전기차(EV, Electric Vehicle)는 미래 이동 수단의 상징으로 자리 잡고 있습니다. 전기 모터와 배터리만으로 구성된 기계적 장치인 하드웨도 중요하지만, 이들의 작동을 통합하고 제어하는 소프트웨어인 복잡한 전자 시스템또한 중요한 요소입니다. 이 전자 시스템의 두뇌 역할을 하는 것이 바로 반도체로 이번글부터 반도체의 개념과 중요성에 대해서 이야기해봅시다.
자동차에는 몇개의 반도체가 활용될까?
우선 들어가기 앞서 맨처음 궁금 해진건 자동차는 몇개나 쓸까 였습니다. 대한민국 정책브리핑에 따르면, 일반 내연기관 자동차에는 평균 200~300개의 반도체가 사용되며, 전기차는 약 1000개, 자율주행 자동차에는 무려 2000개 이상의 반도체가 들어갑니다.
차량용 반도체란 무엇인가?
그렇다면 차량용 반도체(Automotive Semiconductor)란 뭘까요? 자동차의 다양한 전자 시스템과 제어 기능을 지원하는 데 사용되는 반도체 소자를 의미합니다. 이는 차량 내부의 전자제어장치(ECU), 센서, 모터 제어, 통신 모듈 등과 같은 주요 부품에 적용되어 전체적인 자동차 제를 하는 역할이라 보시면 되겠네요
차량용 반도체는 크게 전력용 반도체와 시스템 반도체로 나뉩니다. 물론 메모리 반도체의 사용이 불가능하고 안쓰냐 물어보면 그건아니지만 주로 사용 되는 부분을 이야기드리는 겁니다.
여기서 전력용 반도체는 전기의 변환과 전송을 담당하며, 시스템 반도체는 데이터를 처리하고 제어하는 역할을 합니다. 이들 반도체는 극한의 온도, 진동, 습도와 같은 열악한 조건에서도 안정적으로 동작해야 하므로 높은 신뢰성과 내구성을 요구받습니다. 세부적인 정의를 살펴볼까요?
차량용 반도체와 전력용 반도체의 차이
시스템 반도체
시스템 반도체는 시스템 반도체는 비메모리 반도체로도 불리며, 데이터를 해석하고 계산해 처리하는 역할을 합니다.
반도체 시장에서 시스템 반도체의 비중은 메모리 반도체의 약 2배 정도를 차지하는데 주로 데이터 처리와 제어를 담당하며, 차량의 두뇌 역할을 합니다. 좀더 세부적으로 보자면
자율주행차의 AI 연산을 기반으로 인공지능 데이터 처리, 카메라, 레이더, 라이다(LiDAR) 등에서 수집된 정보 처리를 위한 센서 데이터 분석, 차량의 구동 시스템 관리를 위한 모터 제어 연산, 배터리 상태 모니터링 및 효율 최적화 에너지 관리
메모리 반도체
메모리 반도체는 데이터를 저장하고 필요시 이를 불러오는 역할을 합니다. 이는 휘발성 메모리(DRAM)와 비휘발성 메모리(NAND 플래시)로 나뉘며, 차량 내 데이터 저장 및 처리에 사용됩니다. 예를 들어, 비휘발성 메모리는 OTA(Over-The-Air) 업데이트 데이터를 저장하는 데 활용됩니다. 조금 활용성이 적을수 밖에 없죠?
전력용 반도체
전력용 반도체는 전기의 흐름을 변환하고 제어하는 데 중점을 둡니다. 전기차에서는 배터리에서 모터로 전력을 전달하는 역할을 합니다.
이러한 반도체에서 소자가 굉장히 중요한데 이는 따로 하나하나 분석하는 글을쓸꺼니 가볍게만 보고가죠
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor): 고전압에서 높은 전력을 효율적으로 처리
MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor): 전력 손실을 줄이고 모터 성능을 최적화
정도로 뭐 뒤에할말은 정말 많지만 이게있다 정만으로 넘어가겠습니다.
전기차에서의 반도체 역할
전력 관리
전기차의 핵심 시스템 중 하나는 **배터리 관리 시스템(BMS)**입니다. BMS는 배터리 셀의 충전 상태, 온도, 전압을 모니터링하며, 최적의 상태를 유지하도록 제어합니다. 이 과정에서 MOSFET과 IGBT 같은 전력용 반도체가 배터리로부터 모터로 전력을 효율적으로 전달하며 손실을 최소화합니다.
모터 제어
모터 제어는 전기차의 주행 성능을 결정짓는 핵심 요소입니다. 투스테이지 인버터 같은 기술을 통해 모터의 속도와 토크를 정밀하게 제어하며, 이 과정에서 전력용 반도체가 주요 역할을 담당합니다.
자율주행 및 안전 시스템
자율주행 기술에는 다양한 센서(레이더, 라이다, 카메라)가 필요하며, 이들로부터 수집된 데이터를 처리하는 것은 차량용 반도체의 몫입니다. AI 칩과 마이크로컨트롤러는 차량이 주변 상황을 인지하고 판단하며 적절히 대응하도록 돕습니다. 자율주행의 뇌와 같은 역할을 한다고 볼 수 있습니다.
통신 및 인포테인먼트 시스템
현대 전기차는 단순한 이동 수단을 넘어 스마트 디바이스의 역할을 수행합니다. 통신 반도체는 차량을 외부 네트워크와 연결해 실시간 내비게이션, 스트리밍 서비스, OTA 업데이트 기능을 제공합니다. 차량 내부의 인포테인먼트 시스템은 운전자와 승객에게 더욱 편리하고 스마트한 경험을 제공합니다.
프리뷰는 여기까지 입니다 이제부터 하나하나 깊이있게 다뤄보죠