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(210915) 자율주행 산업#1 - 산업 및 기술 이해(Ladar, Radar, 카메라 센서의 종류 및 특징 등)

Genie In Us 2021. 10. 9. 12:18
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https://blog.naver.com/tg1574/222432507695

자율 주행 섹터 투자 이것만 알면된다! (자율 주행 섹터 완벽정리)

자율 주행? 결국 우리에게 다가올 미래! 자율 주행에 관련된 뉴스는 많이 접하고 있습니다. 언젠가는 우리...

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앞전에 자율 주행 섹터에 대해 전반적으로 리서치를 한적이 있습니다.

해당 내용을 한번 보시면, 자율 주행섹터에 대해 이해가 좀 더 쉬울 듯 합니다.

앞전에 자율 주행은 전반 적인 자율주행 기술과 글로벌 공급체인, 그리고 ETF에 대해 알아봤다면

오늘은 자율 주행에 대해 좀더 깊이 있게 살펴보고, 국내 유망 종목들을 발굴한 리서치자료를 공유해보려고 합니다.

해당 리포트는 자율주행 전반에 대한 기술, 그리고 전망, 공급체인 등이 상세하게 나온 자료로 일독해볼 만한 자료입니다.

자율주행 산업 미리보기 #1의 목차 - 자율주행 산업 분석

1. 자율주행 산업

(1) 자율 주행 산업의 성장성

(2) 자율 주행의 혜택 - 안전과 시간의 활용

2. 자율 주행 센서의 종류 및 특징

(3) 센서 발전이 가져온 인지 역량의 성숙 : 자율 주행의 대중화를 앞당기는 발전

(4) Lidar

- 작동 원리 및 구성

- Liadr 구조 : 고정형 vs 기계식

- Liadr의 종류 : OPA Lidar, FMCW Lidar / 3D Flash Liadar - 대면적 펄스 조사

- Lidar 제조사별 기술 전략 : Velodyne, Luminar, Innoviz, Ouster, Aeva, Aeye 등

(5) 자율주행 카메라의 발전 가능성

(6) Radar

- 작동 원리 및 구성

- 기술의 발전 가능성 : 4D Radar

(7) 보조 센서의 발전 : 열화상 카메라, IMU, 초음파 센서 등

(13) 자율주행 시대의 국내 부품사의 역할

- 현대 자동차, 만도, 국내 스타트업 등 자율주행 센서 개발 추진

(14) 센서 퓨전의 개념 :

- 다양한 센서의 입력값을 통합하여 단일 모델 및 이미지로 통합!

3. 자율 주행의 과제 및 지원방안

(15) 자율 주행 상용화를 위한 정책 방향성

(16) 인공지능에 기반한 판단 역량 강화의 중요성

(17) OTA(Over-the air programming)의 필요성 : 프로그램의 무선 배포 기술

4. 글로벌 차량용 카메라 전망

(18) 모바일 업체의 공격적인 사업 확장

키움증권 자료

원문 링크는 맨 아래에 있으니, 필요하신 분들은 보고 스터디 해보시면 좋을 듯 합니다!

지금은 다시 관심이 수글어 들었지만, 이럴때 일수록 차분하게 좋은 종목을 발굴하고, 원하는 타이밍을 기다리는 것이 바람직하겠죠?

자율주행 산업 미리보기(산업/ 기업 - 만도, 옵트론텍, 엠씨넥스, 아모텍, 오비고)

키움증권(김민선, 김상표, 오현진 등), '21.09.15

자율주행 산업 미리보기

자율주행 산업의 성장성

• 산업은행이 조사한 자율주행 차량의 국내외 개발 현황에 따르면 자율주행 차량은 2021년 약 5만대에서 2040년 약 3천3백 만대로 가파른 성장을 기록할 전망. 특히 센서, 소프트웨어 등을 포함한 자율주행 차량 전체 제조비용이 기존 자동차 대비 낮 아지는 2025~2027년 이후, 자율주행차의 보급률이 급격하게 증가할 것으로 전망

• 자율주행차가 다양한 서비스 플랫폼 역할을 개발하면서 움직이는 IT 단말기로 인식됨에 따라 모바일 업체들의 차량용 부품으 로의 사업 확대가 본격화. 자율주행차 관련 4가지 분야 중 스마트카 서비스와 함께 전장 부품 분야의 파급효과를 가장 높을 것이라 전망

• 국내에서도 자율주행 생태계를 활성화시키기 위해 자율주행 유상 서비스 허용하는 법을 시행 하는 등 기술과 서비스 개발을 넘어 제도적, 사회적 차원의 준비도 진행 중

자율주행의 혜택 – 안전과 시간 활용

• 자율주행의 가장 큰 혜택은 안전과 차량 내 시간 활용. 미국 도로교통안전국(NHTSA)가 발표하는 1억 마일 당 교통사고 사망 자 숫자도 ADAS 기능이 대중화 된 2016년 이후 연 평균 10% 이상의 지속적인 감소세를 보이고 있음. 테슬라는 분기 별 안 전보고서를 공개. 2021년 2분기 기준 100만 마일 주행 당 사고 발생 빈도는 일반 차량의 경우 2.07건인데 반해, 자사 오토파 일럿과 Safety Features를 동시에 적용시 사고 발생 빈도는 0.24건으로 약 90% 감소. 이러한 트렌드는 2018년 3분기 안전 보고서 최초 발표 이후 지속적으로 유지되고 있으며, 향후 FSD 기능의 완성도에 따라 추가적인 감소를 기대

• A.T Kerney에 따르면 자율주행 상용화는 2030년 기준 운전자들에게 고속도로 주행 중 연간 최대 1.9조분의 자유 시간을 가 져다 줄 것으로 전망. 이러한 혜택 속에서, 시장 조사기관 IHS, LMC Automotive 등은 2030년 기준 Level 2+ 탑재 차량이 6,900만대 수준으로 성장할 것으로 예상되며, (연간 신차 판매 중 약 30%) 2040년 이후에는 완전 자율 주행 차량의 대중화 를 기대

센서 발전이 가져온 인지 역량의 성숙

• 자율주행 작동 메커니즘은 크게 인지-측위-경로 계획(판단)-제어로 구성

• 차량용 센서는 지난 수 년간 괄목할만한 발전을 기록했으며, 발전의 양상은 1) 센서 성능 고도화, 2) 경량화, 전력 효율성, 3) 센서 간 기능적 수렴, (4D 이미징 레이더) 4) 열화상 카메라, 초음파 센서 등 보조 센서의 발전 등으로 구분되며, 인지-측위 역량의 성숙으로 이어짐. 이러한 발전은 더욱 가속화 될 것이며 자율주행의 대중화를 앞당길 것으로 전망

Lidar의 작동 원리 및 구성

• Lidar는 (Light Detection and Ranging) 레이저 펄스를 발사한 후, 그 빛이 주위의 대상 물체에서 반사되어 돌아오는 시간 과 주파수의 차이를 계산해 물체까지의 거리 등을 측정함으로써 주변의 모습을 정밀하게 그려내는 장치

• 원리 차이에 따라 일부 상이한 구조를 가지고 있으나, Lidar는 1) 레이저 송신부, 2) 레이저 검출부, 3) 신호 수집 및 처리 리 시버, 4) 데이터 송, 수신부 등으로 구성

 

• Lidar의 장점은

1) 원거리 물체 파악에 용이하며,

2) 높은 분해능으로 인지 물체의 형태와 거리를 정확히 파악할 수 있고,

3) 조명 환경 변화에 영향이 적음. 특히 카메라가 조명 환경에 취약해 정확한 깊이의 추정이 불가능 한 것을 보완. 반면

단점은

1) 눈, 비 등에 의해 반사 될 수 있어 날씨에 따른 제약이 있으며,

2) 높은 기계적인 요구 조건으로 인해 상용화를 위해서는 추 가적인 원가 절감이 필요하고, 3) 발광 소자의 전력 효율성 개선 및 소형화 과제 등

◎ Lidar의 구조 - 고정형 vs 기계식

• 라이다의 형태에 따라 기계식 (Mechanical)과 고정형 (Solid-State)으로 구분하며, 라이다 내 발신부과 리시버 모듈의 개수 를 기반으로 N-채널 라이다 (16개, 64개, 128개 등)로 명명 • 기계식 라이다는 내부에 모터를 장착해 모듈을 회전시키며 레이저 빛을 사방에 조사해 주변 정보를 인식. 기계식 라이다는 고 해상도의 장점이 있지만, 제조 단가가 높고 회전 모터의 존재 등으로 내구성이 약하다는 단점

• 이러한 단점을 극복하기 위해서 거울을 (Polygon 다면체 거울, MEMS 마이크로 거울) 활용해 레이저를 주변에 조사하는 고 정형이 탄생. 특히 Innoviz, Aeye 등을 중심으로 MEMS 미러(초소형 정밀 거울)를 정밀하게 회전, 진동시켜 레이저를 조사하는 방식이 고안. MEMS 미러는 시스템 크기가 작아 소형화와 생산성이 용이해 양산성이 확보되는 장점을 가지고 있으나, 소자가 작 아 구동 범위가 제한적이며 광정렬의 문제 등이 발생하는 단점

OPA Lidar, FMCW Lidar

•Quanergy 등은 빛의 간섭 원리를 이용해, 기계식으로 움직이는 부분 없이 빛이 나아가는 방향을 전기적으로 조절하는 광소 자인 OPA(Optical Phased Arrays) 센서를 활용한 Lidar를 고안. OPA Lidar의 원리는 위상 어레이 안테나와 유사. 광학 위상 모듈레이터가 렌즈를 통과하는 빛의 속도를 조절하고 이를 통해 광학 파면 형상을 제어. 상단의 빔은 지체되지 않지만, 중간과 아래의 빔은 양이 늘어나며 지체되어, 레이저 빔을 여러 방향으로 겨누도록 조향하는 효과가 발생. 현재 기술 성숙도 가 낮아 상용화에 어려움을 겪고 있으며, 차량용 라이다 개발로 이어지기까지는 시간이 걸릴 전망

• Aeva, Aurora 등은 FMCW(주파수 변조 연속 파장) 방식의 Lidar를 고안. FMCW 란 주파수 변조 레이저 처프(Chirp, 주파 수가 시간에 따라 연속적으로 변화하는 현상 및 단위)를 주변에 조사 한 후 되돌아온 처프의 위상과 주파수를 측정해 시스템 의 거리와 속도를 측정하는 기법. 도플러 효과에 이론적 근거. FMCW는 Pulsed 방식에 비해 강한 레이저를 송신하기 위한 기계적인 요구 조건 낮고, SoC 구현에도 용이. 향후 기술성숙도에 따라 FMCW 방식이 미래형 Lidar의 기준이 될 가능성

3D Flash Lidar – 대면적 펄스 조사

• Leddartech, Ouster 등은 3D 플래시 Lidar를 고안했으며, 이는 단일(혹은 멀티) 레이저 빔을 굴절 렌즈 등을 활용해 대면적 펄스로 확대해 전방을 비추는 기술

• 특히 Ouster는 VCSEL(수직 표면 광방출 레이저) 기반의 제품 개발로 레이저 광원을 단일 칩으로 통합했으며, 디지털 수신기 SPAD(Single Photon Avalanche Diode) 기술을 통해 빛의 반사도가 낮은 물체와 미세한 신호도 감지가 가능

• 플래시 라이다는 면적 단위의 이미지를 포착하기 때문에 데이터 처리 속도가 빠르고, 반사 강도(reflection intensity, 주사된 레이저 광선이 반사되어 센서에 기록되는 신호의 세기로, 대상체의 표면 등 형상으로 표현되지 않는 대상물의 속성을 이해하 는데 용이)를 측정하는데 용이. 다만 소량의 레이저 빔을 면적으로 확대해서 비추는 메커니즘을 고려하면, 측정 거리가 짧으 며, 보다 먼 곳을 비추기 위해서는 높은 강도의 레이저가 필요

Eye Safety vs Camera Safety

• 발신부에서 조사하는 빛의 파장 대역에 대한 선택이 필요하며, 빛의 파장으로는 905nm, 940nm, 1,550nm 등이 주로 사용

• Lidar는 일반적으로 눈에 보이지 않는 적외선 영역의 (780nm 이상) 대역을 사용되며, (가시광선 380nm ~ 780nm) 수광소 자의 인식율이 가시광선에 가까울수록 우수한 특성상, 850nm, 905nm를 사용하는 것이 가장 효율적. 그러나 태양광선이 (100nm ~ 1,000mm) 해당 대역대를 포함하기 때문에 outdoor 환경에서는 간섭이 발생할 가능성이 있으며, 근적외선 영역 에서의 밝은 빛은 각막과 수정체를 투과할 가능성으로 시신경을 손상할 위험성 존재

• 반면 1,550nm의 경우에는 태양광의 영향에서 자유롭고 망막에 영향을 주지 않는다는 장점이 있으나, 광센서로 비싼 InGaAS 인듐갈륨비소 포토다이오드가 사용되어 양산성에 문제. (905nm 파장 광센서 실리콘 포토다이오드 사용) 최근 실리 콘 초박막화 기술 등을 통한 인듐갈륨비소의 실리콘 대체 가능성이 연구되고 있으며, 향후 기술 발전 속도에 따라 1,550nm 가 표준으로 정착될 가능성

Lidar 제조사별 기술 전략

• Velodyne, Luminar, Innoviz, Ouster, Aeva, Aeye 등 6개의 Lidar 제조사는 지난해 이후 스팩 상장을 완료했거나 현재 상장을 추진. 각 사는 Velodyne (기계식 양산형), Luminar (1,550nm 고성능), Ouster (3D Flash 라이다), Innoviz (MEMS 미러 기반), Aeva (FMCW 기반 SoC 라이다), Aeye (카메라 센서 퓨전형 능동 라이다) 등 차별화 된 기술 전략을 통해 향후 방향성을 제시

• 현재 해당 업체들이 양산형 Lidar를 개발하지 못한 시점에서, 상장 당시 2025년 EV/EBITDA 기준 Velodyne 10.5x, Luminar 7.9x, AEVA 5.2x, Ouster 2.8x, Innoviz 5.8x 등의 멀티플을 적용 받았으며, 업체들의 현재 주가는 성장성에 대 한 기대감을 선 반영

자율주행 카메라의 발전 방향성

• 카메라는 렌즈를 통해 들어온 빛을 디지털 신호로 변환해서 물체를 식별하는 장치. 장점은 1) 높은 해상도로 피사체의 디테일 을 파악하는데 용이하며, 2) 질감, 색상 등에 대한 구분이 가능하고 (신호등 색상 인식 등), 3) 저렴한 가격 등. 반면 단점으로 는 1) 야간 및 악천후에서 가시성이 낮으며, 2) 2D 이미지 인식으로 원거리 정보 인식 한계 등

• 자율주행용 카메라 모듈 시장은 2021년 1.47억개에서 2027년 3.63억개 (CAGR 19%) 증가할 것으로 예상되며, 특히 전면 부 및 실내 카메라 위주의 성장이 두드러질 전망

• 카메라는 최근 야간 식별력 및 원거리 가시성을 개선 하기 위해 적외선 센서 활용 (단파장적외선 등), Multi-Aperture Tele, 3D ToF 및 AI 딥러닝 등을 활용 • 자율주행 차량용 카메라는 IT 기기용 대비 1) 대량의 데이터 분석이 필요하고 (컴퓨닝 능력), 2) 원거리를 탐지하기 위한 높은 해상도가 요구되며, 3) 외부 노출 및 항시 구동에 따른 높은 내구성이 필요 (진동, UV, 먼지 노출, 내열 및 방수 등)

◎ Radar의 작동 원리 및 구성

• Radar(Radio Detection and Ranging)는 전자기파를 송신하여 돌아오는 시간과 주파수 편이를 측정해 주변 사물과의 거 리와 속도를 탐지하는 장치

• Radar의 장점은 1) 탐지 거리가 매우 길고, 2) 야간, 악천후 및 양측이 모두 움직이는 상태에서도 안정적으로 거리 측정이 가 능하다는 것. 반면 단점은 1) 광학 시스템에 비해 낮은 해상도로 물체의 형태를 구분하기 어려우며, 2) 좁은 화각으로 측정 범 위가 제한되고, 3) 방사한 전파의 반사파가 없으면 물체를 발견할 수 없다는 점 등

• 구성 요소는 1) 전파 송/수신부, 2) 안테나, 3) 검출된 신호에서 표적을 탐지 및 식별 하기 위한 신호처리용 DSP 등

 

Radar 기술의 발전 방향성 - 4D Radar

• 최근에는 4D 이미징 레이더가 대두되며 물체의 유무를 탐지하던 기능을 넘어 속도, 이미지 등을 측정. 기존 Radar가 2-3개 의 송신 안테나와 3-4개의 수신 안테나에 기반하던 것과 달리, 4D 레이더는 다중 입출력과 48 안테나 어레이를 활용해 주변 을 맵핑. Lidar, 카메라 등과 기능적 수렴

• 이스라엘 스타트업 Vayyar, Arbe Robotics는 CES에서 4D 이미징 레이더를 공개. 기존 레이더 대비 날씨 등에 영향이 적 으며, 측정 각도, 거리 등의 괄목할 만한 향상. 60GHz, 79GHz의 단일 칩 레이더 모듈로 가격을 저렴하게 한 것이 특징. 콘티 넨탈도 CES 2021에서 Xilinx의 Zynq UltraScale 플랫폼 기반의 77Ghz 4D 영상 레이더 ARS540를 공개. 최대 300미터 거리 측정, 물체의 방향, 속도 정보 제공하는 혁신 구현

보조 센서의 발전

• 열화상 카메라, IMU(Inertial Measurement Unit, 관성 측정 장치), 초음파 센서 등 보조 센서 발전도 가속화

• 열화상 카메라란 열 정보만을 추적하여 보여주는 장치로 물체의 온도가 높을 수록 적외선(열) 파장이 짧아지는 원리를 활용. 렌즈를 통과한 적외선 에너지가 센서를 통해 전기 신호로 변환되는 구조이며, 카메라가 인식 가능한 최소 온도 차이인 ‘열 분해능’이 성능을 결정. 에너지를 내보내지 않으면서 방출되는 열을 감지하기 때문에 수동(passive) 센서이며, 카메라, LIDAR 등 능동형 센서에 비해 환경에 영향이 적고 원거리 탐지가 가능. 또한 보행자 등 일정한 열에너지를 방출하는 물체를 인지하는데 용이. 반면 화각이 좁고, 유 리, 아크릴 등 일부 물질을 통과하지 못하는 단점

자율주행 시대 국내 부품사의 역할론

 

• 현대차그룹도 Lv4+ 자율주행 시대를 맞아 라이다 등 핵심 센서 공급의 안정화를 위해서 복수의 벤더를 활용할 것으로 전망 하며, 만도를 비롯한 국내 업체들의 역할 확대를 주목

• 만도는 자율주행 시장 진출 이후 2018년 국내 최초 중거리 레이더 양산, 범용 ADAS 제품군의 글로벌 경쟁사 대비 높은 수익 성 등으로 경쟁력 확보. 최근 만도헬라일렉트로닉스 인수 및 만도모빌리티솔루션즈 분사 이후 1) 고수익성 범용 Lv 2-3 물량 확대, 2) Lv 4+용 인지 센서 개발 등으로 경쟁력을 강화할 계획

• 최근에는 국내 자율주행 스타트업 SOSLAB (모터 및 MEMS 방식 하이브리드 Lidar), 서울로보틱스 (센서 인식 정보 분석 SW), 라이드로, 스마트레이더시스템 등과 협력해 라이다, 4D 이미지 레이더 등 Lv 4+ 자율주행용 센서 개발을 추진하고 있 으며 개발 가속화 기대

센서 퓨전의 개념

• 센서 퓨전이란 카메라, 레이더, 라이다 등 다양한 센서들의 입력 값을 통합하여 단일 모델 및 이미지로 융합하는 기술. 센서 퓨전 역량 강화 방법론은 1) 센서 단위의 통합, 2) 프로세서 중심의 통합, 3) 인공지능(AI)과 소프트웨어 고도화 등으로 구분

• 현대차도 2021년 2세대 통합 제어기를 개발해 개별 센서에는 기본적인 인식 기능만을 넣고, 센서 퓨전 포함 판단 및 제어 기 능들은 통합적으로 제어할 계획이며, 딥러닝 기반의 영상인식 기술 개발을 진행할 계획

자율주행 상용화를 위한 정책 방향성

• 정부는 올해 초 2027년 Lv4 자율주행차량 상용화를 목표로 총 1.1조원 규모의 범부처 프로젝트를 개시. 차량융합, ICT융합, 도로교통융합, 서비스창출, 생태계 구축 등 5대 분야 내 84개의 세부과제를 지원. 7대 자율주행 서비스를 개발. 23년부터 도 시 규모 리빙랩에서 실증을 통한 수용성 확대. 올해 중 핵심 인지 센서 모듈, AI 기반 컴퓨팅기술, 플랫폼 등 15개 과제 착수 예정 (182억원 규모)

• 만도 컨소시엄(엠씨넥스, 카네비컴, 서울로보틱스, 에스오에스랩, 라이드로, 한국자동차연구원 등)은 올해 4월 산업통상자원 부의 '자율주행용 3D 고정형 라이다 기술개발' 수행 사업자로 선정. 2024년 제품 출시 목표

인공지능에 기반한 판단 역량 강화의 중요성

• 지난 수 년간 자율주행의 가장 큰 과제는 메커니즘의 첫번째 단계인 인지 및 측위 능력의 안정화에 있었음. 그러나 센서 기술 은 지속적인 고도화를 달성했으며, 현재 센서 별 기술 성숙도와 양산성의 차이는 있으나 앞으로도 이러한 기술 발전은 더욱 가팔라질 것으로 전망

• 현 시점에서 완성차 OEM, 부품사, 그리고 자동차 시장의 진입을 노리는 빅테크들의 자율주행 역량을 구분 짓는 분수령은 인 공지능(딥러닝)에 기반한 판단 역량 차별화에 있다는 생각

OTA의 필요성

• 테슬라가 타 OEM 대비 자율주행에서 독자적인 행보로 공격적인 개발이 가능했던 배경은 OTA 업데이트를 통해 제품 출시 이후 성능을 보완할 수 있었기 때문으로 분석

• OTA의 기술적 필요조건은 ECU(Electronic Control Unit)의 중앙집중식 배치를 통한 제어. ECU란 자동차 내 전자제어 장 치로, 정밀한 제어를 위해 조향, 제동 등 주요 부품당 ECU가 1:1로 부착되는 분산형 배치. 차량당 30개-110개의 ECU를 탑 재. 반면 테슬라는 자사 HW 3.0 내 ECU를 3개만 탑재하는 중앙집중형 배치를 통해 OTA가 가능한 아키텍처를 구현

• 현재 주요 OEM 차량 내 이러한 기능이 제한 된 것은 1) 제도적인 한계, 2) 현재의 분산형 ECU에 대해 개별 업데이트를 진행 시 부품 별 작동 조합의 최적화가 어긋나며 안전상의 문제가 발생할 수 있기 때문. 즉 차량 내 부품의 작동에 대한 완전한 제 어가 담보되어야 함. 현대차도 내년 출시 예정인 아이오닉6에 제어기 OTA 기능을 최초로 탑재할 전망

모바일 업체들의 공격적인 사업 확장

• 모바일 부품 업체들의 전기차 및 자율주행 시장 내 신규 고객사 확보 등 신사업 본격 추진. 차량용 카메라 부품의 경우 자율 주행 시장 확대와 안전장치 수요 확대로 인해 수혜를 받을 대표적인 분야로, Techno System Research에 따르면 차량용 카메라 시장은 2019년 이후 2025년까지 연 평균 13% 성장을 전망

• 연초 모바일 업체의 전장용 사업이 부각된 후에도 기존 업황 부진이 이어지면서 주가는 상승 흐름을 이어가지 못함. 그러나 향후 전방 시장이 가파르게 확대됨에 따라 자율 주행 관련 supply chain도 빠르게 구축이 될 것으로 판단하며, IT, 전장 산업 에 경쟁력을 가지고 있는 국내 업체들이 재차 주목받을 것으로 예상. 엠씨넥스(카메라 모듈), 옵트론텍(차량용 렌즈), 아모텍( 전장용 모터)과 같은 업체가 전장용 사업에서 성과를 내고 있어 주목

1. 본 글은 매수, 매도 추천글이 아닙니다.

2. 해당 종목들을 투자하기전에 반드시 충분히 고민하시고, 판단하에 투자하시기 바랍니다.

3. 투자의 책임은 전적으로 본인에게 있습니다.

(원문 링크)

http://consensus.hankyung.com/apps.analysis/analysis.downpdf?report_idx=597863

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