[첨단 헬로티]

갑자기 자율주행 기술의 미래가 다소 불확실해 보이고 있다. 기술과 자동차 분야의 전폭적인 지지자들이 지금까지 수년간 주장해온 내용을 생각할 때 이런 상황은 다소 놀랍지 않을 수 없다. 자율주행 자동차가 “바로 코앞에 다가왔다”고 그들은 말해왔기 때문이다(이들이 그 같은 말을 얼마나 자주 했는지 구글로 검색해 보기 바란다). 이런 전망 변화를 가져온 가장 최근의 원인은 사망자가 발생한 여러 경우를 비롯해 사고가 일어나기 시작했다는 점이다. 

이로 인해 대중적 논의는 그 주제가 칩과 센서의 설계이든 혹은 자동차 번호판과 차량 선단 전체의 운명이든 간에 적어도 당분간은 안전성과 신뢰에 집중하는 쪽으로 옮겨가고 있다. 일반대중과 언론의 이 같은 회의적 분위기와 정부의 주목도가 점점 더 증가하고 있는 가운데 혁신을 달성하기는 더욱 어려워질 수도 있다. 또한 모든 종류의 테스트에 드는 비용은 더욱 커질 것이 틀림없다. 실리콘 밸리와 전세계의 자동차 중심지 그리고 우후죽순으로 뻗어나가고 있는 전세계 자동차 공급망은 이런 상황에 어떻게 대응해야 할까?

불과 수 년 전까지만 해도 자율주행 기술에 대한 이야기는 거의 전적으로 긍정 일색이었다는 것을 생각해 보자. 자율주행 차량은 유해한 교통문제, 탄소 배출의 억제와 노인과 장애인을 돕는 일로부터 번거로운 재해보상 청구 과정의 간소화에 이르기까지 모든 문제를 해결해 줄 것으로 기대되고 있다. 또한 자율주행 차량은 엄청난 수의 인명도 구해줄 것으로 기대된다. 새로운 개발 기술과 운전대나 페달이 없는 프로토타입 차량은 가장 편견이 심한 언론매체와 언론인조차도 깜짝 놀랄만한 진지함으로 무장하고 있었다. 자율주행 차량을 추진하는 기술 전문가와 경영인들은 대개 기술 분야의 영웅으로 찬사를 받았다.

그런데 불과 몇 년 사이에 이 모든 상황이 바뀌고 말았다. 이제 유일한 백기사는 새로이 자신들의 과오를 깨달은 자율주행 분야 엘리트들의 안전 프로그램을 정화하기 위해 고용된 규제 기관의 전문가 뿐이다. 그리고 지금의 전반적인 분위기는 회의론이나 노골적인 적대감만이 감돌고 있다. 분명한 점은, 이런 변화 중 적어도 일부는 기술 분야가 일반적으로 소란 상태에 있다는 사실로 설명할 수 있다는 것이다. 

이제 이 기술은 의심의 여지가 없는 선한 세력이 아니라 축복과 저주가 완전히 뒤섞인 강력한 판도라의 상자가 열린 것으로 여겨지고 있다(예: 자율주행 배달 차량은 극적인 비용 절감과 효율성 향상을 가져오겠지만, 수백만 명에 달하는 운전자를 실직으로 내몰 수도 있다). 그러나 자율주행 기술에 대한 분위기가 갈수록 더 어두워지고 있는 이유 중 하나는 아직은 극소수에 불과한 사망 사고가 언론의 대대적인 관심을 받고 있기 때문이다. 이런 현상은 아무도 언급하고 싶어 하지 않아도 계속될 것이 틀림없다는데 모두가 동의하고 있다.

여기에서 중요한 점은 교통안전 분야의 엔지니어들이 그 동안 지적해왔던 문제를 되짚어 보는 것이다. 인간 운전자에게 주어지는 부담은 믿을 수 없을 정도로 크다. 이 신기술을 개발하고 있는 주된 이유는 점점 더 심해지고 있는 사망 사고를 줄이기 위해서다. 사실, 지난 수년간 감소세였던 도로 상의 사망자 수는 다시금 증가세를 보이고 있다. 2017년 현재 미국의 해당 사망자 수는 4만 명을 넘어서서 전년도의 3만 6000명보다 증가세를 보였다. 이는 인간을 가능한 한 빨리 의사결정, 주행 과정에서 제외시켜야만 할 이유로 보인다. 하지만 운전이 문화에서 차지하는 특유의 위치와 예측불허의 인간 심리를 고려할 때, 자율주행 기술을 현장에 대대적으로 투입하기 전에 그 안전성을 대안적인 방법보다 극적으로 더 높여야 할 필요가 있다. 엘론 머스크 씨의 유명한 말 중에, 테슬라의 자율주행 시스템인 오토파일럿(Autopilot)이 미국의 평균적인 차량보다 열 배 더 안전해지기 전에는 베타 딱지를 떼지 않겠다는 말이 있다. 그 밖에 시연되는 안전 수준을 수십, 수백 배 더 높여야 한다고 말하는 이들도 있었다.

자동차 산업이 이를 실현하기 위해서는 경계의 시선으로 바라보고 있는 일반 대중과 규제 기관, 정부에게 시뮬레이션과 테스트를 통해 확신을 줄 수 있는 스마트 하고 안전한 시스템을 개발해야 한다. 그 같은 개발 과정에는 물리적 테스트 뿐만 아니라 물리 기반의 시뮬레이션도 요구된다. 물리적인 제품이 특정 요건과 ISO 26262 같은 기능 안전 관련 품질 기준을 준수하고, 검증 및 입증하기 위해서는 물리적 테스트가 필요하다. 

반면에, 설계 반복 작업을 신속하고, 비용 효율적으로 수행하고, 해당 시스템이 발생 가능한 실제 세계의 모든 용도를 다룰 수 있음을 재현하고, 동시에 안전한 환경에서 입증하기 위해서는 시뮬레이션이 필요하다. 완전한 확인과 검증 프레임워크에 초점을 맞춘 강력한 방법론이 업계가 자율주행 차량을 보다 빠르게 개발할 수 있는 완전한 솔루션으로 좀더 신속하게 나아가도록 지원할 수 있는 열쇠다. 따라서 서로 연관된 세 가지의 검증 및 확인(V&V: Validation & Verification) 환경을 이용한 방법을 제안한다.

3파트 방법론

첫 번째 V&V 환경은 MIL(Model-In-the-Loop), SIL(Software-In-the-Loop), 클러스터 애플리케이션에서 적용되는 시뮬레이션 툴을 통해 구현된다. 이 환경에서는 가능한 한 많은(수백만 개에 달하는) 시나리오를 턴어라운드가 빠르고 비교적 손쉽게 편차를 적용할 수 있는 통제된 환경에서 다루고자 한다. 2018년 3월에 발표된 지멘스의 자율주행 솔루션은 이런 접근방법 사례 중 하나다.

두 번째 V&V 환경은 소프트웨어와 하드웨어의 조합을 통해 HIL(Hardware-In-the-Loop), VIL(Vehicle-In-the Loop), DIL(Driver-In-the-Loop) 테스트를 수행한다. 이 환경에서는 필요한 시나리오의 수가 보다 적어서(수천 개에서 수십만 개 범위) 확인이 필요한 가장 중요한 시나리오 일부분에만 집중하게 된다. 

최종적인 세 번째 V&V 환경은 실재 세계 용도의 일부분을 나타내는 에뮬레이트 된 환경에서 구현된다. 이 환경에서는 불과 수십 개 또는 수백 개의 시나리오만이 테스트 되며, 이런 시나리오는 대개 규제기관들이 정한 요건을 토대로 한다. 

이 최종적인 환경이 원하는 결과를 제공하면 해당 차량은 도로를 달릴 준비를 갖추게 되는 것이다. 

각각의 V&V 환경에서 반복 작업을 통해 결과를 수집하게 되며, 이런 결과를 이용해 요건이 충족될 때까지 소프트웨어와 하드웨어에서 설계를 적응시키게 된다. 여기에는 효율적이고 강력하며 빠른 자율주행 차량 개발 프로세스를 확립하는 데 필요한 완전한 수명주기 개발 작업이 망라된다.

시뮬레이션

당연히 소프트웨어 기반의 시뮬레이션이 V&V의 부하로 인한 타격을 가장 크게 받게 되며, 궁극적으로는 현실을 나타내는 수백만 개의 시나리오를 다룰 수 있도록 확장 가능해야만 한다. 시뮬레이션 툴은 다음 항목들을 제공할 수 있어야 한다.

•‌ 현실적인 센서 시뮬레이션

•‌ 주석 데이터를 갖춘 현실적인 정적 및 동적 세계 모델

•‌ 현실적인 탑승자 모델

•‌ 현실적인 차량 모델

•‌ 강력한 클러스터 및 테스트 자동화 기능

지멘스 PLM에서는 앞서 언급한 모든 항목을 망라하는 통합 툴 스위트(Integrated tool suite)를 제공하고자 노력하고 있다. 우리가 Simcenter 포트폴리오의 일환으로 2018년 상반기에 발표한 자율주행 솔루션은 TASS사의 PreScan 시뮬레이션 환경으로 시작된다. 이 시뮬레이션 환경에서는 무제한적인 수의 잠재적인 주행 시나리오와 교통 상황, 기타 파라미터에 대해 매우 사실적인 물리 기반의 미가공 센서 데이터가 시뮬레이션으로 생성된다. 

PreScan의 시뮬레이트된 LiDAR, 레이더, 카메라 센서에서 생성되는 데이터는 멘토의 DRS360 플랫폼에 입력되며, 여기에서 실시간으로 융합돼 차량의 환경과 주행 조건에 대한 고해상 모델을 생성한다. 그러면 사용자는 DRS360 플랫폼의 우수한 인식 해상도와 고성능 처리 기능을 이용해 사물 인식과 주행 정책 같은 중요한 작업을 위한 독점적 알고리즘을 테스트해 개선할 수 있다. 궁극적으로, 이 툴 스위트는 팀센터(Teamcenter) 같은 제품 수명주기 관리(PLM) 환경과 폴라리온(Polarion) 같은 요건 관리 툴과도 결합될 것이다.

또 한 가지 중요한 점은 모든 설계 툴이 다양한 수준에서 시뮬레이션을 수행할 수 있을 정도의 유연성을 가져야 한다는 것이다. 

물리 기반의 센서 시뮬레이션은 자율주행 차량의 기능 발전을 돕는 데 있어서 절대적으로 중요하다. 그러나 센서 모델링의 현실감이 높아질수록 연산 능력에 대한 요구 또한 증가하게 된다. 우리의 툴이 보다 이상적인 센서로 제공되는 것은 이 때문이다. 이런 센서는 까다로운 실시간 HIL 설정에서 완전한 시스템 테스트를 수행할 경우에 사용할 수 있다. 시간이 지나면서 그래픽 카드와 인공지능, 일반적인 연산 능력이 발전함에 따라, 기술은 필요한 모든 V&V 환경에서 사용할 수 있을 정도로 정확하고 빨라질 것이다.

테스트

자율주행 차량의 개발 수명주기에서 시뮬레이션의 중요성은 갈수록 더 커지고 있다. 하지만, 자동차가 실제 상황에서 그 가치를 입증할 수 있게 되기 전까지는 결코 완성됐다고 할 수 없을 것이다. 

이 마지막 단계는 시뮬레이션을 크게 보완해줄 것이라 생각한다. 우리의 ADAS, 승객 안전 시스템의 검증 및 인증 기술에 대한 유엔 유럽 경제 위원회·유럽 신차안전도평가(UNECE/EuroNCAP)의 다양한 승인이 이를 입증해 주고 있다. 우리는 주행시험노선(Test track)으로 가기 전에 시뮬레이션을 이용할 뿐만 아니라, 이 주행시험노선에서 얻은 결과를 이용해 우리 시뮬레이션 툴의 작동 방식을 개선하기도 한다. 

이런 테스트 철학을 통해 차량의 도로주행 테스트에 필요한 시간이 최적화 될 뿐만 아니라 전반적인 테스트 커버리지도 증대될 것이라 믿는다. 또한 가까운 장래에 가상 인증 기능이 이 프로세스에 통합돼 자율주행 차량 테스트에 필수불가결한 일부가 될 것이다.

역사의 교훈

강력한 V&V 방법론은 현재의 불확실성에도 불구하고 여전히 필연적일 수밖에 없는 L4/L5 자율주행 차량 개발의 열쇠다. 자동차 역사광들의 지적에 따르면, 1890년대에 최초의 자동차 사고 사망자가 발생하기 시작했을 때, 정부의 엄중단속이 이뤄지고 대중의 봉기가 일어날 것이라는 무시무시한 경고가 있었음에도 불구하고 별다른 일은 일어나지 않았다고 한다. 속도 제한은 강화됐다가 한동안 폐지됐으며, 사망자 수가 증가하긴 했지만 혁신과 판매가 그보다 더 빠른 속도로 증가하면서 도시와 경제 그리고 우리 삶의 방식에 변혁을 가져왔다.

이런 기본적인 현실에 대한 해석 방법은 수없이 많겠지만, 그 중 한 가지는 개인 운송의 유용성과 이점이 너무도 큰 나머지 사회 전반에서 사소한 안전쯤은 자동차나 테슬라가 부여하는 놀라운 이점과 맞바꿀 만한 가치가 있다고 계산한다는 것이다. 

오늘날의 교통사고 사망률 통계치는 정신이 번쩍 들 정도로 터무니없이 높지만, 한편으로 현대의 자동차들은 놀라울 정도로 안전하다는 점도 주목할 만하다. 미국의 경우, 교통사고 사망률은 차량주행거리 1억 마일 당 한 명이 조금 넘는 정도인데, 이는 대부분의 사람들에게 있어서 수십 번의 생애에 해당하는 시간이다.

V&V와 테스트 방법론은 다양한 이해 관계자들의 요건을 고려해야 하며, 차량과 실세계의 디지털 트윈을 물리 기반의 첨단 시뮬레이션 환경에서 개발할 수 있는 프레임워크를 사용해야 한다고 생각한다. 우리의 목표는 이 방법론과 프레임워크를 이용해 L4/L5 자율주행 차량의 개발, 채택을 실현하는 것이다. 

우리의 기존 확인, 인증 서비스와 소프트웨어 툴을 통해 이런 목표를 달성하고 “중요한 혁신을 실현한다(To make real what matters)”는 우리의 미션을 수행할 수 있다고 믿는다. 자율주행 차량의 미래와 교통사고의 극적인 감소, 그리고 이런 자율주행 기술이 전세계 사회 전반에 가져올 새로운 기회에 대해 흥분을 감출 수가 없다. 

글: 앤드류 매클라우드(Andrew F. Macleod)   멘토, 지멘스 비즈니스 자동차 마케팅 부문 디렉터

저/자/약/력

앤드류 매클라우드(Andrew F. Macleod)는 멘토, 지멘스 비즈니스의 자동차 마케팅 부문 디렉터다. 자동차 소프트웨어 및 반도체 업계에서 15년 이상의 경력을 갖고 있으며, 신제품 개발 및 도입, 제품 관리, 그리고 중국 자동차 산업에 대한 집중을 포함한 글로벌 전략 부문의 전문 지식을 갖추고 있다. 영국 페이즐리 대학교에서 공학 학위 우등의 명예를 획득했으며, 현재는 텍사스 주 오스틴 시에 거주하고 있다.