테슬라의 자체 개발 칩 FSD의 구조, 기능, 미래 전략

테슬라의 FSD(Fully Self-Driving) 칩은 자율주행 기술의 핵심으로, FSD 칩의 개발 배경, 구조, 기능, 미래 목표에 대해 알아보겠습니다.​

독자 개발 배경

테슬라는 자율주행 기술의 완전한 독립성과 주도권 확보를 위해 2019년 자체 개발한 FSD(Fully Self-Driving) 칩을 공식 발표했습니다. 초기 테슬라는 NVIDIA의 GPU를 기반으로 자율주행 기능을 구축했습니다. 대표적으로 'Drive PX2' 시스템을 적용했으며, 이는 초당 약 24TOPS(Tera Operations Per Second)의 연산 성능을 제공했지만, 차량용으로는 전력 소모(250W 이상)와 공간 제약, 발열 문제 등 한계가 뚜렷했습니다. 일론 머스크는 이 한계를 지적하며 "범용 GPU는 자율주행에 필요한 전용 요구사항을 충족하지 못한다"고 공개적으로 비판했습니다. 특히 자율주행 차량은 초당 수천 개의 객체를 실시간 인식하고 판단해야 하는데, 기존 GPU는 이 작업을 매우 빠르고 안정적으로 처리할 수 없었습니다. 더불어 당시 반도체 시장에서는 NVIDIA뿐만 아니라 인텔(Mobileye 인수), AMD, 퀄컴 등 대형 업체들이 자동차용 AI 칩 개발을 강화하고 있었고, 완성차 업체들은 핵심 기술을 외부에 의존할 경우 혁신 속도와 제품 차별화에 제약받을 수 있다는 우려가 확산되고 있었습니다. 이러한 산업 흐름 속에서 테슬라는 자율주행의 '두뇌' 역할을 하는 칩을 외부가 아닌 내부에서 직접 설계하고 통제함으로써, 기술적 독립성과 경쟁 우위를 동시에 확보하고자 했습니다. 이에 따라 약 300명 규모의 반도체 전문 엔지니어 팀을 조직해 독자 개발에 착수했습니다.

FSD 칩의 설계 구조

테슬라의 FSD(Full Self-Driving) 칩은 차량용 AI 연산에 최적화된 고성능 반도체로, 삼성전자의 14나노 FinFET 공정으로 제작되었습니다. 칩 다이 크기는 약 260mm²이며, 이 위에 약 60억 개의 트랜지스터가 고밀도로 집적되어 있습니다. 이를 통해 고성능 연산과 뛰어난 에너지 효율을 동시에 달성할 수 있도록 설계되었습니다. 각 FSD 칩은 초당 36TOPS(Tera Operations Per Second)의 연산 성능을 지원하며, 테슬라 차량에는 두 개의 칩이 탑재되어 이중화 체계를 구성합니다. 한쪽 칩에 문제가 발생할 경우 다른 칩이 즉시 제어를 이어받는 방식으로, 시스템 안정성을 강화하는 구조입니다. FSD 칩은 SoC(System on Chip) 형태로 설계되어 있으며, 12개의 ARM Cortex-A72 CPU 코어(2.2GHz), 2개의 뉴럴 프로세싱 유닛(NPU), 그리고 Mali GPU를 하나의 칩에 통합하고 있습니다. 특히 NPU는 96×96의 MAC(Multiply-Accumulate) 어레이를 기반으로 총 9,216개의 MAC 유닛을 구성하고 있으며, 사이클마다 18,432회의 연산을 수행할 수 있도록 설계되었습니다. 또한 각 NPU는 32MiB 용량의 SRAM을 내장하여 연산 중 메모리 접근 지연을 최소화하고, 전력 소모를 최적화하는 구조를 갖추고 있습니다. 이러한 고밀도 설계와 통합 아키텍처 덕분에 FSD 칩은 한정된 공간과 전력 환경에서도 고성능 연산을 안정적으로 수행할 수 있도록 최적화되어 있습니다.

테슬라 FSD 칩의 대표 기능

테슬라 FSD 칩이 구현하는 대표적인 기능 중 첫 번째는 실시간 주행 인식 및 판단입니다. 이 칩은 차량 주변의 차량, 보행자, 신호등, 도로 표지판 등을 초당 수천 번 이상 인식하고, 이를 기반으로 복잡한 교차로 주행, 차선 변경, 합류 도로 진입 같은 고난도 상황에서도 사람처럼 빠르고 정확한 판단을 내립니다. 긴급 상황 발생 시에는 즉각적인 회피 조작도 가능해, 운전자 개입 없이도 높은 안전성과 자율성을 확보할 수 있습니다. 두 번째는 에지 컴퓨팅 기반 독립 주행 처리입니다. FSD 칩은 차량 내부에서 모든 자율주행 연산을 실시간으로 수행하여, 클라우드 서버나 외부 네트워크 의존도를 최소화합니다. 덕분에 통신 장애나 네트워크 지연이 발생하더라도 차량은 안정적으로 주행을 지속할 수 있습니다. 이 기능은 빠른 반응 속도를 제공할 뿐만 아니라, 전기차 특성상 중요한 에너지 효율성까지 함께 확보하는 데 기여합니다. 세 번째로 주목할 기능은 예측 주행(Behavior Prediction) 입니다. FSD 칩은 주변 객체의 현재 움직임뿐만 아니라 미래 행동까지 예측하여 선제적으로 대응할 수 있습니다. 예를 들어, 앞차가 급정거할 가능성을 인식하거나, 보행자가 갑자기 도로로 진입할 조짐을 포착해 미리 감속하거나 차로를 조정합니다. 이를 통해 단순히 인식하고 반응하는 수준을 넘어, 사고를 미연에 방지하는 능동적 주행이 가능해집니다. 테슬라는 이 기능을 지속해서 고도화해 완전 자율주행 시대를 앞당기고자 하고 있습니다.

FSD 칩의 미래 목표

테슬라는 현재 FSD(Full Self-Driving) 칩을 기반으로 완전 자율주행 상용화를 장기 목표로 추진하고 있습니다. 현재 사용 중인 FSD 칩은 삼성전자의 14나노 FinFET 공정으로 제작되었으며, 차량 내 실시간 주행 판단을 담당하고 있습니다. 단기적으로는 OTA(Over-the-Air) 업데이트를 통해 도심 주행, 교차로 대응 등 복합 상황에서의 인식률을 99% 이상으로 끌어올리는 데 집중하고 있습니다. 북미 지역 일부 차량에 적용된 FSD 베타 버전을 통해 실제 주행 데이터를 수집·분석하면서, 도심 내 비정형 교차로와 복잡한 교통 흐름에서도 높은 안정성과 주행 완성도를 빠르게 개선해 나가고 있습니다. 장기적으로 테슬라는 7나노 이하 첨단 공정으로의 전환과 초당 100TOPS 이상의 연산 성능 확보를 목표로 하고 있습니다. 2026년 이후에는 5나노급 차세대 FSD 칩 개발도 본격적으로 추진할 계획이며, 이를 통해 차량 중앙 컴퓨터의 성능을 대폭 강화하고자 합니다. 차세대 칩은 단순한 연산 능력 향상에 그치지 않고, 다양한 글로벌 도심 환경에 적응할 수 있는 초지능형 통합 시스템 구축을 지원할 예정입니다. 동시에 실시간 주행 피드백을 반영해 스스로 학습하는 알고리즘을 고도화하고, 완전 자율주행 네트워크 구축이라는 테슬라의 최종 비전 실현을 가속할 예정입니다.