구글의 독자 레이저 센서, 가격 파괴로 자율주행차 상용화 앞당길까?

※ 아래 글은 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1791호(2017. 4. 12 발행)에 기고한 원고입니다. 

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구글 독자 레이저 센서 개발_자율주행차 부품 가격 대폭 인하.pdf

[요 약]

자율주행차가 상용화되지 못하고 있는 이유는 도로교통법과 사고시 책임소재 등 법적 측면의 미비 외에도, 자율주행차의 판매가격이 상용화하기 어려운 수준이기 때문임. 가격이 높은 이유는 핵심 부품인 레이저 레이더가 7만 달러 이상에 공급되고 있기 때문인데, 구글은 초기부터 이 문제 해결을 위해 독자 센서를 개발해 왔으며, 기존 제품에 비해 10분의 1 낮은 가격에 센서 공급이 가능한 것으로 알려져 자율주행차의 공급망 혁신은 물론 상용화 시기를 크게 앞당길 것으로 기대

[본 문]

ž 알파벳(구글의 지주회사)의 자회사인 ‘웨이모(Waymo)’의 CEO 존 크라프칙은 지난 1월 디트로이트에서 개최 된 북미국제오토쇼(NAIAS)에서 최신 자율운전 기술에 대해 발표

Ø 웨이모는 2016년 5월 크라이슬러와 자율주행차를 공동 개발하기로 합의하고, 퍼시피카 하이브리드(Pacifica Hybrid) 모델을 기반으로 자율운전 미니 밴인 ‘웨이모 자율주행 퍼시피카(Waymo Self-Driving Pacifica)’ 100대를 생산하고 있음

<자료> NAIAS [그림 1] 북미국제오토쇼에 참가한 웨이모

Ø 디트로이트 북미국제오토쇼는 올해 처음으로 부속 전시회인 ‘오토모빌리-D(Automobili-D)’를 열고 자율주행, 커넥티드 카, 전기차, 이동수단 서비스, 도심 이동 수단 등 5개 주제와 관련한 기술 전시와 세미나를 진행하였음

Ø 존 크라프칙은 오토모빌리-D의 세미나에 등단하여 레이저 적외선 레이더(Laser Imaging Detection and Ranging) 등의 센서를 중심으로 최신 자율주행 관련 기술 동향을 발표

Ø 존 크라프칙은 2008년부터 5년간 현대자동차의 미국 법인 사장을 지낸 인물이며, 이후 자동차 구매 온라인 플랫폼 트루카(TrueCar.com) 사장을 거쳐 2015년 9월부터 웨이모 CEO를 맡고 있고, 타임지가 선정한 2016년 자동차 기술 분야의 가장 영향력 있는 인물론 선정된 바 있음

ž 웨이모와 크라이슬러가 개발 중인 미니 밴은 현재 최고 수준의 자율운전 차량으로 평가받고 있는데, 웨이모가 자체 개발한 ‘하드웨어 패키지(Hardware Suit)’를 탑재한 것이 특징

Ø 초기 웨이모는 다른 기업이 개발한 센서와 프로세서를 이용하고 있었는데, 가령 ‘라이다(LiDAR)’의 경우는 여느 자율운전 개발 기업들과 마찬가지로 이스라엘의 벨로다인(Velodyne)이 개발한 최고급 라이다 모델인 HDL-64E를 채택하였음

<자료> Velodyne [그림 2] 벨로다인의 레이저 적외선 레이더(라이다)

Ø 그러나 이 제품은 웨이모가 판단하기에 기능적인 제약이 있으며, 가격은 75,000 달러로 웬만한 고급 차량 가격을 웃도는 문제가 있어 웨이모는 라이다를 포함한 센서 부품들을 자체 개발하기로 결정하였음

Ø 자율운전 차량 상용화의 가장 큰 걸림돌은 가격이 아직 너무 높다는 점인데, 그 이유는 벨로다인의 라이다 가격이 매우 고가임에도 사실상 독점 공급이라 개발업체들이 가격을 크게 낮출 방안이 없기 때문

Ø 이런 이유로 구글은 자체 개발 스마트폰인 ‘픽셀(Pixel)용 부품을 자체 개발하고 있는 것처럼, 자율주행차 개발에서도 소프트웨어뿐 아니라 하드웨어도 함께 개발한다는 방침을 세웠다고 함

Ø 센서는 자율운전 자동차의 두뇌인 AI(인공지능)와 밀접하게 통합되어 있으며, 센서를 구성하는 각 구성 요소들이 AI에 의해 제어되면서 하나의 모듈처럼 기능하게 되는데, 존 크라프칙은 구글의 AI와 웨이모의 자체 개발 고정밀 센서가 결합해 자율운전 기술이 크게 진화했다고 설명

ž 웨이모가 자체 개발한 센서 패키지는 ‘라이다, 비전 시스템(Vision System), 레이더’로 구성되는데, 기술 향상을 통해 보행자의 행동 예측 정확도를 높인 것이 특징이라고 함

Ø 미니 밴의 지붕에는 작은 돔이 탑재되는데 여기에 라이다, 비전 시스템, 레이더가 포함되며, 이와는 별도로 자동차의 앞뒤 네 귀퉁이에 레이더와 라이다가 설치되는데, 모퉁이에 설치되는 라이다는 돔에 설치되는 것과는 다른 유형임

Ø 센서 패키지에서 핵심은 라이다로, 라이다는 레이저 스캐너를 통해 자동차 주위의 오브젝트를 3D로 파악하는데, 실제 보행자와 사람의 사진을 구별할 수 있다고 하며, 정지해있는 개체를 파악하고 개체까지의 거리를 정밀하게 측정

<자료> Cool Hunting [그림 3] 웨이모 자율주행 자동차의 3가지 센서(라이다, 비전 시스템, 레이더) 부착 위치

Ø 자율운전 자동차는 복잡한 시가지를 주행하기 때문에 다양한 객체를 감지할 필요가 있는 것이며, 이런 이유로 라이다가 핵심 부품인 것이고 가격이 높게 형성될 수밖에 없음

Ø 존 크라프칙에 따르면 웨이모의 라이다가 맹점이 없고 자동차 주변의 보행자 모두를 감지 할 수 있으며, 또한 해상도가 높아 보행자가 어느 방향을 향하고 있는 지까지 판정 할 수 있어 보행자의 행동 예측 정확도가 크게 향상되었다고 함

ž 웨이모는 세 가지의 라이다를 탑재하고 있다고 하며, 먼 거리의 객체를 인식하는 데 필요한 장범위 라이다의 경우 특허 출원이 되어 있음

Ø 웨이모의 미니 밴에 탑재되는 첫 번째 유형의 라이다는 ‘단범위 라이다(Short Range Lidar)’로 자동차의 전후 좌우 네 곳에 설치되어 주위의 객체를 인식하는데, 자동차 근처에 있는 어린 아이 등을 파악하며 해상도가 높아 자전거를 타고 있는 사람의 손 신호까지 읽을 수 있다고 함

<자료> Waymo [그림 4] 웨이모의 장범위 라이다 특허

Ø 또 하나는 ‘장범위 라이다(Long Range Lidar)’로 차 지붕의 돔 내부에 탑재되며 멀리 있는 객체를 줌인 할 수 있어 약 200미터 앞에 있는 객체의 헬멧을 식별할 수 있는 정도라고 하는데, 웨이모가 신청한 특허를 보면 독특한 구조로 되어 있으나 자세한 추가 설명은 하고 있지 않음

Ø 장범위 라이다는 일반 라이다와 가변 방식의 라이다, 두 개의 모듈로 구성되는데 일반 라이다는 고정되어 있어 설정된 범위 내에서 스캔을 하며, 가변식 라이다는 FOV(스캔 가능 각도, Field of View)를 바꿀 수 있다고 함

Ø 특허를 보면 줌 렌즈를 이용해 특정 부분을 클로즈업 하도록 가변식 라이다의발광 레이저 빔을 좁은 범위로 스캔 하면 작은 물체도 판정 할 수 있다고 하는데, 이 특허가 실제 센서 부품에 어떻게 구현되어 있는지는 아직 웨이모 측의 구체적 설명이 없음

ž웨이모는 비전 시스템 역시 자체 개발했는데, 이 센서는 특히 어두운 상태에서 객체를 인식하는 데 중요한 기능을 하기 때문에, 이 역시 자율주행차에 핵심 부품이 됨

Ø 비전 시스템은 차량의 돔에 탑재되는데, 다이내믹 레인지를 갖는 광각 카메라의 집합체로 8 개의 비전 모듈(Vision Module)로 구성되며 차량 주위의 360도를 커버함

Ø 비전 시스템은 신호등이나 도로 표지판을 읽는 데 사용되며, 8개의 고정밀 센서로 구성되기 때문에 로드 콘(road cone) 같은 작은 물체도 먼 곳에서 감지할 수 있게 해줌

Ø 또한 다이내믹 레인지가 넓어 어두운 곳에서부터 밝은 곳까지, 즉 약간 어둑한 주차장에서부터 직사광선에 노출되는 눈부신 상황에서까지 다양한 조건에서 이미지를 인식 할 수 있게 해줌

Ø 일반 카메라는 사람과 마찬가지로 빛의 상태에 따라 보이지 않는 상태가 발생하는데, 비전 시스템은 이런 문제를 해결하기 위해 개발된 것으로 태양광이 직접 카메라에 들어가는 상태에서도 객체를 파악할 수 있음

ž 웨이모는 20년 동안 기술 발전이 별로 없었던 레이더 기술도 크게 향상시켰음

Ø 일반 레이더는 앞쪽 방향의 좁은 범위를 커버하지만, 웨이모의 레이더는 차량 앞쪽 측면과 지붕 뒤쪽 날개에 탑재되어 차량 주위 360도를 연속해서 커버하며, 안개 낄 때나 비와 눈이 올 때 등의 경우에 다른 센서를 보완하는 기능을 함

Ø 또한 일반 레이더는 앞쪽 차량의 움직임을 파악하기 위해 사용되지만, 웨이모의 레이더는 차량 외에 보행자나 자전거도 감지하며 이동 속도가 느린 객체도 정밀하게 감지 할 수 있음

ž 웨이모가 개발한 ‘라이다, 비전 시스템, 레이더’의 성능을 절대 평가할 수는 없지만, 무사고 주행거리 등의 지표를 통해 간접 평가해 보면 안정성 향상에 진전을 이룬 것으로 보임

Ø 웨이모의 자율주행 미니 밴은 누적 250만 마일을 주행했는데, 시가지를 중심으로 주행 시험을 진행하고 있으며 올해 5월경에 누적 300만 마일에 도달할 것으로 예상

Ø 도로 테스트 이외에도 웨이모는 시뮬레이터를 통한 주행 시험도 지속하고 있는데, 2016년에만 10억 마일을 주행했다고 함

Ø 시뮬레이터는 다양한 주행 상태를 재현할 수 있다고 하는데, 자동차 주행이 어려운 상황이나 운전 중 거의 발생하지 않는 상황을 시뮬레이터로 생성할 수 있어 시뮬레이터를 통한 주행 테스트는 자율주행 차의 소프트웨어의 개선에 큰 기여를 하고 있음

Ø 자율운전 차의 성능은 얼마나 먼 거리를 운전자의 관여 없이 자율주행 할 수 있는지, 즉 시험 주행 중에 드라이버의 자동 모드 ‘해제(Disengage)’가 얼마나 적게 발생하는 지 등의 지표를 통해 간접적으로 평가할 수 있음

Ø 1000 마일 주행 중 몇 번이나 해제가 발생했는지를 나타내는 지표를 보면, 웨이모의 경우 2015 년 0.80회에서 2016년 0.20 회로 크게 낮아졌으며, 따라서 안전성이 순조롭게 개선되고 있는 것으로 추정해 볼 수 있음

Ø 2016년의 결과 수치를 보면 5000 마일 주행에 한 번 정도 문제가 발생하고 있다는 것인데, 이는 사람이 직접 운전하는 것과 비교할 때 결코 불안하다고 할 정도는 아니지만, 인명과 관련되는 차량 사고의 특성상 한층 더 개량이 요구된다 볼 수 있음

ž 웨이모의 자체 개발 센서에서 기능 개선보다 더 주목할 점은 바로 가격인데, 라이다의 경우 기존 상용 제품의 10% 수준이어서 자율운전 자동차 상용화의 결정적 계기가 될 전망

Ø 자율운전 자동차의 핵심 센서인 라이다의 경우 벨로다인이 75,000 달러에 제공하는 반면, 웨이모가 개발한 라이다는 7,500 달러로 무려 90%나 낮은 가격임

Ø 이렇게 되면 자동운전 차량 개발에서 센서의 선택 양상이 크게 달라질 수 있는데, 개발업체 중에는 테슬라처럼 라이다의 가격이 너무 높기 때문에 구매 가능한 상용화 가격 수준을 맞추기 위해 라이다는 장착하지 않고 카메라와 레이더로만 센싱하는 경우가 적지 않음

Ø 현재 자율운전 차량의 개발에는 라이다와 카메라를 모두 사용하는 것이 이상적이며, 어느 하나만을 단독으로 사용하는 것은 아직 기술적으로 무리라 알려져 있지만, 사실상 독점 공급인 라이다의 가격이 너무 높아 부득이 제외하고 자율운전 차량을 개발하려 시도해 보는 것임

Ø 그러나 웨이모의 센서가 벨로다인 제품과 성능 면에서 차이가 크지 않으면서 10분의 1 가격 수준에서 제공된다면 안정성과 정확도를 높이기 위해서 라이다를 선택하지 않을 이유가 없는 것이며, 라이다의 가격 파괴로 자율운전 기술 방식은 라이다 중심으로 굳어질 가능성이 높음

ž 웨이모의 자체 센서 개발은 자율운전 자동차의 공급망에 큰 변화를 가져올 전망이며, 구글로서는 자율운전차 시장을 석권할 수 있는 강력한 무기를 얻게 될 것으로 보임

Ø 어느 제조업 분야에서건 만일 기존 핵심부품을 대체할 수 있는 것이 10분 1 가격으로 제공된다면 산업의 공급망은 완전히 새롭게 재편될 수밖에 없을 것이며, 그 부품을 공급하는 업체가 완성품까지 제조하는 경우라면 산업 전체를 석권할 수 있는 강력한 무기를 얻게 될 것임

Ø 웨이모가 바로 그런 경우로, 자율운전차 제조의 핵심 센서들을 매우 낮은 가격에 독점적으로 제공할 수 있다면 공급망을 독점하게 될 것이며, 타 업체에는 공급하지 않고 자체 개발 차량에만 사용한다면 완성차 시장에서 비교할 수 없는 가격 우위를 점할 수 있게 될 것임

Ø 이런 면에서 올해 2월 웨이모가 라이다 기술 보유업체인 '오토 모터스(Otto Motors)'와 오토의 모회사인 우버를 상대로 제기한 소송의 결과는 향후 자율운전차 산업과 부품 산업에 큰 영향을 미칠 전망

Ø 우버는 2016년 8월 오토 모터스를 6억 8천만 달러에 인수하며 오토 모터스의 창업자인 앤서니 레반도프스키를 우버의 자율운전차 개발 책임자로 임명했는데, 우버가 설립된 지 얼마 되지도 않은 벤처기업을 거액에 인수한 이유는 라이다 기술을 보유하고 있었기 때문

Ø 그런데 앤서니 레반도프스키는 오토 모터스 설립 전에 구글의 자율운전차 개발 핵심 멤버였고, 이 때문에 웨이모는 우버가 부정한 방법으로 자신들이 개발한 라이다 기술을 입수했다고 소송을 제기한 것

Ø 우버는 웨이모의 소송 제기에 대해 구글이 우버의 자율운전차 기술 개발을 지연시키려는 술책이라 강하게 비판하며 전면전을 펼치려는 자세를 보이고 있음

Ø 앤서니 레반도프스키라는 인물을 중심에 놓고 보며 웨이모와 우버의 라이다 기술은 유사할 것으로 추측해 볼 수 있으며, 웨이모와 함께 세계 최대 택시 배차업체가 된 우버가 저가의 라이다를 탑재한 차량을 출시한다면 자율운전차의 상용화는 급진전 될 것으로 기대해 볼 수 있음

Ø 반면 산업 내적으로 보면 자율운전차의 공급망은 물론 완성차 시장의 선점을 놓고 구글과 우버가 일대 격돌을 벌이게 될 것임을 짐작해 볼 수 있으며, 라이다 기술을 놓고 벌어진 양측의 소송이 어떻게 진행되느냐에 따라 자율운전차 시장 판도는 크게 변화할 것으로 보임