미국자동차공학회(SAE)에 따르면, 자율주행 레벨 2(부분 자율주행)는 특정 조건에서 시스템이 보조 주행을 지원하며, 자율주행 레벨 3(조건부 자율주행) 고속도로 등 특정 조건에서 자율주행을 지원하게 된다. 이제 AI에 운전 주도권이 주어지면서 편의성 및 안전성이 향상 되면서 도로 안전사고 등이 많이 감소될 것으로 전망된다.
기아자동차의 EV9의 30초 광고 영상에서는 운전자가 핸들에서 손을 떼는 장면이 나온다. EV9 GT 라인업에 탑재될 예정인 자율주행 레벨 3의 모습이다.
자율주행 레벨 3가 되면 고속도로 같은 구간에서 자동차가 주도권을 가지면서 스스로 운전을 하게 된다. 2023년 5월에 기아자동차는 EV9에 라이다를 장착한 자율주행 레벨 3 차량을 출시하였다. 자율주행 레벨 3면 서울에서 부산까지, 도시 to 도시 간 자율주행에 있어서 우리 삶의 편의성과 안전성을 향상시킬 것으로 전망된다.
자동차가 전동화 되고 자율주행이 탑재되면서 많은 센서 등이 탑재되는데 대부분의 자율주행, 특히 자율주행 레벨 3 이상이 되면, 필수 센서가 바로 라이다(LiDAR) 센서이다. 자동차용으로 양산된 라이다 센서는 유럽 VALEO사의 Pulse 라이다가 유일하다. 제네시스 G90, 기아 EV9에 탑재되는 라이다 센서도 VALEO사의 Pulse 라이다가 탑재되고 있다.
산업계에서 국산화 노력이 더해지고 있지만, 아직은 글로벌 수준에 미흡한게 사실이다. 2022년 8월, 이스라엘의 라이다 업체인 이노비즈는, 폭스바겐으로부터 자율주행용 라이다 양산을 위해 40억달러(5조7580억원) 규모의 공급 계약을 체결하였다고 한다. 라이다를 개발하는 산업계 종사자로써는 부러울 뿐이다.
자율주행차가 운행이 되려면, 주간 및 야간, 열악한 주행환경(눈, 비, 안개, 먼지 등)과 광간섭(태양광, 헤드라이트, 레이저)에 영향이 없어야 한다. 아쉽게도 Pulse 라이다는 특성상 영향을 받을 수밖에 없는게 현실이다. 이를 타개하기 위해서 산업통상자원부는 2022년 자율주행 레벨 2, 3, 4 이상에서 주행환경 및 광간섭에 영향이 거의 없는 FMCW 방식의 라이다를 미래선도품목이자 국가핵심전략기술로 선정했다.
글로벌 자동차 OEM들은 자율주행의 안전성과 신뢰성을 향상시키기 위해서 광간섭 제거, 열악한 실외환경에서의 높은 신뢰성 등을 확보하기 위한 투자가 시작되었다.
FMCW 라이다는 1550nm 레이저, 간섭계 기술, 고속신호처리 FFT 기술이 탑재되어 Pulse 라이다 가지는 한계점을 극복할 수 있는 특징을 가지고 있다.
FMCW 라이다는 유럽, 미국 등에서 집중 투자가 이루어지고 있다. 국내는 디지털 기반의 반도체 위주의 산업이지만, 유럽 및 미국 등의 선진 반도체 기술그룹은 아날로그, 광반도체 등의 IP 및 원천기술을 통해서, 라이다 센서를 레이저 및 주변회로, 스캐너 등을 하나의 칩(One chip)으로 만드는 데 집중 투자를 하고 있다.
이에 반해 국내는 이종 반도체에 대한 시스템 기술 부족, 인력 및 인프라 부족, 특정 반도체 등에 편중된 산업구조, 글로벌 선진그룹 대비 부족한 원천기술 등으로 인해 미국 및 유럽의 선진 반도체 기술그룹과의 격차를 따라잡는 데 많은 어려움이 있다.
우수한 센서 하나가 시장에 나와서 점유율을 올리게 된다면 전후방 효과는 매우 크다. 단순히 보면 센서 시스템 하나지만, 내용을 들여다보면 소재, 부품, 장비의 전후방 모두가 지원되지 않으면 탄생하기 쉽지 않다. 어떻게 보면 반도체 하나를 만드는 것보다도 더 어려운 현실이다. 특히 가격 경쟁력 확보를 위해서는 생산기술에 대한 투자도 필요로 한다.
위 그림을 보면 현재 FMCW 라이다의 경우 레이저 등 광원모듈, 레이저의 소재, 이를 제어하기 위한 관련 회로, 간섭계, 스캐너, 검출기 등 복잡한 광학 시스템 구조로 되어 있다. 그리고 이를 제어 및 신호처리를 위한 신호처리부도 고성능의 신호처리 성능을 필요로 한다.
이 FMCW 라이다의 모든 부품들이 현재로써는 개별적으로 개발이 되어 가고 있으며, 향후에는 소재 및 부품 단위에서의 통합, 즉 생산성 및 신뢰성 등을 위해서 하나의 광반도체로 제작이 필요로 한다. 그리고, 대량생산을 위해서 고속 정렬 및 생산 장비 등의 자동화 생산장비도 같이 개발이 되어야 한다.
최근에 라이다용 전자식 광학 스캐너를 개발하는 대전에 있는 K대학 반도체 교수님의 그간의 노하우 등을 정년퇴임함에 따라 전문 연구실이 사라진 게 최근 일이다. 그리고 연구그룹 소속의 연구 전문교수는 국내가 아닌 충분한 인프라 및 역량을 가진 해외로 옮기는 것이 우리나라의 현실이다.
그렇다고 부족한 인프라 탓 만 할것이 아니라, 산학연이 하나가 되어서, 시장을 내다보는 기술투자는 기업에서, 부족한 인력 부족 및 양성은 교육기관, 그리고 정부는 중장기 로드맵을 통해서 지속적으로 기술과 인력, 그리고 시설 및 장비에 대한 투자까지 이루어질 수 있도록 원팀(One Team)이 되는 게 필요한 시대가 되었다.
