시스템 1위를 노리는 5G 엑시노스와 1억 화소 아이소셀
5G 시스템온칩, 네트워크 반응속도 0.001초!
한국·미국·중국·대만, 5G 시스템온칩 최강자 누가 될 것인가?
소니 이미지센서를 뒤쫓는 독보적 미세공정기술
삼성전자 시스템 반도체 사업부(시스템 LSI)는 3분기에 ▲5G 시스템온칩 ▲유기발광다이오드 ▲화면구동반도체 수요가 확대됐다고 밝혔다. 특히 5G 시스템온칩인 엑시노스 980은 5세대 이동통신 기능(5G)을 포함하고 있어서 매출이 더 늘어날 전망이다.
2020년엔 모바일 시장에서 고성능 5G 스마트폰이 크게 확대될 전망이다. 경쟁이 치열한 완제품 시장에서, 전세계 스마트폰 제조사들은 더 많은 고객을 차지하기 위해 자사의 5G 스마트폰에 고화소 이미지센서를 탑재하고자 하는 수요도 클 것으로 삼성전자는 예상하고 있다. 이런 흐름에 맞춰 세계 최대 화소 수인 1억 800만 화소의 이미지센서 공급을 확대하고 있다는 것이 삼성전자 관계자의 설명이다.
| 영화 한 편을 4초만에, 우사인볼트 보다 빠른 반응속도! |
◆…5세대 이동통신 기능을 포함한 엑시노스 980. 스마트폰의 두뇌로 5세대 이동통신, 중앙처리장치, 메모리, 이미지처리장치 등을 포함한다. (사진: 삼성전자)
삼성전자가 머리카락보다 십 만 배 작은 7나노미터 공정이 적용된 5G 시스템온칩 양산을 4분기에 확대하고 있는 점이 매출로 어떻게 이어질지 살펴보는 것도 관전 포인트다. 시스템 온 칩(System On Chip)은 중앙처리장치, 그래픽처리장치, 메모리 같은 여러가지 기능을 칩 하나에 담은 칩을 뜻한다. 삼성전자는 지난 9월 5G모뎀을 품은 엑시노스 980 시스템온칩을 출시했다.
이번에 통합된 5G모뎀은 5세대 이동통신을 지원하는 칩이다. 가장 큰 특징으로 통신지연시간이 0.02초인 4G-LTE보다 20배 짧은 0.001초이다. 통신지연시간은 데이터를 주고 받는 시간이 얼마나 걸리는 가를 뜻한다.
5G시대 자율 자동차는 주위 자동차와 실시간으로 통신한다. 자동차가 시속 100킬로미터(초속 27미터)로 달리는 도중에 앞에 있는 차가 급정지 하는 상황이 생길 수 있다. 이 때, 4G로 데이터 통신을 하는 차라면 0.81~1.35미터를 더 간 뒤에 멈출 수 있다. 앞차가 불과 2~3미터 앞에 있다면 바로 사고로 이어질 수 있다.
이에 비해 5G라면 불과 0.027~0.1미터 이내에 멈출 수 있다. 우사인 볼트가 출발선에서 총소리를 듣고 뛰쳐나가는 반응시간이 0.18초라 한다. 우사인볼트보다 반응시간이 빠른 셈이다.
전송 속도도 약 3배 빨라졌다. 2G~5G이동통신까지 지원하며 5G에서 최대 318MB/s를 전송한다. 2시간짜리 FHD동영상을 6초면 전송할 수 있다. 4G의 경우 128MB/s까지 전송한다. 5G와 4G를 같이 쓸 수 있어서 최대 446MB/s로 위 동영상을 4초면 전송한다.
엑시노스980은 5G와 여러 기능을 통합시켰기에 부품 공간, 소모 전력, 제작 비용 모두 함께 줄일 수 있다. 따라서 스마트폰을 더 얇고 가볍게 만들면서도 오래 쓸 수 있다. 더불어 자동차와 같이 실시간 통신이 매우 중요한 장비에 장착되어 안전과 성능을 동시에 확보할 수 있다.
시스템 반도체 제조사들은 5G 시스템온칩 시장에서 승리하고자 치열하게 경쟁하고 있다. 삼성전자가 이 경쟁에서 우월한에 위치에 올라선다면 메모리와 함께 전체 반도체 시장을 이끌 수 있을 것으로 보인다.
| 한·미·중, 5G 시스템온칩 최강자 판가름 나나? |
◆…미국의 퀄컴, 한국의 삼성, 중국의 하이실리콘과 유니SOC, 대만의 미디어택 격돌이 일어나고 있다.
지금까지 5G 시스템온칩을 내놓은 회사와 그 칩이 다음과 같다. 개발 순으로 퀄컴의 스냅드래곤865, 미디어텍의 5G SoC, 삼성의 엑시노스980, 하이실리콘의 기린990 뿐이다. 니케이아시안에 따르면 중국의 유니SoC는 내년에 통합칩을 내놓을 예정이다.
하이실리콘은 중국 화웨이의 자회사이자 팹리스이다. 매출액만 8조 3천억원에 이르며 전세계 팹리스 톱10에 든다. 또한 통합칩 최초로 완제품에 탑재되어 소비자를 만나고 있다. 해당 완제품은 화웨이의 메이트30 Pro 5G이다.
유니SoC는 중국 칭화유니의 자회사로 팹리스이다. 매출액이 2조원에 이르며 중국 동일 업종에서 하이실리콘에 이어 2위를 차지하고 있다. 주로 네트워크 칩, TV 칩 등을 생산하며 중저가 제품을 쥐고 있다.
삼성전자는 지난 9월 엑시노스 980 샘플을 고객사에 보냈다. 올 해 말부터 양산을 시작할 계획이다. 퀄컴도 올 해 말에 양산을 한다는 이야기가 있으나 명확하지 않다. 미디어텍은 내년 3월에 양산할 계획이다.
미중무역분쟁으로 미국이 화웨이와 그 자회사를 거래 제한 기업으로 지정했다. 미중 무역합의에 따라 달라지겠으나, 지금으로선 화웨이는 중국이 아닌 다른 국가에 스마트폰과 기린990을 팔기 어려울 전망이다. 따로 화웨이 스마트폰을 따로 구입할 수 있더라도 구글 서비스를 쓸 수 없기에 반쪽짜리 스마트폰이 된다.
그럼에도 화웨이와 다른 중국 기업들은 중국 내부의 설계·생산·수요가 유기적으로 잘 맞물려서 크게 성장할 것으로 보인다. 디지타임스리서치에 따르면 퀄컴의 올해 4분기 대중국 AP수출량이 직전분기보다 되려 2.7% 감소할 것으로 예상했다.
이번 분쟁의 그 반사이익을 삼성전자가 가장 많이 볼 수 있다는 게 전문가들의 의견이다. SA에 따르면 올 해 5G 반도체 시장에서 삼성전자가 7.5%, 퀄컴이 89.9%를 차지하는 것으로 알려졌다. 또한 앞으로 나올 겔럭시 S11에 엑시노스 980이 탑재가 될 가능성이 있다. 전문가들은 삼성이 이를 발판으로 퀄컴과 격차를 줄일 수 있을 거라 전망한다.
앞으로 5G 시스템온칩은 가격대별로 고가는 삼성전자·퀄컴·하이실리콘, 중가는 미디어텍, 저가는 유니SoC로 나뉘어질 것으로 보인다.
| 시스템 주력상품인 카메라 이미지센서 판매량 증가할 듯 |
◆…삼성전자가 최초로 개발한, 1억 화소를 뛰어넘은 아이소셀 브라이트 HMX. (사진: 삼성전자)
시스템 반도체의 주력 상품인 카메라 이미지센서 매출도 크게 늘어날 것으로 보인다. 삼성전자는 3분기에 1억 화소 이미지센서를 최초로 상용화하여 기술 리더십을 강화하였다고 강조했다. 그리고 현재 6400만 화소와 1억 화소 이미지센서 수요가 계속 일어나고 있다고 전했다. 2020년엔 5G 디바이스 확대가 본격화되어 카메라 사양 강화를 위한 차별화된 이미지센서 수요가 크게 확대될 전망이라 예상했다.
이미지센서는 디지털 기기로 사진을 찍을 때 쓰이는 시스템 반도체이다. 이 반도체가 빛을 전기 신호로 바꾸는 역할을 한다. 눈에 있는 수정체가 렌즈라면 망막이 이미지센서 역할을 한다. 선명함은 일정 면적에 얼마나 많은 화소를 집어넣느냐 에 따라 갈린다.
삼성전자는 지난 8월 '아이소셀 브라이트 HMX'라는 새로운 이미지센서를 출시했다. 이 센서는 머리카락보다 100배 작은 0.8 마이크로미터 크기의 화소, 1억 800만개를 집적해서 더 선명한 사진을 찍을 수 있다.
스마트폰이 더 작아지기 위해선 이미지센서도 함께 작아져야 한다. 따라서 이미지센서도 작아져야 하므로 여기에 들어갈 화소도 함께 작아져야 한다. 삼성전자는 전세계 최초로 0.7 마이크로미터 크기의 화소를 집적한 '아이소셀 슬림 GH1'을 공개했다.
◼1위 소니를 뒤쫓는 삼성의 미세공정기술
◆…2018년 이미지 센서 시장 현황
IHS마킷에 따르면 2018년 이미지센서 시장 점유율 1위는 소니(49.9%)이며 2위는 삼성(19.6%)이라 밝혔다. 점유율 차이는 약 20%로 상당한 수준이다. 반면 모바일 시장만 바라본다면 TSR 발표 기준으로 1위는 소니(26.1%) 그 뒤를 삼성(23.3%)이 바짝 쫓고 있다. 삼성전자에 따르면 2019년 5월 기준 삼성전자가 모바일 1위를 차지한다고 밝혔다.
소니는 자회사 소니반도체를 세워 2001년부터 이미지센서에 집중 투자 했다. 지금은 자동차·보안·편광·모바일 이미지센서 등 다양한 제품을 생산한다. 블룸버그는 "소니의 이미지센서 사업은 스마트폰, 자동차 등 다양한 포트폴리오를 갖추고 있는 게 강점"이라고 평했다.
또한 이미지센서 성능도 뛰어난 편이다. 디바이스랭크의 카메라 센서 톱100에서 소니가 최상위를 포함해 47개 제품을 순위에 올려놓았다. 삼성도 이를 바짝 쫓아 24개 부분을 차지하고 있다. 두 회사가 100개 중에 71개를 차지하고 있기에 1강 1중 나머지인 상황이다.
삼성전자가 쫓아갈 수 있던 이유로 독보적인 반도체 미세공정이 큰 역할을 한 것으로 알려져 있다. 소니가 지금 40나노미터 공정으로 생산하고 삼성이 28나노미터 공정으로 이미지센서를 생산하고 있다.
삼성이 이를 무기로 지난 9월, 소니도 개발 못한 0.7 마이크로미터 화소를 넣은 이미지센서를 개발 완료했다. 삼성전자 관계자는 "현재 샘플을 전세계 모바일 업체 보냈고 주문량이 충분하면 양산할 예정"이라고 밝혔다.
이미지센서 성능은 화소를 많이 집적해서 선명도를 높이는 것만으로 좋아지는 것이 아니다. 어두운 정도와 밝은 정도를 구분하는 명암비, 빛신호와 잡음을 구분하는 신호대비잡음비도 중요하다.
아직 삼성이 몇몇 성능과 기술에서 앞설 뿐이다. 전문가들은 아직 차이가 명확하나 소니가 절대 따라올 수 없는 미세공정 능력이 소니를 따라잡는 발판이 될 것이라 본다.
이미지센서는 삼성전자 시스템 반도체 사업 매출에서 3분의 1을 차지할 정도로 큰 주력분야이다. 시장조사기관 IC인사이츠에 따르면 전세계 이미지센서 시장 규모는 2019년 155억 달러에서 2023년 215억 달러까지 높아질 것으로 예측한다.
