차량 시스템이 점점 더 복잡해짐에 따라 첨단 테스트 전략이 주도적인 역할을 하고 있다
오늘날의 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS)은 전례 없는 수준의 연산 능력을 필요로 합니다. 센서에서 수집된 방대한 양의 데이터를 실시간으로 처리하고, 순식간에 결정을 내리며, 승객의 안전과 편의성을 보장해야 하기 때문입니다. 이러한 과제는 끊임없이 변화하고 있으며, 차량이 자율 주행 단계가 한 단계씩 높아질수록 연산 요구량은 기하급수적으로 증가할 것입니다.
자동차 업계는 이러한 과제에 정면으로 맞서며, 더욱 정교하고 전력 소모가 큰 컴퓨팅 아키텍처로 전환하고 있습니다. ADAS 설계에는 7nm 공정 아키텍처 및 그 이하의 첨단 노드가 포함되며, 3D 패키징 및 치플릿(chiplets)과 같은 개선 사항이 통합되어 있습니다. 이러한 복잡한 시스템은 ‘무결점’ 약속을 이행해야 하는 업계의 성능 기준을 보장하기 위해 맞춤화된, 포괄적인 품질 보증 및 테스트 접근 방식을 요구합니다. 반도체 테스트 파트너들은 자동차 업계가 엄격한 품질 관리를 유지하면서 신뢰성 있게 더 높은 수준의 자율주행으로 나아갈 수 있도록 보장하는 통합적인 솔루션을 제공해야 합니다.
ADAS의 발전은 컴퓨팅 수요와 설계 과제를 증가시키고 있다
ADAS 단계
ADAS 기술이 발전함에 따라 디지털 집적회로(IC)와 고속 인터페이스에 대한 수요가 급증하고 있습니다. 완전 자율주행으로 가는 길은 레이더, 카메라, 라이다(LiDAR), 초음파 센서 등 점점 더 많은 센서를 탑재하는 데 달려 있습니다. ADAS의 눈과 귀 역할을 하는 이러한 센서들은 방대한 양의 데이터를 생성합니다. 데이터 생성량의 급증은 단순한 문제가 아닙니다. 이는 차량이 주변 환경을 인식하는 방식에 있어 근본적인 변화를 의미하며, 강력한 데이터 처리 및 관리 능력을 요구합니다.
전력과 열은 새로운 복잡성을 더한다
컴퓨팅 워크로드가 증가함에 따라 전력 소비와 열 방출 문제도 대두되고 있습니다. 차량이 레벨 5 자율주행에 가까워질수록 전력 요구량은 소량의 와트 수준에서 수백 와트 이상으로 급증할 것으로 예상됩니다. 이에 따라 민감한 부품을 보호하고 차량의 수명 주기 동안 안정적인 작동을 보장하기 위해 혁신적인 열 관리 솔루션이 필수적입니다. 해결 방안은 수동 및 능동 냉각 메커니즘부터 더 진보된 열 관리 기술에 이르기까지 다양하며, 이러한 복잡한 시스템 요소들은 설계 및 테스트에 대한 전문 지식을 더욱 필요로 합니다.
레벨 1 및 2 시스템은 일반적으로 매우 낮은 전력 소비량을 필요로 합니다. 그렇다 하더라도, 이는 레벨 0 또는 비자동화 차량에 비해 전력 소비가 증가한 것을 의미합니다. 레벨 4 ADAS와 같이 자동화 수준이 높아지면 전력 소비량이 급격히 증가하며, 레벨 5의 완전 자율주행은 여러 센서에서 수집된 데이터를 실시간으로 지속적으로 처리하기 위해 막대한 연산 능력을 필요로 하므로, 전력 관리 및 효율성 측면에서 상당한 과제를 안고 있습니다.
완전 자율주행(레벨 5)은 여전히 달성해야 할 목표이지만, 낮은 수준의 ADAS 기능은 이미 오늘날의 차량에서 상용화되어 있습니다. ADAS에 대한 요구 사항이 계속해서 높아짐에 따라, 차량 내 기술과 그 성능을 검증하는 테스트 시스템 모두에 더 큰 부담이 가해지고 있습니다.
ADAS 기술이 꾸준히 발전함에 따라, 특히 자동차 제조사들이 칩 설계자의 역할을 맡게 되면서 그 부담이 커지고 있다. 이들은 칩 제조사 및 파운드리 업체와 협력하며, 독자적인 설계를 통해 차별화를 꾀하고 사용자 경험을 최우선으로 삼고 있다.
하지만 반도체 제조사로서의 역할을 맡는 데는 나름의 어려움이 따르며, 오늘날의 첨단 공정 노드는 또 다른 변수로 작용합니다. 이러한 공정 노드는 첨단 자동화에 필요한 향상된 성능을 제공하지만, 동시에 매우 복잡하고 불확실한 요소들을 내포하고 있어 일부 설계 시나리오가 아직 완전히 이해되거나 검증되지 않은 상태입니다. 7nm 미만의 복잡한 공정 아키텍처는 5nm, 3nm, 2nm 및 그 이하로 계속 축소될 것이며, 이로 인해 개발 주기와 일정에는 성숙도가 낮은 기술이 지속적으로 도입될 것입니다.
테스트 커버리지는 필수적입니다
반도체 세대가 바뀔 때마다 테스트와 검증을 거쳐야 할 트랜지스터의 수가 수십억 개씩 늘어납니다. 동시에, 자동차 분야에 적용되는 칩은 소비자용이나 산업용 제품에 탑재되는 칩보다 훨씬 더 엄격한 기준을 충족해야 합니다. 자동차 성능 요구 사항은 훨씬 더 까다로운데, 이는 막대한 비용이 드는 제품 리콜이 차량 안전성에 대한 인식에 악영향을 미치고, 브랜드 이미지를 훼손하며, 예산을 증가시킬 수 있다는 점을 고려한 결과입니다.
이러한 과제를 해결하려면 첨단 노드의 고장 모델을 더 잘 이해하고, 효과적인 테스트 프로세스를 통해 이를 규명해야 합니다. 과거에는 이러한 테스트 프로세스가 3온도 테스트 조건과 자동 테스트 장비 (ATE), 번인(burn-in) 및 시스템 레벨 테스트 (SLT)를 결합한 형태였습니다. 자동차 애플리케이션에 더욱 첨단화된 노드가 지속적으로 도입됨에 따라 포괄적인 테스트의 필요성이 대두되고 있습니다. 목표는 이러한 첨단 칩이 수십 년 동안 도로 위에서 운행되는 시스템 내에서 안정적으로 작동할 수 있도록 보장하는 것이며, 이에 따라 잠재적 위험을 식별하고 해결하는 ATE 공정과 결함 모델을 지속적으로 개선하는 것이 테스트 업계의 최우선 과제가 되었습니다.
한편으로는 포괄적인 테스트 커버리지가 절실히 필요합니다. 이는 실제 자동차 환경에서 각 칩의 기능성과 신뢰성을 보장하기 위해 ATE(자동 테스트 장비) 프로세스를 세밀하게 적용하는 것을 의미합니다. 반면, 경제적 요인을 고려하고 칩 수율 향상과 같은 역동적인 변화에 대응하기 위해서는 테스트의 유연성이 매우 중요합니다. 삽입 단계 간에 테스트 커버리지와 테스트 프로그램을 이동할 수 있는 능력을 포함한 유연한 테스트 전략은 품질과 테스트 비용 효율성을 모두 유지하는 데 필수적입니다.
시스템 수준 테스트는 품질을 향상시킵니다
공정 노드가 계속 미세화됨에 따라, ATE 결함 탐지율이 99.5%에 달하더라도 여전히 많은 수의 트랜지스터가 테스트되지 않은 채 남게 된다는 점을 인식하는 것이 중요합니다. 오늘날 SLT 기술의 발전은 테스트되지 않은 나머지 0.5%의 트랜지스터에서 결함을 찾아내는 데 도움이 될 수 있습니다.
웨이퍼 및 패키지 테스트에 이어 SLT를 세 번째 테스트 공정 단계로 활용하면, 자동차 제조사나 반도체 제조사는 소프트웨어와 하드웨어를 함께 테스트하여, 다른 방법으로는 실현하기 어려운 방식으로 IP 블록 간의 연결을 검증할 수 있습니다. 이 공정은 복잡한 인터페이스를 테스트하는 더 쉬운 방법을 제공하며, 이는 전력, 클럭, 열 도메인 간뿐만 아니라 소프트웨어와 하드웨어 간 상호작용이 빈번한 시스템에 있어 매우 중요합니다.
테라다인(Teradyne)의 타이탄 SLT(Titan SLT) 플랫폼이 대표적인 사례입니다. 이 플랫폼은 장치를 실제 작동 모드에서 구동함으로써 결함이 발생할 수 있는 복잡한 상호작용을 테스트하며, 이를 통해 제품 품질 향상을 위해 최종 고객의 엄격한 불량률 요건을 충족하는 데 필요한 추가적인 테스트 커버리지를 제공합니다.
어디를 가나 복잡함
자동차 산업이 완전 자율주행으로 빠르게 나아가면서, ADAS(첨단 운전자 보조 시스템)의 단계별 발전 과정에는 새로운 기술적 과제가 산적해 있습니다. 레벨 1의 기본 보조 기능부터 레벨 5의 완전 자율주행에 이르기까지, 자율주행으로 가는 길은 센서 배치와 계산 능력에 대한 요구 사항이라는 중요한 이정표들로 점철되어 있으며, 이로 인해 자동차 시스템 설계 및 테스트의 복잡성이 크게 증가했습니다.
이러한 난관을 극복하기 위해서는 기술 혁신과 전략적 협력, 그리고 철저한 테스트와 품질 보증에 대한 확고한 의지가 필요합니다. 센서, 컴퓨팅 성능, 에너지 효율성 및 테스트에 대한 높아진 요구 사항을 해결함으로써, 업계는 자율주행차의 신뢰할 수 있고 안전한 보급을 위한 기반을 마련할 수 있습니다.
이러한 여정에서 최적화된 테스트 파트너의 역할은 그 어느 때보다 중요해지고 있으며, 차량의 자율주행 수준이 높아짐에 따라 모든 사용자에게 안전하고 신뢰할 수 있는 차량이 될 수 있도록 보장해 줍니다.
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피셔 장(Fisher Zhang)은 테라다인(Teradyne) 반도체 테스트 사업부 아시아 지역 복합 SOC 사업부 총괄 매니저로, 컴퓨팅, 자동차 및 무선 분야의 최첨단 솔루션을 주도하고 있습니다. 피셔는 반도체 업계에서 17년 이상 경력을 쌓아왔습니다. 테라다인에 합류하기 전에는 어드밴테스트(Advantest)와 코후(Cohu)에서 애플리케이션 엔지니어링, 영업 및 마케팅 업무를 담당했습니다. 피셔는 동남대학교에서 회로 및 시스템 공학, 정보 공학 분야로 이학사 및 이학석사 학위를 취득했습니다.