[ Spot❘2016-06 ]
2016 ICT Spot Issue
Ⅰ. 브렉시트 선언과 ICT산업 영향
Ⅱ. 스마트폰 카메라의 진화, 3D카메라
Ⅰ. 브렉시트 선언과 ICT산업 영향 ································· 1
1. Brexit 발표 후 경제 지표 변화 ································································· 2
2. 미국 금융위기 사례를 통한 Brexit 영향 검토 ··········································· 5
3. Brexit의 ICT산업 파급효과 ········································································· 6
4. 정책적 시사점 ··························································································· 11
Ⅱ. 스마트폰 카메라의 진화, 3D카메라 ························ 12
1. 3D로 진화하는 스마트폰 카메라 ··························································· 13
2. 스마트폰용 3D 카메라 기술 개요 및 개발 동향 ···································· 15
3. 맺음말 ······································································································· 23
1. IMS2016 개요 ························································································ 26
2. 이동전화: 탄생과 소멸 ············································································· 31
3. mm-Wave: 미래로 연결되는 관문 ·························································· 35
4. GaN: 고전력 반도체 혁신 ······································································ 41
5. 패러다임 이동: SW기반 플랫폼 ······························································· 47
6. 시사점과 제언 ··························································································· 49
Institute for Information & communications Technology Promotion ICT Spot Issue ❙ 2016-06
Ⅰ. Brexit 선언과 ICT산업 영향 IITP - KISDI 공동 작성
IITP 이승민 책임 / KISDI 나성현 실장
1. Brexit 발표 후 경제 지표 변화 2. 미국 금융위기 사례를 통한 Brexit 영향검토 3. Brexit의 ICT산업 파급효과 4. 정책적 시사점
ICT Spot Issue
Institute for Information & communications Technology Promotion ICT SPOT ISSUE Ⅰ. Brexit 선언과 ICT산업 영향
1 Brexit 발표 후 경제 지표 변화
o Brexit 발표 이후 일주일 만에 국제 금융시장은 안정세 회복
○ 국제 금융시장은 주가 급락 등 우려가 제기 되었으나, 각 국 정책 당국의 빠른 대응으로 대체로 Breixt(6월 24일) 이전 수준을 회복
[그림 I-1] 주요 국제 금융시장 증시 추이
자료: S&P Capital, 2016.6.
○ 반면, 환율은 원화, 위안화는 이전 수준으로 복귀했으나, 엔화, 달러 가치는 상승하 였고, 파운드 및 유로화는 가치 하락세가 지속
[그림 I-2] Brexit 전후의 주요국가 환율 변화
자료: 한국은행, 외환은행, 2016.7.
2 ICT SPOT ISSUE Ⅰ. Brexit 선언과 ICT산업 영향
o 영국의 경우, 재투표, 분리 독립 요구 등이 표출되고 브렉소더스(Breixt + Exodus, 브렉시트 후 기업 탈출)에 따른 불확실성이 증가
○ 금융을 중심으로 한 외국계 기업은 물론, 보다폰 등 영국 기업들마저 본사 이전을 검토하고 있는 것으로 알려짐
※ Economist는 EU 탈퇴시, 금융시장 위축 등에 따라 영국의 실질GDP 6% 감소를 전망(´20년 기준)
o Brexit로 회복세를 보이던 EU 경제의 위축, 세계 경제 성장률 하향 조정 예상
○ 주요 전망 기관들은 유로존 1% 내외, 미국과 일본 0.5% 내외, 세계 경제 0.2% 내외의 부정적 영향을 예상
<표 I-1> Brexit 이후 세계 및 주요 국가별 경제 성장률 조정
지역 전망기관 전망 지역 전망기관 전망 미즈호종합 IMF 3.2%(‘16.4월 전망) 0.3~0.8%p 감소 일본 연구소 세계 모건스탠리 2.7~2.8%(3%에서 하향) 모건스탠리 0.34~1.11%p 감소(‘18년) 골드만삭스 올해 3.1%(3.2%에서 하향)
OECD 1.1%p 감소(2018년) 0.4%p (1년간) 미국 도이치방크 유로존 올해 1.5%(2.0%에서 1.5%p 감소(3년간) 골드만삭스 하향조정)
자료: 국제무역연구원 재인용
○ IMF에 따르면, Brexit 충격은 영국과 금융, 무역연계가 높은 EU 국가(아일랜드, 네덜란드 등)를 중심으로 영향이 집중될 전망 ※ Brexit로 인해 ‘18년 EU 국가는 0.2∼0.5%p 하락, 여타 국가는 0∼0.2%p 경제성장률 하락 예상되며, 아일랜드, 네덜란드, 벨기에는 최대 규모의 경제적 손실 발생 예상(IMF) ‒ EU 주변국은 0.2~0.5% 하락이 예상되는 반면, 영국과의 교류 비중이 높지 않은 여타 국가(한국 포함)의 경제적 영향은 0~0.2% 수준 예상
[그림 I-3] 주요 지역/권역별 ‘18년 경제 성장 영향 분석
자료: IMF, 2016. 6
3 ICT SPOT ISSUE Ⅰ. Brexit 선언과 ICT산업 영향
2 미국 금융위기 사례를 통한 Brexit 영향 검토
o 미국 금융위기 이후 ICT 저성장, G2 영향력 확대 등 ICT 경쟁환경이 변화
○ (단기) 미국 금융위기는 실물경제로 전이되면서 국제 교역 등이 큰 폭으로 감소
‒ 미국은 국내 ICT수출의 13.2%, 주요 기업 매출은 18.5%를 차지했으며, 리만사태로 인해 ‘09년 세계 ICT 교역 및 국내 수출은 각각 15.0%, 7.8% 감소
‒ 특히 월간 ICT수출은 두 자릿수 이하로 크게 급감하는 등 실물경제의 상당한 충격 발생 ※ 월별 ICT수출 증감률(%) : (‘08.9월) 9.2 → (10월) -8.5 → (11월) -32.6 → (12월) -39.2 [그림 I-4] 미국의 ICT 매출·수출 비중과 금융위기 이후 경제 지표(‘09) 변화
< ‘09년 주요기업 매출/ ICT수출 지역별 비중 > < 주요 경제 지표 성장률(’09년) > 자료: S&P Capital, 한국은행, UN Comtrade 등, 주) 삼성전자, LG전자, SK하이닉스, LG디스플레이
○ (장기) 세계 ICT 교역은 본격적인 저성장 국면에 진입하였고, G2 영향력이 확대
‒ 미국 금융위기 쇼크는 유럽 재정위기, 미국, 유럽 등 보호무역주의 강화 등으로 세계 ICT 교역은 1% 대의 저성장 ※ 세계 ICT교역 증가율(UNComtrade, %) : (‘03～’08) 12.1 → (‘09) -15.0 → (’10~‘15) 1.5 ‒ 반도체, 디스플레이 패널 등 주력 품목은 세계 시장 침체 및 둔화
[그림 I-5] 미국 금융위기 이후 5년간 경제 지표 및 ICT 주요 품목 세계 시장 연평균성장률
세계시장 성장률 품목 비고 ‘03～’07 ⇨ ‘10～’15 ICT전체 8.8 ⇨ 1.3 반도체 10.2 ⇨ 2.2 저성장 디스플레이 32.0 ⇨ -4.3 SW 6.3 ⇨ 4.5 ‘16~’20년 스마트폰 - ⇨ 29.5 1.8%성장 < 주요 경제지표 연평균증감률(‘10~’15)> < 주요 품목 세계시장 성장률 비교 > 자료: S&P Capital, 2016.6.
4 ICT SPOT ISSUE Ⅰ. Brexit 선언과 ICT산업 영향
‒ 세계적인 ICT저성장, 보호 무역 강화 등으로 거대 내수 시장 및 막대한 자본을 보유하고 있는 G2의 ICT시장 지배력이 강화되는 등 ICT 경쟁이 환경 변화 ※ G2의 세계 ICT 매출 점유율 (S&P Capital, %) : (‘10) 34.6 → (’15) 44.1 [그림 I-6] 세계 ICT 성장률 추이 및 세계 ICT기업 매출 비교
글로벌 ICT 13,659개 기준 < 세계 ICT성장률 > < 세계 ICT 매출 비교(G2 vs G2 이외) > 자료: Gartner, S&P Capital, 2016.
o 미국 금융위기로 세계 ICT시장은 ‘08~’12년 연평균2.6%p 감소 효과 발생
○ (세계 ICT) 금융위기로 인해 ‘09년 –4.8% 감소, ’08~‘12년 1.9%의 저성장에 진입했으며,
‒ 금융위기 이전인 ‘08.3분기에 전망한 세계 ICT시장(’08~‘12년)을 전망치와 현시점 ’16.3분기 에서 바라본 세계 ICT시장(‘08~’12년) 규모 간 2.6%의 간격 발생
○ (국내 ICT수출) ‘09년 -7.8% 감소, ’08~’12년 4%대 성장 기록
‒ ‘08~’12년 국내 ICT수출은 세계 ICT교역에 비해 선전했으나, 미국 금융위기 전후의 5년을 비교하면 ‘03~’07년 14.4%에서 ‘08~’12년 4.3%로 10.1%p 하락 ※ 세계 ICT 성장률(Gartner) : (‘03~’07년) 8.8% → (‘08~’12) 1.9% ※ 국내 ICT 수출 증가율(IITP) : (‘03~’07년) 14.4% → (‘08~’12) 4.3% ※ 세계 ICT 교역(UN Comtrade) : (‘03~’07년) 14.0% → (‘08~’12) 2.5% <표 I-2> 미국 금융위기 ICT영향 분석
단기(’08~‘09년) 장기(‘08~’12년) 구분 예상* 실제 비고 예상* 실제 비고 세계 ICT시장 5.2% -4.8% -10.1%p 4.5% 1.9% -2.6%p 국내 ICT수출 - -7.8% - - 4.3% (참고) 세계ICT교역 - -15.0% - - 2.5% -
자료: UN Comtrade, IITP, 2016.
5 ICT SPOT ISSUE Ⅰ. Brexit 선언과 ICT산업 영향
3 Brexit의 ICT산업 파급 효과
o (세계 ICT) HW보다는 SW 및 서비스 분야에 Brexit 여파가 집중될 전망
○ (SW) 영국은 금융 및 서비스업이 발달한 국가로 세계 SW 시장에서 미국에 이은 세계 2위 시장 ※ ’16년 국가별 SW 시장규모(억불, Gartner) : (미국) 5,645억불, (영국) 1,123억불, (일본) 1,121억 불, (독일) 543억불, (프랑스) 403억불, (캐나다) 307억불 순
‒ 영국 SW시장은 미국, 영국계 업체가 장악하고 있어 이들 업체를 중심으로 부정적 영향이 예상 ※ ‘15년 영국 시장 SW 매출 상위 기업 : Capita(영, 54.8억불) IBM(미, 51.6억불), MS(미, 37.5억불), HP(미, 32.7억불), BT(영, 31.1억불), 액센츄어(미, 29억불), 타타(인도, 28.0억불), 기타(삼성 SDS (2.4억불, 영국 내 0.2% 비중, 유럽본사가 영국에 위치)) 등
○ (HW) 영국 HW 시장은 세계 시장에서 3.9% 수준으로 높지 않고, ITA 협정 무관세적용, 2년 유예기간 존재 등으로 국제 ICT 교역에 제한적 영향이 전망 ※ 영국의 세계 시장 비중(Gartner) : (SW) 9.0%, (HW) 3.9%, (서비스) 3.2% ※ 영국이 EU탈퇴가 확정될 경우 ITA 회원국 자격을 상실하나, 무난한 재가입이 예상
o (국내 ICT) 영국과 직접 거래관계에 있는 ICT HW 수출 부문의 영향 예상
○ Brexit는 영국과의 직접적 거래관계(對영수출, 투자) 및 글로벌 시장을 매개(환율 변동, 경기둔화)로 우리나라 ICT 산업에 영향을 미칠 수 있음
<표 I-3> 2015년 주요 지역별/품목별 수출액
반도체 휴대폰 디스플레이 전체 지역 금액 증감률 금액 증감률 금액 증감률 금액 증감률 5.4 2.0 0.1 11.4 영국 (47.4)* 8.9 (17.5) △36.4 (0.9) △32.0 [0.7]** △18.1 15.8 12.1 17.8 101.5 EU (15.6) △10.9 (11.9) △47.1 (17.5) △44.1 [5.9] △23.8 405.7 117.5 247.7 939.8 중국 (43.2) 5.4 (12.5) 37.2 (26.4) △2.4 [54.4] 3.8 33.1 66.2 1.8 164.6 미국 (20.1) 14.8 (40.2) △11.5 (1.1) 6.8 [9.5] △2.6 일본 17.6 △6.9 11.2 △27.7 1.1 △36.5 51.5 △16.7 (34.2) (21.7) (2.1) [3.0] 28.7 43.6 12.3 120.2 베트남 (23.9) 2.9 (36.3) 85.2 (10.2) 173.6 [7.0] 40.0 자료: IITP, 2016. * ( )안은 각 품목이 국가별 수출에서 차지하는 비중, ** [ ]안은 각 국가가 전체 수출에서 차지하는 비중
6 ICT SPOT ISSUE Ⅰ. Brexit 선언과 ICT산업 영향
○ Brexit의 영향이 가시화 될 경우, 그 영향은 ICT HW 수출에서 집중될 전망 ※ 경기둔화 등 세계 경제 여건의 변화는 SW, 콘텐츠 등에도 영향을 미칠 것이나, 수출비중, 소비에 있어서의 대체 가능성 등을 고려할 때 그 영향이 제조업만큼 크지는 않을 것 ‒ 또한, 전체 ICT 수출에서 영국이 차지하는 비중은 0.7%인 반면, 중국은 54.4%의 비중을 차지하고 있는 만큼 중국 관련 이슈에 주목할 필요가 있음
‒ EU는 중국의 최대 교역국으로 EU 경기 불확실성 증대는 중국 경제에 부정적 영향을 어느 정도 미칠 것으로 예상되나, ‘위안화 약세 - 對미수출 증가’ 등으로 그 영향이 상쇄될 전망(대외경제정책연구원) ※ 2015년 기준 중국의 對 EU수출은 중국 총수출의 15.6%, 수입은 12.5% 차지 【참고】 Brexit (6.24일) 전 후 ICT수출 동향
○ 1일기준 ICT수출은 6~7억불 수출 등 평소와 같은 흐름을 이어가고 있고, 영국 및 EU 지역 수출도 1일 기준 전년 동기대비 증가 회복 등 영향 없음
< ICT 전체 일별수출액> < 對EU ICT 일별 수출액> < 對영국 ICT 일별 수출액>
(1) 단기적 영향 : 對영수출‧투자, 환율 변동
○ (對영수출) 영국으로의 수출 비중(0.7%)이 높지 않음에 따라, 영국 경제의 성장둔화가 ICT 수출에 미치는 영향은 제한적
‒ `15년 기준, 對영 ICT 수출은 11.4억 달러로 전체 ICT 수출액 1,728.7억 달러의 0.7% 수준 ※ `15년 기준 對EU ICT 수출은 101.5억 달러로 전체 ICT 수출의 5.9% 수준
○ Brexit의 여파는 단기적으로는 영국에 한정적으로 발생할 가능성이 높고, 주로 휴대폰, TV 등 완제품을 중심으로 수출 감소 이슈 발생 가능성이 존재
‒ 주요 수출 품목 중 반도체, 디스플레이 패널은 부품 산업 특성 상 유럽과 연관성이 낮고, 휴대폰은 보조금 제도, 임대 요금제 등으로 수요 하락이 제한적일 전망
7 ICT SPOT ISSUE Ⅰ. Brexit 선언과 ICT산업 영향
‒ 다만, TV는 영국 및 유럽 비중이 높고, 신규 수요보다는 교체 수요 중심으로 시장이 형성되 어 있어 수요 위축 등 우려가 있으나, ‒ 국내 주요 기업은 동유럽 생산거점을 통한 현지 대응체제를 확보하고 있어 현지 수요에 탄력적인 대응이 가능 ※ ‘15년 국내기업 스마트폰 출하 비중(Gartner) : (영국) 2.9%, (EU) 13.9% ※ ‘15년 국내기업 TV 매출 비중(IHS) : (영국) 5.6%, (EU) 18.9%
○ (對영투자) 영국에 대한 투자 비중(1.3%)이 높지 않아 영국/EU간 교역조건 변화가 ICT 수출에 미치는 영향은 제한적
‒ ´10～´15년간, 국내 ICT 기업의 영국에 투자한 금액은 총 1,612만 달러로 국내 기업 전체 투자의 0.3% 수준
○ 또한, 영국은 미국과 달리 국내 금융 및 ICT산업 내 비중이 높지 않고, EU 역시 수출, 주요기업 매출, 외국인 주식 지분 보유 규모 등에서 미국에 크게 못 미치므로 금융위기대비 제한적 영향이 예상
<표 I-4> 2015년 주요 지역별/품목별 수출액
구분 미국 금융위기(‘08.9월) Brexit(‘16.6월) 부동산 자산 버블에 따른 미국 발생원인 난민 문제 등 정치적 이슈 금융시스템 붕괴 유예기간 존재 영향시점 즉각적인 실물경제 파급 발생 (실질적인 EU탈퇴는 2년 뒤) 파급 국가 간 재정, 금융 여건에 따른 차별적인 대응, 대처양상 금융/재정정책의 적극적 추진 효과 유예기간으로 인해 유연한 대처가능 영 향 실물경제 직접적 영향 EU 체제 불안정 등 2차적인 실물경제 파급예상 구분 미국 영국 EU 수출 13.2% (‘09년) 0.7% (‘15년) 5.9% (‘15년) 4대기업 18.5%(‘09년) / 31.2%(’15년) - 15.7%(‘15년) 국내 매출 연관 ICT FDI 12.7%(19.1억불, ‘09~’15년) 0.1%(0.2억불, ‘09~’15년) 11.6%(17.5억불, ‘09~’15년) 성 삼성전자(14.5%) 삼성전자(2.6%) 삼성전자(7.2%) 4대기업의 LG전자(5.7%), LG전자(0.43%), LG전자(4.0%), 외국인 LGD(13.0%), LGD(0.38%), LGD(2.7%), 주식 지분 SK하이닉스(17.1%) SK하이닉스(1.9%) SK하이닉스(4.3%) 자료: IITP, 수출입은행, S&P Capital, 2016. 주) 4대기업은 삼성전자, LG전자, LG디스플레이, SK하이닉스
○ (환율) 각국 중앙은행의 적극적 시장개입에 따라 단기적으로 큰 변화는 없을 것으로 판단되며, 다만 엔화 강세와 위안화 약세 가능성에 대해 주목할 필요가 있음 ※ 6.23～7.1일간, 달러화 기준 엔화 가치는 2.9% 상승, 위안화 가치는 1.2% 하락
8 ICT SPOT ISSUE Ⅰ. Brexit 선언과 ICT산업 영향
○ (엔화 강세) 안전자산인 엔화의 가치상승 전망, 다만 수출 경쟁력 강화는 낸드플래시 등 일부 시장을 제외하면 크지 않을 것으로 판단
‒ 일본은 전자업계의 몰락과 함께 핵심부품을 제외한 ICT 완제품 시장에서 경쟁력이 약화
‒ ´16년 1분기, 낸드플래시 시장점유율은 삼성전자 35.1%, 도시바 21.6%수준이며 국내 업체가 3D낸드 적층기술, 미세공정 등 기술우위를 이미 점유
○ (위안화 약세) 위안화 약세는 對중 중간재 수출 증가 및 세계 시장에서의 경쟁제품 수출 감소라는 두 가지 가능성을 모두 내포
‒ 원/위안 환율 5% 하락 시, 총수출은 3%, ICT수출은 0.3% 감소(반도체, 패널, 휴대폰부분품, 중간재 수출의 비중이 높음) ※ 기계 –5.5%, 석유화학 –3.7%, 철강 –2.5%, 자동차 –1.9% 등 (현대경제연구원, 2015) <표 I-5> 위안화 평가절하의 수출 파급 경로
▪중국의 수출증가에 따라 중간재 수출 증가 對중 중간재 수출 * 중국의 가공무역 비중이 축소, 긍정적 효과가 약화되고 있는 추세
▪(단기) 중국 내수시장에서의 가격경쟁력 약화 對중 소비재 수출 ▪(장기) 중국 경기부양 시 수요 증가
對세계 수출 ▪수출경합도가 높은 품목에서 가격경쟁력 약화
자료: KISDI
<표 I-6> 위안화 평가절하와 주요 품목의 수출 영향
구분 중국시장 제3시장(세계, 중국제외)
휴대폰 중국산 대비 가격경쟁력 약화 중저가 제품 중심으로 신흥국 수출 둔화 부정적 중국과 경합하는 저가 제품 중심으로 가전 중국산 대비 가격경쟁력 약화 수출 감소
긍정적 반도체 對중 중간재 수출 증가 중국과의 경합도가 낮아 영향 미미
대중국 수출비중이 70%를 차지하여 중립적 디스플레이 중국산 대비 기술력 우위로 영향 미미 영향 미미 자료: 국제무역연구원, 원/위안 환율 5%하락 시 세계 수출은 약 1.5% 감소하는 것으로 추정
9 ICT SPOT ISSUE Ⅰ. Brexit 선언과 ICT산업 영향
【참고】 Brexit와 환율 전망
○ 파운드화 (추가 절하) : 향후 정치적·경제적 불확실성으로 인해 추가 절하가 예상
○ 엔화(절상 예상) : 일본 당국의 환율 방어가 예상되나 그 효과는 미지수
○ 위안화 (불확실) : 고평가 되어 있다는 인식과 함께 달러 강세로 인한 자본유출이 가속화될 경우 평가 절하 압력이 강해 질 수 있어 평가 절상 및 절하에 대한 예측이 어려운 상황
‒ 다만, 달러 강세로 미연준의 금리 인상 속도가 늦어질 경우 자본유출에 의한 위안화 평가 절하 압력이 크지 않을 전망
(2) 장기적 영향 : 세계 경제의 성장 둔화 리스크
○ 금융시장 충격과 불확실성 증가에 따라 영국 및 유럽시장에서 소비와 투자의 위축이 불가피
‒ 향후 무역, FDI, 고숙련 해외인력 유입의 위축과 함께 파급효과가 확대될 전망이며, 이는 영국의 EU 탈퇴가 공식화될 2018년부터 본격화
‒ 영국에 대한 투자 감소, 인력유입 감소는 다른 회원국으로의 이동을 통해 충격을 완화하겠으나, 유럽단일시장 대비 효율성은 약화될 것
○ ICT 수출 측면에서는 ‘Brexit → 불확실성 증가 → 세계 ICT 투자·소비 지출 위축 → 중국 ICT 수출입 위축’이 가장 큰 리스크
‒ Brexit의 가장 큰 위협은 정치경제적 불확실성의 증가에 따라 소폭이나마 회복세에 있던 세계 경기가 다시 둔화국면으로 진입 ※ Garter의 ´16년 IT지출 전망(%): 영국 1.7%→ 0.3∼3.3%, 세계 1.5%→ 1.2% ‒ 고립주의의 확산에 따라 향후 미대선 등 정치적 이벤트의 결과에 상관없이 보호 무역주의적 정책이 강화될 것이라고 보는 시각 존재
10 ICT SPOT ISSUE Ⅰ. Brexit 선언과 ICT산업 영향
4 정책적 시사점
o ICT 산업 및 수출에 대한 Brexit의 단기적 영향은 제한적
○ 영국은 금융 및 서비스업이 발달한 국가로 미국에 이은 세계 SW 2위 시장이며, 영국 시장을 장악하고 있는 미국, 영국 SW업체를 중심으로 부정적 영향이 예상 ※ ‘15년 영국 SW시장 점유율 : (미국업체) 33.5, (영국업체) 10.7
○ 국내의 경우 對영국 ICT수출 비중(0.7%) 및 영국계 ICT기업 지분 투자 비중(주요 4대기업 기준 2%내외) 등 익스포저가 크지 않고, Brexit 까지는 탈퇴 협상기간(원 칙적 2년)이 존재해 단기적 영향은 제한적일 전망
o 금융시장 불안, 환율변동성 확대, 보호무역주의 확산 등 Brexit의 중장기 적인 영향에 주목할 필요
○ Breixt는 중장기적으로 금융시장 불안, 환율 변동성 확대, 보호무역주의 확산 및 세계 경기둔화 가능성이 있고
※ WTO는 Breixt가 반독점 조사나 외국기업을 차별하는 특별승인 등 주요 국가가 보호무역주의로 변화하는 변곡점으로 작용할 수 있다고 지적(‘16.7월)
○ 금융시장의 불안이 현실화될 경우 벤처투자의 위축 및 중소기업의 재무건전성을 악화시킬 가능성이 존재
o Brexit는 대외충격에 민감한 ICT 산업의 구조적 문제(제조업·수출 중심)를 재차 확인하는 계기로 작용
○ Brexit 협상 기간(원칙적 2년) 동안, 주요 교역 대상국 경기 둔화에 대비하여 K-ICT 전략을 바탕으로 수출시장 다변화를 추진하고,
○ SW·정보보호·IoT·지능정보 등 ICT 신산업을 육성 및 ICT 벤처의 육성 및 경쟁력 강화를 위한 정책을 지속 추진할 필요
○ Brexit에 따른 장기적인 국제 금융시장 변동성 확대, EU 경기 회복세 둔화, 신흥국 경기 부진 등 하방 리스크에 지속적인 모니터링 체계 구축이 요구
11 ICT Spot Issue ❙ 2016-06
Ⅱ. 스마트폰 카메라의 진화, 3D 카메라
기술정책단 산업분석팀 조성선 수석
1. 3D로 진화하는 스마트폰 카메라 2. 스마트폰용 3D 카메라 개발 동향 3. 맺음말
ICT Spot Issue
Institute for Information & communications Technology Promotion ICT SPOT ISSUE Ⅱ. 스마트폰 카메라의 진화, 3D 카메라
1 3D로 진화하는 스마트폰 카메라
o 카메라는 스마트폰의 중요한 차별화 포인트의 하나
○ 지금까지 스마트폰 카메라는 화소 경쟁을 중심으로 진화
‒ '00년 전후로 등장한 카메라 탑재 휴대폰은 '05년 경엔 휴대폰 산업 내 킬러 애플리케이션으로 부상하며 휴대폰에 본격 탑재. 특히 휴대폰의 중요한 차별화 포인트의 하나로 부각되며 경쟁을 통해 화소 수도 빠르게 증가 ※ '99년 5월 Kyocera의 VP-210(11만 화소), '00년 6월 삼성전자의 SCH-V200(35만 화소 ) 이후 카메라폰 본격 등장 ‒ 휴대폰이 피쳐폰에서 스마트폰으로 진화하며 후면에 이어 전면 카메라까지 필수 아이템이 되었고, ※ 통신 기술의 발달로 고용량 데이터의 송수신이 용이해지고, SNS의 확산 등으로 전면 카메라의 중요성도 확대 ‒ 화소 수도 초기 피쳐폰의 VGA(30만 화소)급 내외 수준에서 진화를 거듭, 최근에는 후면 12~16MP(Mega Pixel), 전면 5~8MP이 주류를 이루고 있는 가운데 20MP 이상 탑재 제품도 출시되고 있는 상황 ※ Experia Z1('13년)부터 줄곧 20MP급 카메라를 탑재해 온 Sony는 최근 Experia X Performance에서는 후면 23MP, 전면 13MP의 카메라 탑재
o 듀얼 카메라 등으로 진화하는 스마트폰 카메라 ‒ 스마트폰 카메라의 중요 차별화 포인트인 화소 경쟁이 이제 어느 정도 한계에 도달하고 있으며, 하이엔드 스마트폰을 중심으로 새로운 성능 차별화 포인트가 필요하다는 것이 업계의 중론
‒ 이에 고화소화 중심의 스마트폰 카메라 진화 방향이 고기능화, 다기능화 방향을 지향하기 시작
‒ OIS(Optical Image Stabilizer)를 통한 손떨림 보정, 듀얼 픽셀 적용을 통한 AF(auto Focus) 기능 강화 등은 고기능화의 대표적 사례이며 ※ OIS 기능은 '14년 2월 LG전자의 G프로2에 처음 적용된 이후 삼성과 애플도 하이엔드 제품에 채택. 스마트폰 카메라에 OIS 채택 비율은 '15년 10.9%에서 '19년 32.8%까지 증가할 전망 ※ 삼성전자 갤럭시 7의 카메라 모듈(후면 12MP, 전면 5MP)은 전작 갤럭시 6(후면 16MP, 전면 5MP)보다 화소는 낮으나 듀얼 픽셀 이미지 센서를 적용, 저조도 환경 등에서 선명한 화질 구현
13 ICT SPOT ISSUE Ⅱ. 스마트폰 카메라의 진화, 3D 카메라
‒ 최근에는 후면에 두개의 카메라를 탑재하여 카메라가 제공할 수 있는 물체 판독 기능을 배경으로 센싱(sensing) 기능을 강조하는 듀얼 카메라가 부상
‒ 기존 LG전자의 옵티머스3D, HTC의 One M8, Huawei의 Honor 6 Plus를 비롯하여 LG전자 G5, Huawei의 P9 시리즈('16년 4월) 등 이미 많은 벤더들이 듀얼 카메라 탑재 폰을 출시하고 있고, 삼성과 Apple 등도 차기 제품에 듀얼 카메라 탑재 전망
o 분명한 방향성은 3D 센싱
○ VR을 배경으로 카메라의 3D 센싱에 대한 관심도 크게 증가
‒ CES2016, MWC2016 등 금년 상반기 IT 분야에서 가장 큰 주목을 받은 분야의 하나가 가상현실(VR)로 업계에서는 올해를 VR 산업의 원년으로 평가
‒ 한편, VR 체험의 핵심은 입체적인 3차원(3D) 영상이며, 따라서 VR 콘텐츠 제작을 위한 3D 영상을 촬영할 수 있는 3D 카메라가 필수 ‒ 스마트폰 카메라 분야에서도 전술한 바와 같이 차별화 포인트의 하나로서 다기능화를 지향 하는 가운데 이미지를 3D로 센싱하려는 시도가 전개되고 있으며 듀얼 카메라는 그러한 시도의 하나
‒ 이에 본 고에서는 듀얼 카메라를 포함하여 스마트폰 카메라로 3D 센싱을 구현하려는 다양한 시도와 개발동향, 시장 환경 등을 살펴보고 시사점 도출
14 ICT SPOT ISSUE Ⅱ. 스마트폰 카메라의 진화, 3D 카메라
2 스마트폰용 3D 카메라 개발 동향
o 3D 카메라는 특정 장면에서 객체에 작용하는 모든 광선을 수집하여 객체의 심도 정보를 포착할 수 있는 카메라
○ 스마트폰에 탑재되어 심도 정보(depth information)를 수집하는 카메라 기술은 현재 크게 두 가지 방향으로 전개
‒ 첫 번째 접근 방향은 멀티 카메라(혹은 렌즈)를 사용하는 방법으로 2개 이상의 카메라를 이용하여 가시광선을 포착, 심도 정보를 측정하여 3D 이미지를 생성하는 방법으로 ① 멀티 카메라 ② 멀티 렌즈 등의 방법으로 구현
‒ 두 번째 방향은 센서 카메라로 카메라 모듈에 심도 센싱(Depth Sensing)을 위해 별도 센서를 탑재하는 방식으로 SL(Structured Light) 방식과 ToF(Time of Flight) 방식이 대표적
o 다양한 방식으로 개발되고 있는 3D 카메라, 실용화에서는 듀얼 카메라가 한발 앞서고 있는 상황
○ 듀얼 카메라는 사람의 눈처럼 2개의 카메라를 탑재하고, 각각의 카메라가 역할을 분담하는 멀티 센서 방식
‒ 예를 들어, 한 카메라는 피사체에 초점을 맞추고, 다른 카메라는 주변 배경을 촬영해 두개의 영상을 합성하는 방식 ※ 듀얼 카메라의 렌즈 조합은 기술적으로 어떠한 조합도 가능하지만 최근 흐름은 각기 다른 기능을 갖는 고화소 1개, 저화소 1개의 조합으로 가는 추세
[그림 II-1] 듀얼 카메라의 모듈 및 원리
(가) 듀얼 카메라 모듈(Huawei Honor 6 Plus) (나) 원리 자료: 삼성증권(2015.8.6.)
15 ICT SPOT ISSUE Ⅱ. 스마트폰 카메라의 진화, 3D 카메라
‒ 듀얼 카메라 솔루션은 기존 카메라의 방법론을 사용하기 때문에 대부분의 기업들이 기존 애플리케이션 프로세서를 이용하여 쉽게 채택할 수 있다는 장점 보유
<표 II-1> 듀얼 카메라의 장점
구분 내용
- 2개 이미지센서 탑재로 단일 카메라 대비 이미지센서 면적이 넓어 저조도 환경에서 선명한 선명한 화질 영상을 얻을 수 있고, 거리별 색상 인식이 달라져 색상 정확도와 균일성 향상
- 한 카메라는 선명한 화질, 다른 카메라는 광각 렌즈로 넓은 시야에 중점을 두고 촬영 후 시야각 확대 두 이미지를 합성하는 방식으로 보다 넓은 시야각의 이미지 촬영 가능
- 두 개의 카메라가 원근감을 인식해 심도 지도(depth map) 제공. 한 카메라는 근거리, 다른 카메라는 원거리에 각각 초점을 잡아서 촬영 가능(다중 초점 촬영 가능) - 심도 지도는 피사체의 3D 스캐닝, 피사체의 크기 조정, Refocusing, 배경 제거 및 교체, 심도 지도(Depth 동작 인식 등 다양하게 활용 가능 Map)를 통해 - 촬영 후 역광 보정 가능, Outfocusing 혹은 Defocusing 등 재초점(Refocusing) 기능 가능. 3D를 구현 자동 초점으로 촬영한 이미지도 촬영 후 초점 변경 가능(포커스 조정) - 심도 지도의 활용 영역을 확대하면 얼굴 외에 모든 시각적 노이즈를 제거할 수 있어 뛰어난 안면 인식 기능 구현 가능
Auto Focus와 - 렌즈를 움직일 필요 없이 초점을 조정할 수 있어 Auto Focus 및 Zoom 속도 향상. Zoom 기능의 Zoom 촬영시 보다 선명한 화질 확보 가능 신속한 구현
- 저화소 카메라 2개로 고화소 구현 가능. 예로, Toshiba의 듀얼 카메라 모듈은 5MP 모듈 2 카메라 모듈 개로 이미지 업스케일링을 통해 13MP 화소를, LinX는 4MP 모듈 2개로 8MP 구현 슬림화를 통한 - 개별 카메라 화소 수가 낮으면 탑재 렌즈 수가 줄어 슬림화 구현 가능. 또한 Auto Focus 유려한 디자인 Actuator가 필요없고 광학 줌까지 대체할 수 있는 점도 슬림화에 기여하는 중요 요인 구현 ※ 대개 5~8MP 화소는 3~4개, 12~13MP 화소는 4~5개,16MP 화소는 6개의 렌즈 탑재
- 듀얼 카메라는 보이는 전경을 실시간으로 선택, 삭제할 수 있어 증강현실에 이상적으로 증강현실 등 활용 가능 다양한 - 또한 3D 특성을 이용해 3D 객체 모델링, 3D 인쇄를 위한 물리적 객체 복사, 공간의 인 Application 활용 테리어 지도화 등에도 사용 가능 가능 - 듀얼 및 멀티 카메라 환경에서는 증강현실, 안면 인식, 3D 지도화, 실시간 스트리밍 등이 가능해져 스마트폰의 성능 향상에 기여
자료: 키움증권(2015.6.) 발췌, 정리
○ 2011년 LG전자의 ‘옵티머스 3D’ 등을 통해 듀얼 카메라를 탑재한 제품이 출시된 이래 많은 스마트폰 벤더들이 듀얼 카메라를 적용
‒ 다만 현재까지 깊이 정보의 품질이 기대에 미치지 못하고 있고 이로 인해 정밀한 3D 이미지 제공은 어려운 것으로 평가되고 있으며, 이에 최근 이미지 품질 향상에 집중하고 있는 것으로 분석
16 ICT SPOT ISSUE Ⅱ. 스마트폰 카메라의 진화, 3D 카메라
<표 II-2> 듀얼 카메라 탑재 스마트폰 사례
LG Huawei 옵티머스 3D V10 G5 Honor 6 plus P9
제품
출시 ‘11.7. ‘15.10. ‘16.2. ‘14.12. ‘16.4. 후면 카메라 5MP 듀얼 16MP 16MP, 8MP 듀얼 8MP 듀얼 12MP 듀얼 전면 카메라 0.3MP 5MP 듀얼 8MP 8MP 8MP HTC ZTE Evo 3D One M8 Axon Elite GrandⅩMax2
제품
출시 ‘11.6. ‘14.4. ‘15.10. ‘16.5. 후면 카메라 5MP 듀얼 4MP 듀얼 13MP, 2MP 듀얼 13MP, 2MP 듀얼 전면 카메라 1.3MP 5MP 8MP 5MP 자료: 미래에셋(16.4.18) 외 각종 언론 자료
○ 듀얼 카메라 개발에서는 Apple이 LinX를 인수하는 등 가장 앞선 것으로 평가되고 있는 가운데 Qualcomm과 삼성전자 등도 Corephotonics와의 제휴를 통해 Apple을 추격하는 양상
‒ 성장성 한계에 대한 대안으로 고부가가치 제품 판매 확대를 추진하고 있는 Apple은 특히 세대별로 차별화 포인트를 제공
‒ iPhone 6가 5.5” plus 모델에서 화면 크기를 확대한 Apple은 차기 iPhone 7에서는 프리미엄 사양의 iPhone 7 pro를 출시할 것으로 전망되며, 이 제품의 차별화 포인트는 3D Camera가 유력한 것으로 분석(SK증권)
‒ 관련하여 Apple은 '15년 4월 이스라엘의 멀티 렌즈 카메라모듈 업체 LinX Computational Imaging을 인수 ※ LinX는 특수 용도 센서, 광학, 이미지 처리를 조합한 초소형 다중 조리개 이미지 처리 기술을 보유한 업체. Apple은 LinX 인수를 통해 3D 물체 모형화, 안면 인식 등의 기능을 갖출 것이라고 발표(키움증권) ‒ 한편, LinX 외에도 Apple은 지난 6년간 Microsoft Xbox의 Kinect 첫 번째 모델을 개발했던 센서 카메라 업체 PrimeSense를 포함하여 3D맵핑, 위치분석, 증강현실, 생체인식 등 모두 17개의 3D 또는 카메라/영상 관련 기술 보유업체들을 M&A
17 ICT SPOT ISSUE Ⅱ. 스마트폰 카메라의 진화, 3D 카메라
<표 II-3> 최근 6년간 Apple이 인수한 카메라/영상 관련 업체
시점 인수 기업 보유 기술 국가 시점 인수 기업 보유 기술 국가 '10.9.14 IMSense HDR사진 영국 '14.1.4 SnappyLabs 촬영SW 미국 '10.9.20 Polar Rose 안면인식 스웨덴 '15.4.1 Coherent Navigation 지도 미국 '11.8.1 C3 Technologies 3D 맵핑 스웨덴 '15.4.14 Lynx 듀얼 카메라 이스라엘 '13.3.23 WiFiSlam 내부위치분석 미국 '15.5.1 Metaio 증강현실 독일 '13.7.19 Locationary 지도 캐나다 '15.9.1 Mapsense 지도 미국 '13.7.19 HopStop.com 지도 미국 '15.11.1 Faceshift 동작인식 스위스 '13.8.22 Embark 지도 미국 '16.1.7 Emotient 안면인식 미국 '13.11.24 PrimeSense 센서 카메라 이스라엘 '16.1.29 Flyby Media 증강현실 미국 '13.12.23 Broadmap 지도 미국 ' 자료: SK증권, 2016.6.
○ 곤충의 겹눈을 닯은 마이크로렌즈 어레이
‒ 다양한 각도에서 들어오는 빛을 포착하기 위해 탑재된 마이크로렌즈 어레이로 특징지워지며, 개념적으로 곤충의 겹눈(compound eyes)과 유사 ※ 미국의 Lytro사가 개발. 이 기술을 채택한 Lytro의 카메라는 '12년 1세대에 이어 '14년에 2세대 제품이 출시되었으며, 국내의 경우 '15년 3월에 출시 ‒ 이미지 센서와 렌즈 사이에 마이크로 렌즈를 넣어 한 번의 샷으로 빛을 받아들이는 방향과 각도, 거리, 색상, 밝기 등을 모두 (파일 형태로) 기록하는 방식
‒ 따라서 한 번의 샷으로 저장된 파일 하나만 있으면 전용 SW를 통한 후보정으로 언제든 원하는 각도에서 원하는 피사체에 초점을 맞춘, 즉 원하는 포커스 상태의 사진을 만들 수 있으며, 이미지 프로세서를 통한 심도 정보 확보로 3D 이미지도 생성 가능
‒ 이 방식은 최종 이미지의 화소 수가 적다는 문제점 보유(2D 변환 이미지 기준 약 400만 화소). 따라서 효율적인 화소 수 확대 방법의 개발 여부가 이 방식의 성공 여부에 직결
[그림 II-2] Lytro의 라이트 필드 카메라와 일반 카메라의 센서 구성도 비교
(가) Lytro의 라이트 필드 카메라 (나) 일반 카메라 자료: http://www.funshop.co.kr/goods/detail/33086
18 ICT SPOT ISSUE Ⅱ. 스마트폰 카메라의 진화, 3D 카메라
○ 여러 개의 작은 카메라를 모듈화 한 카메라 어레이
‒ 기본적으로 플래시 등의 구성은 기존 카메라와 다를 바 없으나 여러 개의 작은 카메라들이 격자 형태의 모듈을 구성, 피사체를 포함한 공간을 다양한 각도에서 촬영함으로써 여러 각도 에서 촬영된 복수의 이미지를 확보
‒ 여러 벤더들이 개발을 진행하고 있으며 현재 Pelican Imaging, Haptagon 등이 앞서 나가고 있는 상황
‒ (Pelican Imaging) 4×4 포메이션(가로, 세로 각 4개)으로 총 16개의 카메라를 탑재하고 있으며, 한 번의 촬영으로 동시 촬영된 초점이 다른 16개 이미지를 SW로 합성하여 3D 이미지를 확보하는 방식 사용. MWC2013에서 공개. 맞춤형 이미지 센서가 필요하다는 점, 이미지 합성 프로세스가 복잡하여 별도 프로세서가 필요하다는 점 등이 해결 과제
‒ (Haptagon) Pelican Imaging과 달리 2×2 포메이션 방식으로 접근. 4×4 포메이션 방식에 비해 기성 제품으로 나와 있는 이미지 센서와 렌즈, 애플리케이션 프로세서를 사용할 수 있다는 장점이 있으나 확보할 수 있는 심도 정보는 부족
[그림 II-3] 싱글, 듀얼 및 어레이 카메라 비교
(가) 싱글 카메라 (나) 듀얼 카메라 (나) 카메라 어레이 자료: 각종 언론 자료
o 기술적 난제가 남아 있는 센서 카메라
○ 카메라 모듈에 심도 센싱(depth sensing)을 위해 별도 센서를 탑재하는 방식으로 SL(Structured Light) 방식과 ToF(Time of Flight) 방식이 대표적
○ (SL 방식) 특정 패턴(직선 또는 격자 무늬)의 레이저를 촬영 대상에 방사한 후 대상 표면의 모양에 따라 패턴이 변형된 정도를 분석해 심도를 계산한 후 이미지 센서가 찍은 사진과 합성해 3D 기반의 촬영 결과를 도출
‒ 특정하게 패턴화 된 레이저 적외선(IR) 프로젝터, 적외선 심도 센서(1~2개), 이미지 센서, 3D 프로세서 등으로 구성
19 ICT SPOT ISSUE Ⅱ. 스마트폰 카메라의 진화, 3D 카메라
[그림 II-4] 방식별 센서 카메라의 원리
(가) SL 3D 카메라의 원리 (나) ToF 3D 카메라의 원리 자료: SK증권
‒ SL 방식에 기반한 RealSense 플랫폼을 제공하고 있는 Intel은 3D 카메라 기술 분야에서 가장 앞선 것으로 평가
‒ Kinnect보다 카메라의 크기가 훨씬 작은 게 장점이며, 이미 노트북(HP, Dell, Lenovo), 태블릿(Dell의 Venue 8 태블릿), 데스크톱(Fujitsu의 Esprimo) 및 자사 개발자용 스마트폰 등에 탑재
‒ F200과 R200 모델을 출시하고 있으며 CES2016에서 렌즈 및 센서가 보강된 ZR300 발표
‒ 기존 2D 싱글 카메라 및 듀얼 카메라 대비 높은 심도를 제공하지만 스마트폰에 탑재하기에는 아직 크기가 커서 3D 인지 기능 강화 외에 제품 소형화에도 집중
<표 II-4> Intel의 3D 카메라 모듈 비교
구분 F200 R200 카메라 이미지 카메라 IR 심도 카메라 이미지 카메라 IR 심도 카메라 Active Pixel 1920×1080 640×480 1920×1080 640×480 Effective Range(Gestures) 0.2~0.6m Effective Range(Face Tracking) 0.35~1.2m Effective Range 0.6~3.5m - 근거리용 센서 카메라 모듈 - 원거리용 센서 카메라 모듈 - '15년에 다수의 노트북, 올인원 PC - 태블릿, 스마트폰 등의 후면부 탑재가 전면부에 탑재 주 용도 - 손가락 움직임, 안면인식 등에 강점 - 3D 스캐닝 기능에 강점 자료: SK증권
○ (ToF 방식) 레이저가 촬영 대상에 갔다가 반사돼서 돌아오는 시간을 측정해 심도를 계산한 후 이미지 센서가 찍은 사진과 합성해 3D 기반의 촬영 결과를 도출
‒ 레이저 적외선(IR) 프로젝터(송신), 수신 센서, 이미지 센서, 3D 프로세서 등으로 구성
20 ICT SPOT ISSUE Ⅱ. 스마트폰 카메라의 진화, 3D 카메라
‒ ToF 방식에서는 Sony와 Microsoft가 앞선 것으로 평가
‒ (Sony) '15년 10월 벨기에의 ToF 이미지센서 개발업체 Softkinetic을 인수하였는데, 이는 ① 자사 게임기(Play Station4)용 VR 솔루션 개발, ② 글로벌 시장을 과점하고 있는 이미지 센서 사업부의 3D 기술 개발 강화, ③ 향후 성장이 유력한 3D 시장에서 주도권 확보 등을 위한 포석으로 분석
‒ 특히 Sony는 최근 듀얼 카메라 모듈 사업에서의 철수를 공식화 하였는데 이는 ToF 센서 카메라 시장에 집중하기 위한 전략으로 분석 ※ Sony는 '15년 5월 24일 컨퍼런스 콜을 통해 일부 카메라 모듈의 개발･제조 중지를 언급. 표면적 으로 고정비 투자에 대한 부담, 고객사의 주문 리스크 증가, 지진 피해 부담 등이 거론되었으나 업계에서는 이를 스마트폰용 듀얼카메라 모듈 사업 중단으로 분석 ‒ (Microsoft) '13년 11월 게임기 Xbox One에 ToF 방식의 동작인식 카메라 Kinect 탑재
‒ 당초 Kinect는 PrimeSense의 SL 방식을 이용한 동작인식 모듈로, '10년 11월 게임기 Xbox 360에 탑재되며 IT 시장에 동작인식 센서 열풍을 몰고 왔으나 PrimeSense가 '13년 Apple에 인수된 후 Xbox One에는 ToF 방식의 Kinect를 탑재
o 스마트폰용 3D 카메라 성장 촉진 및 저해 요인
○ 전술한 바와 같이 이미 많은 기업들이 3D 카메라 탑재 스마트폰을 출시 혹은 출시예정이어서 급속한 시장 성장이 예상되고는 있으나 비용, 즉 가격 측면에서의 단점도 제기되는 등 저해 요인도 공존
<표 II-5> 스마트폰용 3D 카메라 성장 촉진 및 성장 저해 요인
<성장 촉진 요인> - 많은 기업들이 3D카메라 탑재 스마트폰을 출시 혹은 출시예정이어서 급속한 시장 성장 예상 - 특히 스마트폰 시장의 양대 축인 Apple과 삼성이 3D 카메라 기능 탑재를 결정할 경우 여타 스마트폰 벤 더들은 따라갈 수밖에 없으며 이 경우 3D 카메라 기능은 스마트폰의 표준 특성으로 자리매김 가능 - 스마트폰 시장에 안착할 경우 태블릿은 물론 기존 PC 등으로의 시장 확산 가속화 가능 - 3D 카메라 기능 관련 애플리케이션 SW 및 서비스가 개발되고 고객들이 이를 수용할 경우 스마트폰 및 태블릿 탑재 확산을 촉진하는 강한 동력으로 작용 가능 <성장 저해 요인> - 다양한 3D 카메라 기술이 스마트폰에 구현될 경우 비용 측면에서 기존 카메라 대비 단점으로 작용 ※ 현재 프리미엄 스마트폰은 성장이 둔화되고 있는 반면 저가 폰이 성장 모멘텀을 얻어가고 있는 실정 ※ 메모리 추가가 불가피해 보이는 등 비용 측면에서의 단점은 많은 벤더들의 3D 카메라 기능 탑재를 저해할 것이고, 이는 다양한 분야로의 3D 카메라 확산을 저해하는 요인으로 작용 가능 - 아직 해결해야 할 기술적 난제 존재 ※ 예를 들어, 기존 카메라 대비 픽셀이 적어 특수 렌즈 또는 맞춤형 이미지 프로세싱 필요 - 이들 기술적 난제와 핵심 부품의 안정적 공급이 해결되지 않을 경우 벤더들이 전체 제품에 3D 카메라를 탑재하기는 어려울 전망 - 3D 카메라 기능을 이용하는 매력있는 애플리케이션 SW 및 서비스 개발도 필요 자료: Gartner, 2015.7.30.
21 ICT SPOT ISSUE Ⅱ. 스마트폰 카메라의 진화, 3D 카메라
o 여타 기술이 스마트폰에 탑재하기까지는 아직 해결해야 할 기술적 난제가 존재하는 가운데 듀얼 카메라 시장은 빠른 성장 예상
○ 전술한 바와 같이 여타 기술이 아직은 기술적 해결 과제가 남아 있는 가운데 스마트폰에의 3D 카메라는 이미 탑재가 되고 있는 듀얼 카메라 중심으로 초기 시장이 형성될 전망
‒ 시장 성장성에 대해서는 기관별로 약간의 차이가 있으나 대체로 폭발적 성장성에 무게
‒ (TSR) '15년 1,500만 대에서 '16년 1.6억 대로 급성장하고, '17년 3.8억 대, '18년 4.3억 대로 증가할 전망('15~'18년 CAGR 206%)
‒ (Jefferies 증권) 스마트폰중 듀얼 카메라 채택 비율은 '17년 21%, '18년 34%에 이를 전망 ※ '17년 듀얼 카메라 채택 스마트폰: 3.3억 대(안드로이드 1.9억 대, iPhone 1.4억 대) ‒ (삼성증권) '15년 1,700만 대에서 '16년에 1.1억 대, '17년 2.5억대 규모로 성장. '20년엔 전체 스마트폰의 약 30%에 채택할 전망
‒ (SK증권) '15년 1,300만 대에서 '16년 약 1억 대, '19년엔 전체 스마트폰의 약 35%에 채택할 전망('15~'19년 CAGR 164%)
‒ 관련하여 SK증권은 ① Apple iPhone 7의 듀얼 카메라 채택, ② 삼성전기의 '17년 본격적인 듀얼 모듈 판매 확대, ③ LG전자의 광각 카메라모듈 채용 확대 전략 등이 듀얼 카메라의 높은 성장을 이끌 것으로 분석
[그림 II-5] 듀얼 카메라 모듈 출하량 전망
자료: SK증권, 2016.6.
22 ICT SPOT ISSUE Ⅱ. 스마트폰 카메라의 진화, 3D 카메라
3 맺음말
o 3D 카메라는 스마트폰에 적용할 수 있는 다양한 기능 및 서비스 개발에 유용할 것으로 예상
○ 예를 들어 3D 카메라를 탑재한 스마트폰을 활용하면 간편하게 다양한 각도에서의 인물 사진 확보 가능
‒ 이 사진은 동 인물을 360도로 볼 수 있는 3D 이미지로 변환하여 미니어쳐 모델을 제작하는 3D 프린터용 데이터로 활용 가능
‒ 또한 고객의 3D 이미지에 가상으로 화장을 하거나 의상을 피팅하는 서비스, 특정 애플리케 이션 또는 웹사이트에서 가상으로 가구와 실내 디자인을 조합해보는 서비스도 예상할 수 있으며, 실제 세계와 가상 세계가 결합된 게임도 가능
○ 무엇보다 자연스럽게 스마트폰 사용자들의 VR 콘텐츠 생성 및 관련 신산업의 탄생과 성장으로도 연결 가능
‒ 최근 Google의 카드보드를 시발로 중저가 제품들이 등장하며 VR기기 시장이 가파르게 성장할 것으로 전망되고 있는데, 이는 이들 기기를 통해 낮은 가격에 간편하게 실감 미디어의 세계를 체험할 수 있기 때문
‒ 3D 카메라 탑재 스마트폰이 본격 보급될 경우 스마트폰에 최적화된 VR 기기들과 연계되어 자연스럽게 스마트폰 사용자들이 생성해 내는 VR 콘텐츠가 폭발적으로 증가할 것이며, 이는 VR 및 관련 산업의 성장은 물론 새로운 먹거리 산업의 창출과도 연계 가능
‒ 카메라폰 등장 이후 사용자들은 셀프 촬영한 사진, 동영상 등 수 많은 UCC(User Created Contents)를 생성하였고, 이들 콘텐츠를 기반으로 한 SNS 등 신산업이 창출되었으며, 이들 신산업 분야에서 글로벌 기업으로 성장한 많은 기업들이 좋은 사례
o 듀얼 카메라는 스마트폰용 3D 카메라 탑재의 서막
○ 본문에서 살펴본 바와 같이 이미 많은 기업이 듀얼 카메라를 탑재하고 있고, Apple, 삼성, Lenovo 등의 가세가 예상되고 있는 상황
‒ 아직 해결과제가 남아 있지만 초기에는 모듈 크기가 작고, 가격 경쟁력이 있는 듀얼 카메라가 새로운 기술 패러다임의 보편화를 이끌 전망이며 ※ ① 보다 정교한 이미지 합성을 위한 AP의 데이터 처리 능력 및 발열제어 개선, ② 두 카메라의 광축(촬영각도)을 특정 오차범위 이내로 유지한 가운데 수율 확보, ③ 단순 이미지 합성을
23 ICT SPOT ISSUE Ⅱ. 스마트폰 카메라의 진화, 3D 카메라
넘어 영상 합성 솔루션의 개발 등은 해결 과제(SK증권) ‒ 심도 인식에서 우월한 센서 카메라가 모듈 사이즈의 크기, 높은 가격 등 기술적 난제들을 해결하면 듀얼 카메라 등과의 경쟁을 통해 스마트폰용 3D 카메라 시장의 본격화로 이어질 전망
o 경쟁은 이제 시작, 새로운 기술 패러다임 선도해야
○ 듀얼 카메라로 시작되는 3D 카메라는 향후 스마트폰 시장의 지속 성장과 시장내 경쟁 구도에 큰 변화를 가져올 수 있는 중요 변수
‒ 당초 듀얼 카메라의 채택은 LG전자 등으로부터 시작되었으나 시장의 주목을 받지 못하다 최근 Apple의 참여, 가상현실과의 연계 등이 맞물리며 주목받기 시작한 시점에서 초기 시장은 중국이 주도할 것이라는 전망이 우세
‒ 이는 스마트폰 시장에서 국내 기업들을 압박하고 있는 중국 및 중국 기업들의 영향력이 현재의 상황보다 더 커질 수 있다는 점에서 우려할만한 대목
○ 기술 측면의 주도권 확보를 위한 투자와 기술개발이 요구되는 시점
‒ 3D 카메라 탑재라는 새로운 기술 패러다임의 보편화가 점차 다가오고 있는 상황에서 HW 시장의 선도도 중요하지만
‒ Apple, Intel 등의 구도로 흘러가고 있는 기술적 측면에서의 주도권 흐름을 가져올 수 있는 기술 개발과 투자가 요구되는 시점
24 ICT Spot Issue ❙ 2016-06
전파․위성 CP 이문규
1. IMS2016 개요 2. 이동전화: 탄생과 소멸 3. mm-Wave: 미래로 연결되는 관문 4. GaN: 고출력 반도체 혁신 5. 패러다임 이동: SW기반 플랫폼 6. 시사점 및 제언
CP Issue
Institute for Information & communications Technology Promotion ICT SPOT ISSUE
1 IMS2016 개요
o IMS 소개
○ IEEE Microwave Theory & Techniques Society가 주관하는 2016 IEEE International Microwave Symposium(IMS2016)은 RF, microwave, mm-Wave, THz 분야의 소자와 시스템을 다루는 IEEE내 메이저 학술 및 전시 행사
○ IMS2016 규모
‒ 행사기간: 16년 5월 22일 ~ 5월 27일
‒ 행사장소: 미국, 샌프란시스코 Moscone center
‒ IMS2016 주제: 무선 미래로 가는 관문 (Gateway to the Wireless Future)
‒ 세션수: 85(기술, 패널, 워크숍 포함)
‒ 전시업체: 635개사 (역대 최대 규모, 처음 전시업체 65개사)
[그림 1-1] 2016년 IMS 전시회 사진
자료 : www.ims2016.org
○ 전통적으로 IMS는 고주파 집적회로를 다루는 RFIC 학술회의와 RF 측정 자동화
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을 주제로 하는 ARFTG와 같은 장소에서 마이크로웨이브 위크(Microwave Week) 기간에 함께 열림 ※ RFIC 학회: 화합물과 CMOS 집적회로 기술을 이용하여 RF, microwave, mm-Wave 등에서 부품과 시스템 구현을 다루는 학회 ※ ARFTG: RF와 마이크로웨이브 측정 자동화를 다루는 소규모의 학회로 올해 87회를 맞음
o IMS2016 참석인원 분석
○ IMS 행사는 학계와 산업체에서 매년 8,000명에서 10,000명 규모로 참석
○ RF, Microwave, THz 등 전파 분야에서 가장 큰 국제행사로 올해 참석인원과 국가별 비율은 아래와 같음
‒ 참석자: 9,989명 (2015년 대비 15% 증가)
‒ 참여국가: 60여 국가
‒ 미국 외 참여국가 비율: 중국(참석자의 4%), 일본(3%), 한국(3%), 독일(3%)
‒ 특이사항: 참석자의 42%가 처음 참석
[그림 1-2] ‘98년 이후 IEEE IMS 참가자 수 변화
자료 : Microwave Journal (2016)
○ 그림 1-2는 1998년 이래 IMS 행사 참가자 수를 보여주고 있음.
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○ 학회 참석인원 수의 추이로 부터 전파분야의 업황을 다음과 같이 설명할 수 있음
‒ (전성) 1998년부터 2006년 학회까지 대략 9,000명 ~12,000명 정도 참석: ‘90년도 무선통신 의 붐으로 기지국의 유지보수 및 신규 서비스 개시
‒ (급락) 2007년 하와이 Honolulu학회에서 7,000명 수준으로 급락 ‒ 대표적인 휴양지인 하와이의 지역적인 특성상 기업 참여가 저조한 것으로 당시 해석
‒ (침체) 2007년 이후 2015년까지 약 8,000명 규모를 유지
‒ 2008년 글로벌 경제위기 이후 RF/microwave 분야도 세계경기의 침체에 영향을 받은 것으 로 보임
‒ (회복) 올해 2016년 IMS에서 9,989명(2015년 대비 15% 증가)으로 10,000규모 학회로 회복
‒ 2013년 이후 참가자 수가 꾸준히 증가하여 올해 전성기 수준인 10,000명 가까운 인원이 참석함으로써 2007년부터 이어진 침체기를 완전히 벗어났다고 볼 수 있음
‒ 근래, 5G, IoT, 자동차, 드론 등 무선산업에 새로운 응용분야가 출연하여 다시 한 번 무선 RF/microwave에 대한 도약이 기대됨
‒ IMS 전시회와 학회에서 소개되는 최신의 무선 혁신 연구들이 빠르게 VR, AR, 5G, 자동차 레이다, IoT, 상업용 드론 등에 적용되고 있고, IMS2016 전시회에 시스템 응용 관계자들도 대거 참석한 것으로 보임
o IMS2016의 주제 및 특징
○ IMS2016 전시회와 학회에서 강조된 주제들
‒ 올해 IMS 전시회는 최근 떠오르는 응용 분야와 무선산업과의 연관성을 보여주는 전시가 주목을 끌었음
‒ 특히, 가상현실 화성탐사선(MEV, Mars Exploration Vehicle) 체험은 IEEE에서 특별 전시 로 많은 호응이 있었음
‒ 준비위원회에서 밝힌 올해 IMS의 주제: 5G, 자동차, 레이다, 웨어러블 전자소자, IoT(사물 인터넷), 무선 HDMI, 의료응용, 위성 통신 등
‒ 올해 가장 눈에 띄는 트랜드는 5G와 mm-Wave 기술, 고출력 GaN 전력증폭기 모듈 등으로 본 고에서 이 주제들의 대표적인 논문이나 전시 제품을 통해 살펴볼 것임
‒ 올해 특히 mm-Wave 관련 논문이 다수 발표됨: 센서, 비치명자극기, 고속 데이터 전송, 무선기기간 간섭 저감 연구
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○ 주요 부품(components) 주제에 대한 논문 키워드 분석
‒ 올해 IMS에서 중요하게 다루어진 부품들을 알아보기 위해 Keyword 검색 수행
[표 1-1] IMS2016에 발표된 주요 RF 부품 관련 논문 수
부품명 power amplifier filter oscillator mixer 논문수 261 332 119 108
※ 논문 편수는 논문검색기능에서 부품명을 포함하는 논문 수로 검색
‒ 전력증폭기: 부품 레벨에서 ‘전력증폭기(power amplifier)’는 변환효율, 포락선추적 (envelope tracking), 스펙트럼 emission 등 성능 이슈와 전력증폭기로 혁신적인 소자인 GaN 트랜지스터의 민수 상용화 관련된 논문이 다수
‒ 필터(filter): 최근 주파수 스펙트럼 효율 이슈로 불요파신호(spurious signal) 필터링 수요 급증과 타 부품에 비해 제작 용이성(주로 대학에서 발표)이 원인
○ IMS2016 응용 분야 주제
‒ 응용분야 키워드 검색을 통해 올해 IMS에서 다뤄진 응용분야를 분석함
[표 1-2] IMS2016에 발표된 주요 응용분야 관련 논문 수
wireless 부품명 IoT sensor radar power transfer 논문수 30 167 161 57
※ 논문 편수는 논문검색기능에서 응용분야를 포함하는 논문 수로 검색
‒ 센서와 레이다가 응용분야의 다수를 차지하고 있음
‒ RF 응용분야가 점차적으로 6GHz이상으로 옮겨감에 따라 기존 통신수요에 더해 센서, 레이다 수요가 빠르게 증가하고 있음
‒ 상대적으로 무선전력전송 분야의 논문은 올해 저조함. ‒ 무선전력전송의 대표 응용분야라 할 수 있는 스마트폰의 무선충전기술은 이미 상용화 단계 로 접어들고 있어 관심도가 낮아지고 있음
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○ IMS2016 기타 키워드
‒ 5G와 무선 근거리 연결(connectivity)에 대한 이슈로 mm-Wave 분야의 논문이 급증하고 있음
‒ 논문뿐만 아니라 올해 전시회에서도 mm-Wave 대역 송수신 칩, 모듈, 센서 등이 주목받았 음
‒ 센서 응용과 미래 기술로 (sub) THz 기반 논문이 시장 규모에 비해 다수 발표됨
[표 1-3] IMS2016에 발표된 주요 키워드 관련 논문 수
reconfigurab mm-Wav DARPA 부품명 wearable (sub) THz le e 프로젝트 논문수 29편 94편, 103편, 86편 29편
※ 논문 편수는 논문검색기능에서 키워드를 포함하는 논문 수로 검색
o 기고문의 구성 및 목적
○ 본 고에서는 IMS2016에서 소개된 주된 기술과 트랜드(이동전화, mm-Wave, 고 출력 GaN, 전파산업에서 SW역할)를 소개하고 저자의 견해를 덧붙이고자 함
○ IMS2016에서 전파위성 산업의 변화를 읽어 향후 전파산업 발전방안 수립, R&D 기획, 기반조성, 인력양성 등의 참고자료로 활용하고자 함
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2 이동전화: 탄생과 소멸
o ‘이동통신 전화기의 아버지’ Martin Cooper 발표
○ Martin Cooper 박사의 약력
‒ 1928년 7월 13일 미국 일리노이주 시카고에서 출생
‒ 1973년대 Motorola에 근무하며 동료들과 이동통신전화기를 상용화
‒ Cooper's Law로 전파스펙트럼(radio spectrum)의 효율 예측과 관리에도 기여함 ※ Cooper's Law: 무선 주파수 스펙트럼을 통해 전송할 수 있는 면적당 최대 대화 가능자 수(the number of voice conversations)는 Marconi의 첫 상업적인 통신 이래 매30개월마다 2배로 증가를 주장 ※ Cooper 법칙은 소형 셀을 통한 스펙트럼의 공간 재사용 (Spatial Reuse)에 의한 효과로 소형셀 에 의한 인프라가 스펙트럼 효율을 높일 있음을 보여줌
[그림 2-1] 이동통신의 아버지 Martin Cooper와 최초의 상용 이동통신 전화기로 평가되는 DynaTAC
자료 : www.ims2016.org
○ 무선/이동/스마트 전화기의 HW 진화: 현재의 단말기는 유아기 수준
‒ 42년 전 무선전화기가 처음 상용화되고, 10년 전 혁신적인 스마트 폰이 등장
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‒ Martin Cooper박사는 지금까지 이동전화의 초소형화와 스마트 폰 이후 지능화에도 불구하 고 이동전화는 아직도 유아기(infancy)에 머물러 있다고 진단 ‒ 앞으로 스마트 폰의 진화는 몇 세대를 거듭하여 지속적으로 진행될 것으로 예상
○ 통신의 고도화로 인한 사회변화 예측
‒ 5G 등 무선통신의 발전으로 직접적인 사회변화가 예측되며, 특히 개인 무선 connectivity는 헬스케어(health care)와 교육에서 혁명을 불러올 것으로 예상됨
‒ 이미 헬스케어 분야에서 혁명은 현 시점에서 이미 진행 중으로 평가
‒ 무선통신과 connectivity의 ICT기술로 미래사회도 큰 변화가 예상됨: ‘협업(collaboration)’ 이 가능하여 지금까지 인류가 풀 수 없었던 많은 문제를 ‘협업’에 의해 풀 수 있게 될 것임(예를 들어 수천만 명이 협업하여 프로젝트를 수행하는 위키피디아 형 문제)
‒ 또한, 역설적으로 스마트 폰의 진화에 남아있는 많은 문제들도 바로 이 ‘협업’을 해야 더 쉬게 해결할 수 있음을 강조
[그림 2-2] 이동전화의 HW 진화. Martin Cooper 박사는 현 수준의 무선전화기를 ‘유아 기’로 규정하고 지속적으로 진화할 것으로 주장
자료 : www.codeuridea.com, From Cellphone to Smartphone-An Infographic
○ 이동전화의 진화
‒ 현재의 통화 모습은 ‘평면형의 납작한 기구모양의 전화기를 꺼내 번호를 찾아 누르고(터치 하고) 전화기를 얼굴에 대고 사용하는 것’으로 ‘자연스럽게 대화하는 것’과는 아직도 차이가 큼
‒ 이러한 의미에서 HW적으로 볼 때 현재의 이동전화는 유아기(infancy) 수준이라고 볼 수 있음
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‒ 향후 몇 세대에 거쳐 HW적인 변화를 격은 후 자연스럽게 웨어러블 전화기, 피부 부착형 전화기, 피부안으로 들어가는 전화기의 모습으로 바뀔 것으로 예상
[그림 2-3] 인간 친화적이지 않는 현재의 통화모습(왼쪽)과 인간이 대화하는 것처럼 자연스 러운 인터페이스를 갖게 되는 미래의 통신모습(오른쪽)
자료 : Motherboard "Meet The Inventor of the First Cell Phone"
‒ 아래의 그림들은 현재 수준에서 연구되는 웨어러블 전화기와 인플란트형 전화기의개념도 와 연구수준을 보여주고 있음
‒ 미래의 통신 단말기는 손에서 사라져서 몸 안으로 들어갈 것으로 예상됨
[그림 2-4] 이동전화의 HW 진화 방향
자료 : 왼쪽부터 http://wtop.com, https://politech.wordpress.com, http://electronics.howstuffworks.com
○ 미래 단말기의 한 예(개념)
‒ 2002년 11월에 영국 런던의 Royal College of Art에서 미래의 단말기로 임플란트 기기에 대한 개념설계를 선보였음(그림 2-4의 오른쪽 참조)
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‒ 치아에 수신칩과 트랜스듀서(transducer)를 장착하고 골전도를 통해 귀로 음성신호를 전달함 ‒ 골전도 시스템은 외부 잡음에 강해 혼자말로 중얼거려도 깨끗한 음성을 들을 수 있을 것으로 생각됨
○ 스마트폰 앱(Apps)검색의 진화
‒ 나에게 필요한 앱을 찾기 위해 앱스토어에서 수백만의 앱(Apps)들을 검색하는 것도 인간에 게 매우 불편한 인터페이스임
‒ 궁극적으로 ‘인간이 앱을 찾는 것’이 아닌 ‘앱이 인간을 찾는 모습’으로 바뀔 것으로 Cooper 박사는 예상하고 있음
‒ 이러한 과정에서 인공지능(Artificial Intelligence)이 적용될 것이고 인공지능의 실제 상용 화 시점에서 SW산업도 지금보다 더 인간중심적인 인터페이스를 가질 것으로 생각됨
[그림 2-5] 앱 검색의 진화: 스마트폰에서 인공지능을 이용하여 사용자에게 필요한 앱이 스스로 검색되어 제시됨
○ Cooper 박사 강연의 시사점
‒ 근 30년 사이에 일상생활의 가장 큰 변화를 가져다 준 이동통신전화기에 관해 최초 상용 단말기 개발의 주역인 Martin Cooper 박사의 회고와 미래 진화 방향에 대한 놀라운 통찰력 을 보여주었음
‒ 미래에는 우리 손에서 HW 단말기도 사라지고, 수많은 앱도 인공지능에 의해 필요한 앱만 선택되어 말하듯 자연스럽게 통화가 되는 모습이 될 것임
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3 mm-Wave: 미래로 연결되는 관문
o ‘Young Professionals’ 세션: mm-Wave 미래로 연결되는 관문
○ ‘young professionals’: IEEE MTT-S에서 열정적이고 혁신적인 연구를 수행하는 젊은 연구자들로 구성된 연구그룹
○ 이번 IMS2016에서 ‘young professionals’ 세션의 토론 주제를 ‘Millimeter Waves – Gateway to the Future’로 선정
○ young professionals 연사
‒ Dr. Madhu Gupta (Prof. UCSD),
‒ Dr. Taylor Barton (Prof. Univ. of Texas at Dallas)
‒ Dr. Dominik Schmidt (Cofounder, Pixel Devices International)
‒ Mr. Damon Holmes (Manger, NXP Semi.)
‒ Dr. Goutam Chattopadhyay (Senior Research, NASA)
‒ Dr. Joy Laskar (Cofounder, MAJA Systems)
○ mm-Wave 시장 규모
‒ 다양한 응용분야에서 mm-Wave는 2014년에 $0.19B에서 40.07%의 CAGR로 2022년까지 시장규모가 $7.14B에 이를 전망 [1]
‒ mm-Wave 분야는 소형셀 백홀(hackhaul)망의 급증, 레이다와 안전분야 응용 확대, 대역폭 에 대한 신규 요구 등에 의해 시장이 급성장 할 것으로 예상
○ 이 세션에서 다음과 같은 분야에서 mm-Wave 기술을 분석하고 강조함
‒ 5G 이동통신, 802.11ad
‒ 자동차에서 mm-Wave 센서
‒ mm-Wave 센서 및 이미징
‒ mm-Wave 국방기술
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o 5G에서 mm-Wave 역할
○ 5G 이동통신 주파수
‒ mm-Wave 대역 5G 주파수는 표준안이 확정되는 2019년경에나 확정이 될 예정
‒ 5G의 목표인 수십 Gbps급, 1ms 이하의 저지연, massive IoT 지원 등을 위한 mm-Wave 주파수 대역 선택에는 산업체에서 구현 가능성이 우선적으로 고려될 것으로 보임
‒ FCC는 5G mm-Wave 주파수로 24GHz 이상의 서로 다른 4개 주파수에 대해 새로운 유연성있는 룰(flexible rules)을 제안하고 있음: 27.5~28.35 GHz (28-GHz band), 38.6 ~40.0 GHz (39-GHz band), 37.0~38.6 GHz (37-GHz band), 64~71 GHz
○ 5G mm-Wave IMS 세션 발표 논문(1): Mobile Station Radio Frequency Unit for 5G Communications at 28GHz [2]
[그림 3-1] 배열 안테나를 장착한 mm-Wave MS-RFU(왼쪽), 시속 108km 속도에서 시험운행(오른쪽)
자료: 참고자료 [2]
‒ 28GHz대역 MS-RFU(mobile station radio frequency unit)
‒ 안테나는 2개의 RX, 2개의 TX로 구성되고 신호대잡음비(SNR)를 개선할 수 있는 빔 조향 기능으로 MIMO와 다이버시티(diversity)지원
‒ 각 위상배열은 메인 PCB에 SIW(substrate integrated waveguide)로 구현
‒ (최대) 신호 대역폭: 800MHz, 변조: 64QAM OFDM @ –27dB EVM
‒ 시속 100km이상의 속도에서 1.2Gbps 스루풋(throughput)
‒ TX, RX 배열안테나의 보정(calibration)은 실 환경이 아닌 챔버 안에서 수행으로 아직
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동작은 실험실 수준
○ 5G mm-Wave IMS 세션 발표 논문(2): Mobile Station Radio Frequency Unit for 5G Communications at 28GHz [3]
[그림 3-2] 이동단말기 내장 mm-Wave 안테나와 FEM의 가상 배치 및 PA, LNA, SPDT MMIC 다기능 내장 칩 사진 (면적: 3×4.5 mm2)
자료: 참고문헌 [3]
‒ Qorvo 0.15-μm GaAs pHEMT 공정으로 제작: fT = 65 GHz, fmax = 95 GHz, 드레인-게이트 간 항복전압 = 12 V, 최대 전력 밀도 = 630 mW/mm.
‒ 3단 전력증폭, 2단 저잡음증폭기, SPDT 스위치 구조로 구성
‒ 송신모드에서 측정 사양: Gain = 22 ± 0.5dB, OP1dB = 24 ± 0.5dB, PAE@7dB_back-off = 14.5%
‒ 수신모드에서 측정 사양: Gain = 18 ± 0.5dB, NF = 3.0 ± 0.2dB, P_DC = 35mW
‒ 논문에서 발표한 IC와 비교할 수 있는 제품은 Analog Device사의 HMC863, Qorvo사의 TG4507, TG4302 [4][5]
o 60 GHz 대역 mm-Wave 연구
○ 60 GHz mm-Wave 통신 동향
‒ 60GHz mm-Wave 대역의 통신 표준은 ‘10.12월 European Computer Manufacturers Association에서 고속 60GHz PHY, MAC 및 HDMI PAL 표준인 ECMA-387 2nd edition을 발표
‒ IEEE는 ’09.9월 57-66GHz 대역에서 동작하는 mmWave WPAN 표준인 IEEE 802.15.3c 발표
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‒ ‘12년 60GHz 대역 매우 높은 스루풋(throughput) WLAN 표준인 IEEE 802.11ad를 발표
‒ 최근에는, 세계 특정 지역 (예. 중국)의 45GHz 대역에서의 802.11ad 사용을 고려한 IEEE 802.11aj의 표준화 진행
‒ 기존 802.11ad의 전송률, 전송범위, 유즈케이스 확장을 위해 60GHz mmWave 대역 PHY 를 새로 정의하여 20Gbps 전송률 달성을 목표로 하는 IEEE 802.11ay의 표준화가 진행
‒ 국내에서는 2014년 TTA PG907(무선 PAN/LAN/MAN 프로젝트 그룹)에서 60GHz 대역 무선랜의 802.11ad에 대한 국내 규격을 완성
○ 60GHz 대역 IMS 세션 발표 논문: 60 GHz 64-element Phased-Array Beam-Pointing Communication System for 5G 100 Meter Links up to 2 Gbps [6]
‒ 송신 안테나는 Jazz SBC18H3 공정(fT =240 GHz) 사용하여 on-wafer로 제작 ‒ 송신 안테나: 64-element phased array (고효율 on-wafer 안테나 포함)로 구성
‒ 각 안테나는 3-bits 진폭제어와 5-bits 위상제어 구조
‒ 송신 출력: 38 dBm EIRP @ 60 GHz
‒ 캐리어 60 GHz 통신링크,
‒ IF = 6 GHz, 상향변환 대역 = 58-62 GHz, LO 주파수 = 52-56 GHz,
‒ 이미지 제거를 위해 55-65 GHz 대역통과필터 사용
‒ 캐리어 60 GHz에서 단일 채널 위상 소자의 이득 = 22 dB, RMS 이득 = 1.5dB, 위상 오차 = 7도
‒ 20 dB이득의 혼 안테나를 수신안테나로 사용
‒ 16-QAM 변조로 4m 거리에서 3.85 Gbps @ 4 m (full 802.11ad channel)
‒ 100m이상 거리에서 QPSK 변조로 1.54 Gbps
[그림 3-3] 64소자 배열안테나의 TX 안테나 보드 (앞면과 뒷면), 100m거리 실 측정 환경
자료: 참고문헌 [6]
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[그림 3-4] 측정 셋업
자료: 참고문헌 [6]
o E-band mm-Wave 백홀 기술
○ E-band 마이크로웨이브 백홀 기술 개요
‒ 점대점(point-to-point) 통신의 마이크로웨이브 백홀(backhaul)을 위한 10Gbps E-Band 무 선 솔루션 수요 증가
‒ 기존 광파이버의 경우 mile당 $25,000에서 $100,000의 비용이 드는데 비해 mm-Wave는 $20,000가량으로 대치가 가능
○ IMS2016 전시회 시연: Analog Devices 와 Escape Communications사에서 10 Gbps Data Link
[그림 3-5] Analog Devices 와 Escape Communications사 10 Gbps Data Link 시연
자료: http://www.analog.com 참고문헌 [7]
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‒ IMS 전시회에 Analog Devices사와 Escape Communications사에서 E-band 백홀 시연을 선보임
‒ 시제품은 안테나, SiP로 구현된 mm-Wave up/down 변환기, 고속 A/D, D/A 변환기, FPGA 기반 모뎀과 신호처리 IP로 구성
‒ 캐리어 주파수: 70/80 GHz (E-band)
‒ TX 전력 = 35W
‒ 2 ft 안테나(51dBi) 적용 최대 동작거리 = 20 km
‒ RX 감도(BER 10-6기준) = -79dBm,
‒ 대역폭 2GHz
‒ 변조는 채널의 상태에 따라 가변할 수 있는 ACM(Adaptive Code and Modulation) 지원, 최상의 무선채널에서 256-QAM지원
‒ FPGA로 설계한 모뎀은 Escape Communications사에서 제작
○ 기타 E-band 기술들
‒ Infineon Technologies사에서 E-band에 백홀용으로 적용할 수 있는 수Gbps급 솔루션칩 (BGT70, BGT80)을 SiGe기술로 선보임
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4 GaN: 고전력 반도체 혁신
o IMS2016 전시회에서 주목받은 GaN 전력소자 기술
○ RF 에너지 응용을 위한 400W급 GaN 전력트랜지스터 출시 (MACOM)
‒ MACOM사에서 1.8~3.8GHz 주파수 영역에서 매크로 무선 기지국용으로 GaN 전력 반도 체를 선보임
‒ LDMOS에 비해 성능개선에 의한 가격경쟁력을 갖춘 것으로 평가됨
‒ 단일 소자로 400W 피크 전력을 나타내고 도허티 구조로 묶어서 사용시 700W 까지 가능
‒ LDMOS 기술과 비교하여 전력효율은 10% 정도 개선하고 패키지 사이즈는 15% 줄어든 결과
○ 국방과 응급반응장비(emergency response equipment)용 다양한 GaN 소자 선보 여 (QORVO)
‒ QORVO사에서 전시한 GaN 소자 중 가장 주목을 끈 소자는 플라스틱 DFN 패키지를 채택한 QPD1000 모델임
‒ 30-1215MHz의 광대역에서 입력정합된 GaN 트랜지스터
‒ 주요 사양: 50 V, DC - 4 GHz, 50W급, 58%이상의 PAE
○ 800W급 GaN-on-SiC HEMT - 최대 출력전력 (CREE)
‒ L밴드 레이다 용으로 CREE의 회사인 Wolfspeed 800W급 (DC = 50V) CGHV14800
‒ 펄스 레이다 응용으로 1.2에서 1.4GHz에서 입력과 출력이 정합된 특성
‒ 동작조건: 3 µs 펄스폭, 3% 듀티, ClassA/B, 50V, 13dB 이득,
‒ 850W 출력에서 드레인 효율 70%
○ GaN 도허티 증폭기용 소자 (Peregrine)
‒ Peregrine Semiconductor사의 PE46130, PE46140
‒ 도허티 전력증폭기 입력단 설계를 위한 MPAC(monolithic phase and amplitude controllers) 칩을 선보임
‒ LTE, LET-A 등 1.8~ 3.8GHz 대역 동작
41 ICT SPOT ISSUE
[그림 4-1] Peregrine사에서 선보임 MPAC, 이 칩으로 광대역 도허티 PA 설계 시간 단축 가능
자료: Peregrine Semiconductor사
○ 이동통신 기지국용 GaN 트랜지스터 (Infineon)
‒ 이동통신 기지국용으로 1.8 - 2.2 GHz과 2.3 - 2.7 GHz 주파수 영역에서 동작하는 GaN-on-SiC RF 전력소자
‒ 기존 LDMOS RF 전력 트랜지스터를 사용하는 것과 비교하여 2배의 대역폭을 갖고, 선형성 도 개선된 것을 발표
o PLL로 제어되는 반도체 마이크로웨이브 오븐 기술
○ 반도체 마이크로웨이브 오븐 기술 동향
‒ 최근 미국, 유럽, 중국을 중심으로 다양한 반도체 및 가전제품 기업들에서 반도체형전력증 폭기(SSPA)를 적용할 새로운 어플리케이션을 개발하고자 연구가 활발히 진행 중
‒ 특히 LDMOS와 GaN 반도체 전력증폭기를 가열 기구에 적용하여 음식물의 조리 및 건조에 이용하려는 시도가 진행 중
‒ 2012년 중국의 Midea사에서는 Freescale semiconductor사의 RF 전력 트랜지스터를 적용 하여 세계 최초의 solid state microwave oven을 개발
○ 전시회 시연: MACOM사 반도체 기반 마이크로웨이브 오븐 기술
42 ICT SPOT ISSUE
[그림 4-2] (a) 단일 마그네트론으로 구성된 현재의 마이크로웨이브 오븐, (b) 위상조정이 가능한 4개의 반도체 PA로 구성된 마이크로웨이브 오븐
자료: Freescale Semiconductor사
‒ MACOM사에서는 자사의 800W급 GaN PA등 GaN 기술을 적용한 다양한 PA 제품들을 전시
‒ 그중, 고출력 GaN 전력증폭기를 마이크로웨이브 오븐(전자레인지)에 적용하고 동작을 시 연
‒ 반도체 마이크로웨이브의 장점인 주파수와 위상, 전력을 SW로 조정하여 음식물을 균일하 게 가열하는 특성 시연: LED를 이용해 특정 영역에 에너지를 집중할 수 있음을 보여줌
‒ 현재 사용하는 마그네트론 전자레인지의 스펙트럼 방출(emission)은 WiFi의 스펙트럼과 중첩되어 전자레인지 동작시 근처에서 WiFi 사용에 장애를 받음
‒ 이에 반해, PLL 방식의 반도체형 전자레인지의 누설 스펙트럼 마스크는 주파수가 매우 안정적이고 협대역이므로 주변 WiFi와 간섭문제가 상대적으로 적음
○ 반도체 방식의 전자레인지에 대한 장점(S)
‒ 위상이나 주파수를 조정하여 가열 위치 조정 가능
‒ 마크네트론(구동전압 4kV)에 비해 구동 DC 전압이 수십~백V 수준으로 낮아 안전
‒ 출력전력을 0~100%수준에서 정밀하게 제어할 수 있음(기존 마그네트론은50~100%에서 단계적 조정만 가능)
‒ 출력 누설 스펙트럼이 거의 없어 WiFi 등 2.4 GHz에서 사용하는 다른 ISM 디바이스와 공존 가능
43 ICT SPOT ISSUE
‒ SW와 연동이 가능하여 IoT 플랫폼과 연동가능 ‒ 낮은 고장률
[그림 4-3] 스펙트럼 비교 (a) 현재 마그네트론으로 동작하는 전자레인지, (b) PLL로 제어 되는 반도체 PA를 적용한 전자레인지
(a) (b) 자료: Infineon 사
○ 반도체 방식의 전자레인지에 대한 약점(W)
‒ 기존 마그네트론과 비교하여 높은 가격
○ 반도체 방식의 전자레인지에 대한 기회(O)
‒ SW연동으로 IoT 플랫폼과 연동하여 새로운 사업모델 창출 가능
‒ GaN 소자 기술 성숙으로 가격이 점점 낮아짐
‒ 신기술로 줄기-특허 확보 가능
○ 반도체 방식의 전자레인지에 대한 위기(T)
‒ 전자레인지의 요리 인식의 한계(fast food 요리기로 인식)
○ 반도체 방식의 전자레인지에 대한 약점 및 위기 극복 방안 제안
‒ 출력전력 정밀제어, 가열 위치 조정 등 기존 제품과 기능 차별화를 통해 새로운 요리법이 가능
‒ SW 연동으로 요리법(recipe) App연동
‒ 신사업모델로 기존 전자레인지와 차별화
44 ICT SPOT ISSUE
o 군수 및 산업체 응용 기술
○ GaN 모듈 IMS 세션 발표 논문: 7kW GaN W-Band 송신기 [8]
[그림 4-4] (a) 7kW 송신기 구성: 8,192개의 1W급 GaN MMIC, 1024개의 7W급 Sub-Module, 64개의 100W급 모듈, (b) 방사 빔 특성을 측정하기 위한 4’x4’ 흡수패널 Characterization. (b) 방사 빔의 FLIR 카메라 영상
자료: 참고자료 [8]
‒ Raytheon 사에서 발표한 논문으로 W-대역1)에서 반도체(solid state)로 제작한 기존 대비 100배 이상의 큰 전력을 얻은 기록적인 결과
‒ 8,192개의 1W급 GaN 전력증폭기를 결합
‒ 종래에 W-대역 방사에너지를 무기로 사용하는 송신기는 진공관 소자를 이용하여 수 kW에 서 1MW영역에서 구현이 가능[9]
‒ W-대역에서 군수로 사용하는 최대 전력은 Gyroklystron 증폭기로 92kW[10]가 보고되어 있고, 반도체 기술로는 2.4W[11] 수준임
‒ 이 프로젝트는 시위해산(active denial)시 인체에 치명적이지 않는 무기로 개발
‒ 700여명의 자원봉사자를 대상으로 11,000번 이상 시험에서 부상 확률은 0.1%로 보고되고 있음[12][13]
‒ 이 무기는 W-대역으로 인체에서 표피깊이(skin depth)가 피부 밑 0.4mm로 주로 피부에만 영향을 주어 인체에 치명적이지 않음
1) W 대역(band)는 마이크로파의 한 대역으로 주파수가 75에서 110GHz 까지로 정의하며 자유공간에서 파장은 2.7~4 mm에 해당한다.
45 ICT SPOT ISSUE
[그림 4-5] 시위대에 치명적인 아닌 피부에 순간 감전느낌 정도만을 전달할 수 있는 W-대역 통증광선 (pain ray)
자료: Raytheon 사
‒ 안테나는 360도 회전에 특정인에 대한 조준[13]이 가능하고 운용 거리는 250m 이내
‒ 하지만, 이러한 장비는 W-대역의 전파(傳播)특성인 비, 눈, 안개 등에는 운용 성능이 크게 저하 될 것으로 예상됨
46 ICT SPOT ISSUE
5 패러다임 이동: SW기반 플랫폼
o RF 산업의 패러다임 변화: HW에서 플랫폼 중심의 SW로 이동
○ 여기서는 IMS 폐막식에서 NI사의 강연 내용을 정리
○ 향후 전파산업의 방향이 HW에서 플랫폼 중심의 SW로 옮겨가고 있음
○ 최근 계측 장비 시장에서 NI의 급성장 할 수 있는 요인으로 ‘SW기반 플랫폼’이라 는 키워드를 주목함
o NI사 발표: “5G RF와 마이크로웨이브 시스템에서 SW의 역할”
○ 이번 IMS의 큰 흐름은 plenary session이나 closing session의 주제로 표현됨
○ NI(National Instruments)사의 창업과정 기업에서 가장 중요하게 생각하는 것들, 향후 IT의 발전과정 등을 NI 창업자인 Dr. James Truchard가 발표
○ 폐막식 발표 제목: NI사 “Software’s Role in Next-Generation 5G RF and Microwave Systems”
[그림 5-1] National Instruments사 의 공동 창업자 Dr. James Truchard와 Jeff Kodosky
자료: electronic design, After 40 Years, NI’s “One Thing” Still Going Strong(er)
47 ICT SPOT ISSUE
○ NI사 소개
‒ 지난 40년간 $3.5B의 매출, 측정 시험 분야뿐만 아니라 물리와 전자공학의 R&D에서 NI가 큰 역할을 함
‒ 2,500명의 지역인력 고용(전세계 50개국에 7천명 고용)을 달성하고 Austin시에서 5월 14일 을 ‘NI의 날’ 지정
‒ NI에서 중요한 기술은 ADC(analog-to-digital conversion)과 디지털신호처리를 LabView(1986년 4월)라는 SW로 처리하는 것임
‒ 이러한 접근법은 입자물리, 헬스케어, 자동차, 가전 등에서 혁신을 가능하게 하였음
‒ 가장 최근 물리학에 큰 업적인 Higgs boson 입자와 중력파 감지에 NI 기술이 사용되었음
‒ SW중심과 IoT 시대로 진입하면서 다양한 표준과 시험/측정을 위해 NI는 가상장비(virtual instrumentation)라는 방향으로 사업모델을 진행하고 있음
○ NI가 분석하는 시대의 중심을 관통하는 핵심기술들
‒ 1900년대 초는 ‘진공관’ 기술이 핵심기술이었고 당시 General Radio(현 GenRad)가 당시 측정장비 시장을 선도
‒ 1960년대 중반에는 ‘트랜지스터’ 기술이 핵심기술이었고 Hewlett-Packard가 측정장비 시 장을 선도
‒ 최근 우리 주변을 보면 스마트폰, 태블릿, 클라우드 서비스, 음성인식 등이 주목을 받고 있음
‒ 이러한 모든 기술은 SW에 관한 것으로 이 시대를 관통하는 중심기술은 HW에서 SW로 옮겨지고 있음을 볼 수 있음
‒ HW 기술 진화는 Moore’s law에 의해 설명할 수 있는데, 이 법칙이 물리적인 전자영역을 SW영역으로 변환할 수 있는 A/D 변환기에 적용되어 그 성능이 급격히 좋아지고 있음을 보여줌
‒ 특히 FPGA, RF 부품, 시스템에서 Moore’law는 아직 진행 중
‒ 당분간은 Moore’s law를 따르는 HW의 진보로 HW에서의 병목적인 문제가 해결되어 산업은 점차적으로 HW에서 SW 중심으로 이동이 예상됨
‒ 이러한 변화는 IoT와 같이 수많은 이종 기종을 다루기 위해 SW에서 인공지능을 도입되어 더 빠르게 진행될 것으로 예상됨
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6 시사점 및 제언
o IMS2016 전반에서의 시사점 및 제언
○ 전파산업의 re-bouncing:
‒ IMS 참석인원은 2007년에서 2015년까지 약 8,000명 규모를 유지하다가 올해 IMS2016에 서 작년대비 15% 증가한 근 10,000명 규모 회복
‒ 2008년 글로벌 경제위기 이후 세계경기의 침체에 RF/microwave 분야도 영향을 받은 것으 로 보이나 2013년부터 경기가 회복 중
‒ 금년 IMS의 활기에서 볼 수 있듯 2007년부터 침체기조였던 RF 산업에 5G, IoT 등 무선산 업에서 새로운 응용분야가 출연하여 무선산업이 재도약하고 있는 것으로 생각됨
‒ 향후 무선 RF/microwave에 대한 향후 수요 증가가 예상되므로 응용중심의 적극적인 R&D 기획 필요
o IMS2016에서 강조된 기술에서의 시사점 및 제언
○ 이동통신 단말기의 진화
‒ 단말기의 진화는 종국에 인플란트 소자로 진화할 때 까지 계속될 것으로 예측되고 현재의 기술 수준이 HW나 SW적으로 ‘유아기’ 수준으로 볼 수 있음
‒ 몇 세대를 거쳐 미래 단말기는 인공지능과 결합하여 인간중심적인 인터페이스를 갖는 기기 로 발전이 예상되고, 이러한 미래사회의 인간에게 요구되는 가장 중요한 인재상은 ‘협업 (collaboration)'이 될 것을 예측
‒ 국가차원에서 통신을 이용하여 집단적으로 문제를 해결하는 ‘협업문화’에 대한 다양한 시도와 교육프로그램 개발이 필요함
○ mm-Wave 시장의 확대
‒ 주파수 자원의 고갈, 고속데이터 전송의 수요 급증, 초연결 IoT 산업의 도래 등으로 주파수 스펙트럼은 6GHz 이상의 mm-Wave 산업으로 급격히 옮겨가고 있음
‒ 국내 전파산업은 6GHz이하에서 주로 형성되어 있고 mm-Wave의 경우 일부 대학과 연구소 를 제외하고는 기업의 mm-Wave기반이 매우 취약한 것으로 판단됨
‒ 향후 예상되는 mm-Wave의 급증에 따라 인력양성(ITRC, RRC), 측정 인프라 기반조성,
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송수신 IC 설계 기술 등 종합적이고 체계적인 R&D, 인력양성, 기반조성 기획이 시급함
○ 고출력 GaN 반도체 소자의 혁신
‒ 기존 위성과 군수 등 특수용도에만 사용하던 인식이 기지국과 고출력 민수용으로 확산되고 있음
‒ 향후 전력소자는 LDMOS에서 GaN 트랜지스터로 옮겨갈 것으로 예상됨
‒ 튜브 기술을 GaN 기반의 반도체 기술로 1:1 대치시 신뢰성, 안정성 등 장점이외에도 SW로 제어가 용이하여 IoT에 연동되는 등 새로운 응용분야가 형성될 가능성을 확인
‒ GaN 트랜지스터는 군수목적 전용가능성 때문에 수출승인(EL, export license) 목록으로 지정되어 있음
‒ 현재 민수와 군수용 GaN을 모두 외국 Foundry에 의존하고 있는 상황에서 국내 GaN 트랜지스터 소자공정기술 확보가 매우 중요함(현재 과제 진행 중)
○ SW기반 플랫폼으로의 전파산업의 패러다임 이동
‒ NI의 계측기 산업 성장을 통해 살펴본 바로 IoT 등 수 많은 이종기기를 다루어야 하는 미래의 전파산업은 HW에서 SW기반 플랫폼 산업으로 패러다임이 이동 중
‒ 우리나라 전파산업이 그간 HW 중심으로 구성되어 있음을 생각할 때 이러한 패러다임 변화를 극복하기 위한 전략적인 국가 R&D 기획이 필요함
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참고문헌
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※ 상기 보고서는 [ITFIND(http://www.itfind.or.kr) 정기간행물 코너]에서 보실 수 있습니다. 1. 본 보고서는 정보통신기술진흥센터 기술정책단 산업분석팀에서 수행하는 “ICT통계조사 및 동향분석” 사업의 연구 결과입니다. 2. 본 보고서의 내용을 전재할 수 없으며, 인용할 때는 반드시 “미래창조과학부 정보통신정보화 및 정책지원 사업(ICT통계조사 및 동향분석)의 연구결과”임을 밝혀야 합니다. 3. 본 보고서의 내용은 정보통신기술진흥센터의 공식 견해와 다를 수 있습니다.
◉ 사업 책임자 : 홍승표 ◉ 과제 책임자 : 김현중 ◉ 참여 연구원 : 변화성, 이재환, 이효은, 조성선, 김용균, 정해식, 채송화, 조근희, 이승민, 박혜영, 최재원
- 기술정책단 산업분석팀 대전광역시 유성구 유성대로 1548 전화 : (042) 612-8210, 팩스 : (042) 612-8209