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Nikkei X-TECH_2021.2.15

타업종의 전자부품 유용에서 명암
‘H3 로켓’과 ‘테슬라의 EV’

타업종의 전자부품의 유용에 관한 대조적인 사례가 있었다. 하나는 ‘H3 로켓’이다. 21년도에 초호기 발사를 목표로 개발하고 있는 일본의 차기 기간 로켓이지만 저비용화를 목적으로 자동차용 부품을 다수 채용하고 있다.

다른 하나는 미국 테슬라의 전기자동차(EV)의 리콜 사태다. 미 연방 교통부 산하 도로교통안전국(NHTSA)이 테슬라에게 리콜 실시를 요청한 오류의 원인이 태블릿 단말 등의 민생기기용 부품을 유용했기 때문이라는 것이 밝혀졌다.

-- 우주에서의 방사선 내성에 강한 부품을 선택 --
H3 로켓의 경우 에이비오닉스(전자기기)에서 사용하는 전자부품은, 전체 개수의 90%를 자동차용 부품에서 채용했다. 기존에는 우주용으로 개발∙제조되고, 인정도 받은 신뢰성이 높은 부품을 사용했지만 아무래도 비용이 많이 든다.

이와 동등한 성능을 갖는 다른 민생부품과 비교해 두 자릿수 이상, 경우에 따라서는 그 이상의 가격 차이가 난다. 또한 전자부품 그 자체에 신기술을 적용하는 것도 자주 늦는다는 과제가 있었다.

그래서 주목하게 된 것이 대량생산으로 저비용화를 실현한 자동차용 부품을 채용하는 것이다. 채용 배경에는 단순히 저렴한 가격뿐 아니라 최근에는 진동이나 온도와 같은 환경에 대한 내구성도 높아지고 있다는 점이 있다.

그러나 우주에서 사용하기 위해서는 자동차에서는 요구되지 않는 특성도 필요하다. 그것이 내방사선 특성이다. 강한 방사선 환경에서도 고장이 나지 않고 정상적으로 작동하지 않으면 안 된다.

JAXA는 H3 로켓에 자동차용 전자부품을 채용하면서, 부품업체가 대량생산하고 있는 부품 라인업에서 우주에서도 사용할 수 있는 방사선에 강한 부품을 선택했다. 일본에서는 20년 이상 전부터 자동차용 부품을 우주용에 전용하는 연구를 시작했으며 기초적인 데이터를 축적해 왔다. 경제산업성이 2003년과 2010년에 우주공간에서의 자동차용 전자부품의 작동 시험을 위해 위성 ‘SERVIS’를 발사한 것도 그 일환이다.

이러한 방법으로 기본적으로 자동차에서 사용되는 부품과 완전히 같은 부품이 H3 로켓에 탑재된다. 그 부품이 내방사선 특성이 우수한지 그렇지 않은지를 선택하고는 있지만, 우주기용으로 개발한다는 프로세스는 거치지 않았다. 납품 부품을 받을 때 검사해서 취사선택하는 일도 거의 없다고 한다.

-- 태블릿용 부품을 유용해 수명 부족 초래 --
한편 테슬라가 NHTSA로부터 리콜 실시를 요청 받은 것은 테슬라가 2018년 초까지 제작한 고급 세단 ‘Model S’의 12~18년 모델과 고급 SUV ‘Model X’의 2016~2018년 모델이다. 리콜 대상은 합계 약 15만 8,000만 대다. 오류의 원인은 전자부품의 수명으로, ADAS(선진운전지원시스템) 외에 백 모니터용 카메라나 공조시스템(HVAC) 등의 오류로 이어진다고 한다.

“과제의 원인이 된 전자부품은 IVI(차량탑재 정보통신시스템) 기능을 제공하는 MCU(Media Control Unit) 내에 있는 eMMC 대응의 NAND 플래시메모리다”. NHTSA의 ‘ODI(Office of Defects Investigation)’는 테슬라 간부에게 보낸 서류에서 이렇게 지적하고 있다. ‘P/E 사이클(재기록 횟수)’이 3,000회이며, 5~6년 정도면 수명(재기록 사이클의 상한)을 다해 오류로 이어진다고 한다.

일반적으로 10년간의 이용을 전제로 설계된 자동차에는 ‘점검 시 교환’을 전제로 한 소모부품은 당연히 존재한다. 그러나 회로기판에 내장된 전자부품은 그 대상이 아니다. 5~6년이면 수명을 다한다는 전자부품을 왜 채용한 것일까?

닛케이BP종합연구소는 19년에 실시한 ‘테슬라 분해 프로젝트’에서 Model S와 Model 3를 분해 조사하였고, 이번에 문제가 된 ECU에 대해서도 조사했다. 이 조사결과의 해석을 통해 대상 부품을 특정하고 오류를 일으킨 이유를 짐작할 수 있었다.

판명된 사실은 당시 테슬라가 태블릿 단말이나 컴퓨터(PC) 등의 민생기기에서 사용된 부품을 모아 IVI를 구성하고 있었다는 것이다. 앞에서 말한 3,000회라는 P/E사이클은 민생용에서는 일반적이다.

2020년에는 연간 약 50만대의 EV를 판매하는 테슬라지만 Model S를 제조하기 시작했던 무렵에는 연간 수천 대였다. 그 때문에 자동차에서의 이용을 전제로 한 부품을 제공해 주는 부품업체는 한정적이었고, 테슬라는 조달하기 쉬운 민생부품을 이용하지 않을 수 없었을 것이다. 그 때 수명에 관한 검증이 부족했었다.

-- 채용률 향상에는 시스템 면의 대응과 조달 교섭이 필수 --
저비용화나 개발 기간 단축과 같은 목적을 달성하기 위해 타업종용 부품, 특히 표준품으로서 라인업된 부품을 채용하는 경우는 앞으로도 증가할 것이다. 그러나 용도가 다르면 요구되는 특성이나 스펙도 달라진다. 그 점을 제대로 검증할 필요성을 이번의 두 사례를 통해 알 수 있다.

H3 로켓에서도 자동차용 부품의 채용률 90%는 상당히 높은 수치라고는 하지만 그 대부분은 콘덴서나 저항 등의 기초적인 부품이다. CPU 등의 고기능 부품은 집적도가 높고, 아무래도 방사선의 영향을 쉽게 받기 때문에 현재로서는 우주용을 사용하고 있다고 한다.

이들을 얼마나 대체해 나갈 것인가? H3 로켓에서는 네트워크의 2중화에 의한 리던던시(Redundancy)의 확보 등도 실시하고 있고, 자동차 부품의 채용을 통한 저비용화가 그 실현에 공헌하고 있다. 한편으로 “자동차용 부품 채용을 전제로 한 시스템으로 한다면 더욱 채용률은 높아질 것이다”(H3 로켓 프로젝트 매니저 오카다(岡田) 씨).

또한 테슬라의 사례에서는 단수명의 부품을 채용한 배경으로서 적은 생산 대수를 들었다. 그러나 H3 로켓의 연간 발사 기수는 6개를 예정하고 있다. H3 로켓의 에이비오닉스에서 사용되는 전자부품의 총수는 분명하지 않지만 수만 대, 수십만 대로 생산되는 자동차와는 분명히 필요 개수가 다를 것이다.

오카다 매니저는 “적절한 저가 부품의 입수 루트를 얼마나 원활하게 확보할 수 있는가, 그리고 어떻게 보관할 것인가가 중요하다”라고 말한다. 이처럼 공급 체인의 확보도 중요한 과제다. 그 점에서 H3 로켓의 개발에서는 자동차용 부품을 취급하는 업체와 긴밀한 연계를 도모했다고 한다.

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