테슬라가 오래된 CAN 버스를 대체하는 방법

모든 Tesla 차량은 최신 첨단 기능으로 가득 차 있으며, 이를 구동하는 FSD와 인포테인먼트 컴퓨터부터 차량 전체의 다양한 네트워크 센서까지 엄청나게 복잡한 장치 네트워크가 존재합니다.

이 방대한 배선 네트워크는 전통적으로 1980년대에 보쉬가 개발한 CAN 또는 컨트롤러 영역 네트워크라는 시스템에서 실행됩니다. 그 이후 수십 년 동안 차량 내 부품 간 통신의 업계 표준으로 사용되어 왔습니다.

그러나 말과 마차처럼 CAN도 데이터 중심의 현대 환경에서 어려움을 겪으면서 이제는 퇴출될 때가 된 것 같습니다. 방대한 양의 센서 데이터, 고해상도 인포테인먼트 화면, 무선(OTA) 업데이트, 중앙 집중식 전자 제어 장치(ECU)는 기존 표준이 더 이상 따라잡을 수 없음을 의미합니다.

테슬라는 현재 CANBUS를 대체할 차세대 차량 네트워크를 적극적으로 개발 및 배포하고 있으며 이 새로운 네트워크는 사이버트럭이 개척 중인 새로운 48V 저전압 아키텍처로의 전환과 시너지 효과를 발휘할 가능성이 높습니다.

CANBUS - 오래된 주력 제품

CANBUS는 1983년에 처음 개발되어 1986년에 출시된 후 1993년에 국제 표준화 기구(ISO)에 의해 ISO 11898로 표준화되었습니다.

80년대 말과 90년대 초에 사용되던 지점 간 방식에 비해 배선 복잡성을 획기적으로 줄였기 때문에 당시에는 혁명적인 표준이었으며 업계 전체에 즉각적으로 대량 채택되었습니다.

CAN은 메시지 기반 프로토콜로, 노드가 식별자를 사용하여 데이터를 브로드캐스트합니다. 패킷의 우선순위에 따라 패킷의 이동과 액세스가 결정됩니다. 하지만 CAN 2.0과 CAN FD는 모두 극도로 제한적입니다. CAN 2.0은 빙하의 1Mbps, 보다 '최신'인 CAN FD의 경우 최대 8Mbps로 제한됩니다.

CAN FD는 사전 인코딩된 경우 60fps의 1080p 비디오 스트리밍에 간신히 대응할 수 있는 수준입니다. 인코딩되지 않은 원시 비디오는 CAN FD의 성능을 능가하며 Tesla와 같은 최신 데이터 우선 차량에서 그 기능과 용도가 크게 제한됩니다.

CAN은 또한 복잡합니다. 지점 간 배선 시스템보다는 간단하지만 여러 개의 CAN 버스와 게이트웨이로 인해 진단, 수리 또는 교체가 거의 불가능한 복잡하고 무겁고 값비싼 배선 하니스가 생성됩니다.

테슬라의 차세대 네트워킹

테슬라의 차세대 네트워킹은 타이밍이 핵심이며, 동시에 들어오는 두 메시지가 충돌하여 어느 쪽도 노드에 도달할 수 없는 CAN과 달리 테슬라의 TDMA(시분할 다중 액세스)는 특정 시간 슬롯을 할당합니다. 즉, 각 노드 또는 데이터 포인트에 대한 액세스가 보장되고 간섭을 피할 수 있습니다.

CAN은 모든 사람이 같은 방에서 소리를 지르는 것과 같다고 생각할 수 있지만 TDMA는 일정이 엄격하게 잡힌 일련의 일대일 회의라고 할 수 있습니다.

하지만 TDMA는 단순한 정렬 시스템만은 아닙니다. Tesla의 특허 출원에 따르면 네트워크는 반복적인 주기로 작동합니다. 각 사이클이 시작될 때 네트워크 할당 맵(MAP)이 전송됩니다. 이 MAP는 해당 주기의 동적 스케줄이라고 생각하면 되는데, 모든 노드에 정확히 어떤 시간대가 어떤 통신을 위해 예약되어 있는지 알려줍니다. 각 예약은 전송 노드, 수신 노드, 슬롯 기간, 그리고 결정적으로 트래픽의 유형을 지정합니다.

이를 통해 데이터를 다양한 카테고리로 분리하여 정교한 서비스 품질(QoS) 관리가 가능합니다. 이 특허는 구체적으로 두 가지 주요 유형에 대해 설명합니다.

저지연(LL) 트래픽: 중요하고 시간에 민감한 신호(FSD, 에어백 트리거, 제어 명령에 대한 센서 판독값)를 위한 트래픽입니다. 이러한 신호에는 엄격한 최대 지연 시간 내에 전송을 보장하기 위해 TDMA 주기 내에서 매우 자주 반복되는 짧은 시간 슬롯이 할당됩니다(특허의 한 예에 따르면 500마이크로초마다 반복될 수도 있음). 데이터 패킷 자체는 이러한 빠른 슬롯에 맞게 수십 바이트 정도로 작게 유지됩니다.

대량 트래픽: 밀리초 수준의 지연보다 총 용량이 더 중요한 데이터(인포테인먼트 데이터, 카메라 비디오 피드, 대용량 데이터 로그 등)에 사용됩니다. 여기에는 더 긴 시간 슬롯이 할당되어 더 큰 데이터 패킷(한 예로 100바이트 이상)을 허용하므로 LL 슬롯만큼 자주 반복되지 않더라도 전체 처리량이 높습니다.

이 전체 시스템은 모든 노드에서 정밀한 동기화에 의존합니다. 이 특허는 모든 것을 완벽하게 타이밍을 맞추기 위해 TDMA 주기 내의 동기화 신호와 특수 모뎀 하드웨어를 언급합니다.

네트워크는 또한 논리적 도메인(예: 앞좌석, 객실 오른쪽 등)으로 구성될 수 있으며, 각 도메인은 해당 영역 내에서 MAP 및 통신을 처리하는 도메인 마스터 노드에 의해 관리됩니다. 따라서 TDMA는 단순한 분류 시스템이 아니라 트래픽 우선순위 지정(LL 대 대량), MAP를 통한 동적 슬롯 할당, 잠재적으로 중앙 집중식 도메인 마스터에 의해 관리되는 고도로 관리되는 네트워크로, 모두 효율성과 안정성을 위해 설계되었습니다.

48V 및 LVCS

이러한 네트워킹 개념의 대부분은 Tesla가 최근 발표한 LVCS - 또는 저전압 커넥터 표준과 함께 작동하도록 설계된 것으로 보입니다. LVCS는 필요한 커넥터 유형을 200개 이상에서 단 6개로 대폭 줄여 차량 배선 네트워크를 간소화합니다. 이 특허는 데이터 프로토콜에 초점을 맞추고 있지만, LVCS는 물리 계층을 단순화하고, 48V 아키텍처를 기반으로 하여 차량의 DC 전력선을 잠재적인 네트워크 매체(PLC)로 사용할 수 있게 하여 복잡성을 줄이는 데 도움을 줍니다.

Tesla는 기술자가 배선 문제를 디버그하는 데 도움이 되는 새롭고 독특한 대화형 배선 다이어그램>에서 알 수 있듯이 사이버 트럭에 이러한 새로운 접근 방식을 활용하고 있습니다. 앞으로 더 많은 기능이 새로운 기능을 활용할 것으로 기대됩니다.

48V는 또한 더 얇은 와이어를 의미하므로 비용이 절감되며, LVCS는 하네스와 노드 모두의 커넥터를 단순화하여 부품 복잡성을 줄여 제조 및 공급망을 더욱 단순화하는 동시에 차량의 수리 가능성을 높입니다.

결론

이것은 Tesla가 차량에 도입하는 또 다른 혁신이며, 처음에 우리는 이것을 보고 "전선? 지루하네'라고 생각했지만, 곧 이것이 Tesla가 미래 시스템을 구축하는 데 사용할 골격이라는 사실을 깨달았습니다.

즉, 차량 내에서 더 부드럽고 빠르며 강력한 FSD 데이터 전송을 통해 더 신속하고 효과적인 의사결정을 내릴 수 있게 됩니다. 내부 복잡성이 감소하고 업데이트가 불가능했던 내부 CAN 버스에 대한 의존도가 낮아져 더 빠르고 기능적인 인포테인먼트 시스템과 광범위한 OTA 업데이트를 더 잘 지원합니다.

이것은 수십 년 된 CAN 버스 시스템에 비해 엄청난 기술적 도약이며 일반 사용자에게는 보이지 않을 수 있지만 모든 Tesla 차량의 후드 아래에서 진행되는 모든 엔지니어링의 훌륭한 예입니다.