를 운전하는 연령도 올라가게 됩니다. 비교적 순발력이 좋지 못한 높은 연령대의 운전자가 기능안전이 잘 보완된 자동차를 운전하게 되면, 교통사고의 발생이 적어질 수 있습니다. 제가 생각하기에 자동차 안전 기능은 사회적으로 윤택한 생활을 제공하는 기술입니다. 인간이 나이가 들수록 생활 환경이 좁아지면서 집에만 있는 것이 아니라, 안전한 운전을 통해 생활이 윤택해지고, 활동 범위가 넓어지는 장점이 생깁니다. 세이프(안전) 기술은 한국이 열심히 해야 하는 분야라고 생각합니다."