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ETRI, 9개 두뇌 작동하는 자율주행차 프로세서 개발
- 지난해 4개에서 9개로 늘려....깨끗하고 큰 영상구현 가능, 프로세서 원칩화 성공, UHD급 해상도 지원 가능 블랙박스 역할, 신경망 개발 중, AI 활용해 100배향상 AI 프로세서 개발 목표
특허뉴스 박진석기자 기사입력  2017/09/19 [11:40]

국내 연구진이 지난해 개발한 자율주행차용 고성능 프로세서의 성능을 크게 향상시켰다. 이로써 자율주행차의 모든 센서로부터 수집된 데이터를 하나의 칩으로 통합 처리하는 것이 가능해질 전망이다.

ETRI(한국전자통신연구원)는 세계 최소 수준인 1와트(W) 내외의 저전력으로 자율주행차가 요구하는 영상인식 및 제어 기능을 통합 실행하는 프로세서 칩을 개발했다고 19일 밝혔다. 

본 프로세서는 지난해‘알데바란’으로 명명했다. 1등성 별 명칭의 하나다. 자율주행차 성능을 결정하는 핵심 프로세서는 그동안 해외기술에 의존해 왔는데 이젠 국산화함으로써 더 이상 해외 의존할 일이 없어지게 되었다.  

이번 연구진이 지난해에 이어 성능을 개선한 분야로는 프로세서 코어를 지난해 4개에서 9개로 늘렸다. 두뇌가 늘어난 만큼 처리속도가 빨라져 더 깨끗하고 큰 영상구현이 가능하다. 

인식기능도 크게 좋아졌다. 현재, 실시간 초고화질(UHD) 영상 처리와 함께 보행자, 차량, 차선, 움직임 인식을 지원한다. 물론, 레이더 및 GPS 신호처리 인식 실험도 성공했다. 향후 라이다(Lidar), 초음파에도 응용 예정이다.

특히 ETRI는 프로세서 칩을 하나로 원칩(One-chip)화 했다. 연구진은 카메라 영상처리 기능을 넣고 운전자지원시스템을 보강하여 모션 인식까지 가능토록 칩을 만들었다.  

또한, 이번에 만든 칩에는 차량 보안 및 사고 증거확보를 위해 주행 영상을 저장 및 플레이를 할 수 있는 블랙박스 기능도 추가했다. 고효율 비디오 코딩(HEVC) 표준을 준수하는 UHD급 해상도가 지원 가능하다. 

아울러, 국제표준화기구(ISO)의 기능 안전 국제표준(ISO 26262)도 만족하는 프로세서 코어도 지난해 2개에서 4개로 늘렸다. 이로써 서로 다른 기능 안전을 수행하는 SW를 돌리기가 쉬워졌다. 충돌 인식 등과 같은 위험 인식 등이 그만큼 쉬워진 셈이다. 

프로세서가 내장된 칩은 국제표준 기준인 오류 방지 기준을 99% 이상 만족시킨다. 즉 알데바란 프로세서는 차량 급발진의 경우처럼 전자장치 고장시 99% 이를 확인, 해결한다. 차량 고장여부를 스스로 체크할 수 있는 혁신적 자동차용 반도체 기술이다.

ETRI는 특히 원칩(One-chip)으로 만들어 영상처리가 가능해 짐에 따라 칩의 단가를 낮출 수 있게 되었다. 연구진이 만든 칩의 크기는 7.8 x 6.7mm로 손톱보다 작다. 이렇게 만들어진 칩은 전자제어유닛(ECU) 보드(10cm x 10cm)에 심어져 하우징을 거쳐 자동차 콘솔부위에 내장된다.

아울러 연구진은 기존 자율주행차에 들어가는 각종 센서의 전처리를 위해 각각 별도의 코어가 별도로 있어 왔는데 원칩화 함에 따라 효율성을 크게 높였다고 설명했다.

ETRI는 지난해 자율주행차 전용 프로세서를 개발해 반도체 설계 전문 업체인 ㈜넥스트칩에 기술이전 했다. 이번 개발한 칩도 올 하반기 중 관련기업에 기술이전을 통해 칩 대량생산으로 내년 상용화 한다는 계획이다. 

특히 본 기술은 영상처리를 많이 이용하는 운전자지원시스템(ADAS)이나 조건부 자율주행 기능(Level 3) 등에 적용할 예정이다. 고가의 차량이 원하는 서비스에 꼭 필요한 반도체를 목표로 한다는 계획이다. 

ETRI는 이번 개발한 알데바란 칩의 성능은 세계적 수준이며 글로벌 경쟁업체가 내놓은 분리형 칩이 내장된 모듈가격이 수십만 원대인데 이를 수만 원대로 낮출 수 있어 가격경쟁력이 있다고 설명했다.

향후 연구진은 신경망(Neural network) 기술을 활용, 영상인식 엔진에 초고성능의 인공지능 기술을 넣어 칩화 한다는 계획이다. 

아울러 ETRI는 본 프로세서가 인공지능 시대의 정보기기에 응용할 수 있는 어플리케이션 프로세서로 개발하기 위해 현재 영상인식 지능을 실시간, 저전력으로 실현하는 설계를 완료한 상태다. 내년까지 현재보다 영상인식 엔진 성능이 100배 이상 향상된 인공지능 프로세서를 제작할 것이라고 연구진은 설명했다. 

정보통신기술진흥센터 임태범 크리에이티브 플래너(CP)는“인공지능 반도체가 전 세계적으로 주목을 받고 있는 가운데, 국내 지능형반도체 산업계가 정체 상태에 있는 시점에서 미래 시장을 주도할 신기술 개발로 평가한다”고 말했다. 

ETRI 권영수 프로세서연구그룹장도“향후 사람처럼 움직이는 모든 물체를 정확히 인식하는 것이 목표다. 기계와 사람간의 대화에서 목적지를 정하고 길을 스스로 찾아가는 서비스가 가능한 칩 개발이 가능해질 전망이다”고 밝혔다.

본 기술은 과학기술정보통신부와 정보통신기술진흥센터가 지원하는 『지능형반도체 개발사업』의 일환으로 개발되었다.

설명자료
세계 최소 수준인 1와트(W) 내외의 저전력으로 무인자율차가 요구하는 영상인식 및 제어 기능을 통합 실행하는 자동차 전용 프로세서다.

ETRI 프로세서는 1GHz 동작이 가능하다. 1GHz는 초당 10억회 고속연산처리가 가능한 능력을 말한다. 

이를 위해 회로 지연을 줄이기 위한 기술로 13 개의 파이프라인 단계(pipeline stage)를 가지며, Branch Target Buffer를 이용한 Branch Prediction을 수행하게 하여 Deep pipeline stage로 인한 Stall 성능 손실을 최소화 하였고, 동시에 2개의 명령어를 처리한다. 

단일 프로세서 코어는 0.048 W에서 0.20 W의 전력을 소모하며, 이는 전력 효율로 따지면 0.16mW/MHz ~ 0.36W/MHz를 가지게 되는 저전력 프로세서이다. 

개발한 칩에는 이러한 프로세서가 9개 탑재되어 있다. 1개의 주 프로세서가 있고, 주 프로세서 외에 기능안전 기능을 포함하는 4개의 프로세서와 함께 8개의 프로세서로 구성이 된다. 9개의 프로세서 이므로 초당 90억회의 고속 연산이 가능하다. 

기능안전 기능을 포함하는 4개의 프로세서는 소프트웨어 적으로 제어가 가능한 Dual Modular Redundancy(DMR) 기능을 지원하기에 최대 2개의 소프트웨어를 동시에 기능안전 기능을 포함하여 수행할 수 있다.
 
9개의 1GHz 동작가능한 고성능 프로세서는 자율주행 차량에 장착되는 센서인 영상, 레이다, 라이다(LiDAR), 초음파 등 센서를 통해 입력된 정보를 분석, 자동차를 스스로 제어할 수 있는 충분한 성능을 가지는 프로세서이다. 

운전자지원시스템(ADAS)에서는 전방 충돌 경고(Forward Collision Warning), 보행자 충돌 경고(Pedestrian Collision Warning), 차량 충돌 경고(Vehicle Collision Warning), 차선 이탈 경고(Lane Departure Warning)과 같은 기능을 수행을 한다.

이를 위해 공동연구기관과 함께 차량인식(Vehicle Detection), 보행자인식(Pedestrian Detection), 모션 인식(Motion Detection)이 가능한 영상처리 및 영상인식 가속기를 개발하여 탑재하였다. 

또한, 차량 보안 및 사고 증거를 위해 전방 영상을 저장 및 플레이를 할 수 있는 High Efficiency Video Coding(HEVC)표준을 따르는 동영상 압축 코덱 전용 하드웨어 IP를 포함하여 UHD 카메라 영상을 실시간으로 저장하고 플레이하는 것이 가능하다.

만약 프로세서에 고장이 발생하면 의도치 않은 조향 제어 등에 의해 차량 탑승자의 안전은 심각한 영향을 받게 되므로, 프로세서의 고장확인 및 해결기능은 매우 중요하다.

특히 국제표준화단체 ISO의 기능안전성 표준인 ISO26262를 만족하는 Dynamic Lockstep 및 Self-recovering Cache 설계를 포함하고 있다. 

그림설명 : AB 프로세서 기술개발 관련 사진참고
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기사입력: 2017/09/19 [11:40]  최종편집: ⓒ e-patentnews.com
 
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