ISO 26262를 통한 반도체 설계 및 기능 안전의 중요성

배경과 문제

현대 자동차의 혁신은 전자제어장치(ECU)와 차량 내부 센서의 활용에서 시작됩니다. 엔진, 변속기, EPS(전자식 파워 스티어링), 브레이크, 에어백 등의 시스템은 모두 ECU를 통해 제어되며, 이러한 시스템의 핵심에는 반도체 칩(SoC, MCU, ASIC 등)이 있습니다.

기능 안전은 분석 기법 자체보다, 산출물 간 연결성과 변경 시점의 갱신 속도가 실무 성과를 좌우합니다. 감사/고객 리뷰는 “무엇을 했는가”보다 “근거가 연결되어 있는가”를 봅니다.

핵심 내용

현대 자동차의 혁신은 전자제어장치(ECU)와 차량 내부 센서의 활용에서 시작됩니다. 엔진, 변속기, EPS(전자식 파워 스티어링), 브레이크, 에어백 등의 시스템은 모두 ECU를 통해 제어되며, 이러한 시스템의 핵심에는 반도체 칩(SoC, MCU, ASIC 등)이 있습니다. 이러한 칩은 차량의 성능에 영향을 미칠 뿐만 아니라 안전성에도 직접적인 영향을 미칩니다. 자율주행, 첨단운전자보조시스템(ADAS) 등 첨단 기술이 계속 진화하면서 반도체 설계와 기능 안전의 중요성도 기하급수적으로 커지고 있습니다.

그러나 자동차용 반도체의 고장은 심각한 안전 문제는 물론 인명 피해까지 초래할 수 있습니다. 이러한 위험을 완화하기 위해 ISO 26262와 같은 기능 안전 표준은 필수 지침이 되었습니다. 이러한 표준은 반도체 설계의 초기 단계부터 안전을 보장하는 강력한 프로세스를 제공합니다.

ISO 26262 및 반도체 설계: 왜 중요한가요?

ISO 26262란 무엇인가요?

ISO 26262는 자동차 전기전자(E/E) 시스템의 기능 안전을 보장하는 국제 표준입니다. 이는 시스템의 안전 목표와 요구 사항을 정의하고 이를 달성하기 위한 프로세스와 방법론을 제공합니다. 특히 A~D 범위의 ASIL(자동차 안전 무결성 수준) 등급을 할당하여 각 기능의 안전 중요도를 평가하며, D가 가장 엄격합니다.

ASIL 평가의 세 가지 요소:

• • 심각도(S): 사건으로 인해 발생한 피해의 심각도.

  • 노출(E): 상황이 발생할 가능성.

  • 제어성(C): 상황을 제어하는 운전자의 능력.

이미지 설명: (1) %EA%B7%B8%EB%A6%BC4: 기능 안전 개념을 설명하기 위한 참고 이미지

11부: 반도체 설계를 위한 새로운 지침

2018년 ISO 26262(2판)에는 반도체 설계 및 개발에 초점을 맞춘 Part 11이 도입되었습니다. 이번 추가는 자동차 반도체의 복잡성이 증가하고 ECU(시스템 수준)뿐만 아니라 반도체(HW 수준)에서도 안전을 보장해야 할 필요성을 인정한 것입니다.

핵심 사항:

• 반도체 설계의 무작위 고장률 분석 및 결함 모드 평가

• ECC, Lockstep, BIST 등 하드웨어 안전 메커니즘을 설계하고 검증합니다.

• FMEDA(Failure Mode, Effects, and Diagnostic Analysis)를 통한 진단 범위 분석.

반도체 설계에 대한 주요 고려 사항

1. 안전 메커니즘

반도체 설계 단계에서 주요 안전 메커니즘을 구현하는 것은 ISO 26262 규정 준수에 매우 핵심 요소입니다.

이미지 설명: (1) %EB%B0%98%EB%8F%84%EC%B2%B4 %EC%84%A4%EA%B3%84 02 eng 1 1: 기능 안전 개념을 설명하기 위한 참고 이미지

• ECC(오류 수정 코드): 메모리 데이터 오류를 감지하고 수정하여 데이터 무결성을 보장합니다. 예를 들어 SRAM이나 DRAM에 적용된 ECC는 비트 플립 오류를 감지하고 단일 지점 오류를 방지할 수 있습니다.

• Lockstep CPU 코어: 두 개의 CPU 코어에서 동일한 작업을 동시에 수행하고 결과를 비교하여 오류를 감지합니다. 이 기술은 ASIL D와 같은 높은 안전 수준에 널리 사용됩니다.

• BIST(내장 자체 테스트) 및 LBIST: 하드웨어가 오류를 자율적으로 진단할 수 있도록 합니다. LBIST는 자율주행 시스템에 특히 중요한 실시간 논리 오류를 감지합니다.

• Watchdog: 시스템 오작동을 모니터링하고 이상이 감지되면 안전 모드로 전환합니다.

2. FMEDA(고장 모드, 영향 및 진단 분석)

FMEDA는 하드웨어 구성요소에 대한 고장 모드, 그 영향, 진단 적용 범위(DC)를 정량화하는 프로세스입니다. 이는 시스템 ASIL 목표를 달성하는 데 중요한 역할을 합니다.

• 주요 분석 영역:

  • 실패 모드(단락, 개방, 고착 오류 등) 및 실패 확률(FIT)을 도출합니다.

  • ECC 및 Lockstep과 같은 메커니즘의 진단 적용률을 분석합니다.

• 사용 사례: 반도체 설계 팀은 FMEDA 결과를 사용하여 고장 모드를 개선하고 OEM 및 Tier 1 공급업체에 데이터를 제공하여 시스템 안전성을 향상시킵니다.

3. 품질 관리 및 프로세스 개선

이미지 설명: (1) %EB%B0%98%EB%8F%84%EC%B2%B4 %EC%84%A4%EA%B3%84 03 1024x683: 기능 안전 개념을 설명하기 위한 참고 이미지

ISO 26262 파트 8에는 다음과 같은 방식으로 반도체 설계에 적용되는 SW/HW 품질 보증 요구사항이 요약되어 있습니다.

• 구성 관리: 설계 데이터(RTL, IP) 및 검증 환경을 체계적으로 관리합니다.

• 요구사항 추적성: 설계 및 검증 단계에서 안전 요구사항이 정확하게 반영되도록 보장합니다.

• 검증 및 테스트: 실리콘 전 시뮬레이션부터 실리콘 후, ATE(자동 테스트 장비) 단계까지 포괄적인 테스트.

실용 응용: 안전한 반도체 설계

ASIL D SoC 설계

ASIL D 목표를 달성하기 위해 설계에는 듀얼 코어 Lockstep, ECC 메모리 및 BIST 기능이 통합되어 있습니다. 이러한 설계는 90~99%를 초과하는 SPFM(Single Point Fault Metric) 및 LFM(Latent Fault Metric) 비율을 달성하는 것을 목표로 합니다.

채택 전략

• 초기 비용 투자: ISO 26262 인증을 준비하려면 상당한 초기 비용이 필요하지만 장기적으로 유지 관리 비용을 절감하고 고객 신뢰를 높일 수 있습니다.

• 전담 팀: 기능 안전 전문가(FuSa 관리자) 및 검증 엔지니어로 팀을 구성하면 체계적인 규정 준수가 보장됩니다.

• 도구 자격: 설계 및 검증 도구(EDA 도구, FMEDA 계산 도구)도 ISO 26262 요구 사항에 따라 인증을 받아야 합니다.

요약: 반도체 설계의 미래

ISO 26262는 인증 요구사항 그 이상입니다. 이는 자동차 반도체 설계의 품질과 신뢰성을 향상시키기 위한 프레임워크입니다. 자율주행과 ADAS 기술이 발전함에 따라 반도체 설계 초기 단계부터 안전성을 확보하는 것이 필수적입니다.

주요 사항:

• ISO 26262 Part 11은 반도체 설계에 대한 구체적인 지침을 제공합니다.

• FMEDA는 결함 모드 분석 및 진단 적용 범위 평가를 통해 시스템 안전성을 강화합니다.

• ECC, Lockstep, BIST와 같은 하드웨어 안전 메커니즘은 설계 단계 초기에 고려표준 근거와 함께 수행검증 기준을 명확히 두고 진행해야 합니다.

• OEM 및 Tier 1 공급업체와의 협력을 통해 반도체 설계를 대규모 시스템에 안전하게 통합할 수 있습니다.

ISO 26262 준수는 자율주행차 시대를 준비하기 위한 전제조건입니다. 반도체 설계에서 안전성과 품질을 모두 달성함으로써 자동차 산업은 더 큰 신뢰와 자신감을 구축할 수 있습니다. Hermes 솔루션을 사용하면 귀사는 ISO 26262 요구 사항을 충족하는 반도체를 성공적으로 설계하기 위한 전문가의 지도와 지원을 받을 수 있습니다. 함께 더욱 안전하고 혁신적인 미래를 만들어 갑시다.

실무 적용 가이드

1. Item/기능 경계를 명확히 하고 HARA 범위를 고정합니다.
2. Safety Goal→요구사항(HW/SW)→검증 케이스를 양방향으로 연결합니다.
3. 설계 변경 시점마다 SPFM/LFM/PMHF와 근거 산출물을 함께 갱신합니다.

체크리스트

• Safety Goal과 검증 케이스가 1:1로 추적되는가?
• 변경 이력(누가/언제/왜)과 승인 근거가 남아 있는가?
• Safety Case 제출 시 “근거 묶음”을 즉시 생성할 수 있는가?

마무리

정리하면 기능 안전은 “완벽한 문서”보다 “연결된 근거와 빠른 갱신”이 품질을 만듭니다. 팀이 반복 가능한 운영 패턴을 갖추는 것이 장기적으로 가장 큰 비용 절감으로 이어집니다.

다음 단계: 프로젝트 산출물 샘플(추적 매트릭스/증적 패키지)이 필요하면 Hermes Solution Technical Briefing을 요청해보세요.