[CES 2025 혁신상 수상 인터뷰 2편. 엑시노스 W1000] 일상을 특별하게 만들어주는 스마트워치의 두뇌

지난 11월, 삼성전자가 세계 최대 IT 전시회 ‘CES 2025’를 앞두고 총 29개의 ‘CES혁신상’을 수상했다. 반도체 부문의 ‘CES 혁신상’ 수상 인터뷰 2편은 스마트워치의 두뇌 역할을 하는 웨어러블 전용 프로세서, 엑시노스 W1000이다. 웨어러블 프로세서 업계 최초 3나노미터 기반으로 설계되어 속도와 전력 효율이라는 두 마리 토끼를 모두 잡은 엑시노스 W1000. 이를 개발한 AP개발실 문형석 TL(Task Leader)과 제품기술팀 황교진 님을 만나 자세한 이야기를 들어보자.

Q. CES 혁신상을 수상한 엑시노스 W1000 에 대해 간단히 소개해주세요.

문형석 TL: 엑시노스 W시리즈는 스마트워치를 위한 웨어러블 전용 프로세서로, 스마트폰용 프로세서 대비 크기를 줄이면서 전력 효율을 극대화한 것이 특징입니다. 특히 이번에 CES 혁신상을 수상한 엑시노스 W1000은 웨어러블 프로세서 최초로 빅리틀 구조를 채용해 전작 대비 CPU 사양을 높였고, 워치페이스를 전력 효율적으로 구현하기 위해 별도의 AOD (Always-on Display) 엔진을 도입했습니다. 또한 엑시노스 W1000은 3나노미터 최신 공정을 활용한 삼성전자 시스템LSI 사업부의 첫 제품으로, 칩 크기와 소모 전력을 줄일 수 있었습니다. 

Q. 모바일 프로세서와 차별화된, 웨어러블 프로세서 개발의 과제로는 어떤 것이 있을까요?

문형석 TL: 웨어러블 프로세서를 개발할 때는 전력을 최대한 낮추는 것에 주안점을 두고 있습니다. 그런가하면, 소비자들이 스마트워치에서 기대하는 기능도 많아지고 고도화되고 있기 때문에 성능을 희생할 수도 없고요. 정확하게 필요한 기능, 쾌적한 성능 수준을 낮은 전력으로 오래 유지하는 것이 가장 어렵지만 중요한 과제입니다.

Q. 웨어러블 프로세서의 필수 조건이 저전력 달성이라고 말해주셨는데, 이를 위해 어떤 노력을 기울이셨나요?

문형석 TL: 엑시노스 W1000은 저희의 저전력 설계 노하우를 모두 담아 개발한 집약체입니다. 웨어러블 제품에 특화된 3나노미터 공정과 다양한 설계 기술이 사용되었습니다. 실제 제품의 사용 시나리오에 맞춰 낮은 소비 전력을 우선 순위로 두고 만든 것이죠. 또한, 모뎀 등 여러 기능을 더 낮은 전압의 전원으로도 동작시킬 수 있도록 기능별로 동적 전압/주파수 스케일링 (Dynamic Voltage Frequency Scaling) 기술을 적용해 만든 것도 하나의 예입니다. 사용하지 않는 회로에는 전원 공급을 효율적으로 차단하도록 관리하는 기술도 적용되었습니다.

Q. 칩 사이즈를 줄이면 스마트워치에서는 어떤 장점이 있나요?

황교진 님: 스마트워치는 스마트폰에 비해 아주 작기 때문에, 칩의 사이즈 자체를 줄이는 것도 중요합니다. 기판 위의 실장 공간을 최소화해야 배터리를 넣을 공간을 최대한 확보할 수 있기 때문이죠. 엑시노스 W1000은 선단 공정인 3나노미터 기술을 적용했기 때문에 고성능의 회로를 작은 공간에 집적하면서도, 저전력으로 구동되도록 만들 수 있었습니다. 또한 FOPLP(Fan-Out Panel Level Packaging)와 ePoP(embedded Package on Package) 방식을 적용하여 프로세서와 전력관리 IC, 그리고 메모리 칩까지 하나의 패키지에 담으면서도 전체적인 높이를 낮출 수 있었습니다. 이렇게 칩의 면적과 높이를 줄이면 스마트워치 안에서 배터리를 위한 공간을 확보하는 데 유리하고, 스마트워치 설계 시의 유연성도 증가하게 됩니다.

Q. 엑시노스 W1000에 적용된 FOPLP와 ePoP 패키징 방식에 대해 더 자세히 소개해주세요.

황교진 님: 원형 웨이퍼를 사용하는 FOWLP 방식과 달리, 엑시노스 W1000에 적용된 FOPLP 방식은 사각 패널을 기반으로 패키지를 제작하기 때문에 생산성을 한 층 높일 수 있습니다. 또한 기존의 방식에서는 기판을 통해 하단 패키지와 상단 패키지의 전기적 연결을 가능케 했던 반면, 엑시노스 W1000의 FOPLP 방식은 하단 패키지 주위의 기판 대신 패널 위의 재배선층(RDL; Re-distribution Layer)을 활용합니다. 이를 통해 전체적인 패키지의 높이를 줄일 수 있게 되었죠.

또한 ePOP이란 eMMC, DRAM, 컨트롤러의 조합으로 된 메모리 패키지를 하단부의 프로세서와 전력 관리 IC(PMIC) 위에 POP(Package on Package)로 쌓아올린 패키징 기술을 의미합니다. 패키지 위에 패키지를 쌓음으로써 2개의 패키지 실장 공간을 하나로 절감하는 효과가 있습니다.
 

Q. 성능 관점에서 엑시노스 W1000은 사용자들에게 어떤 이점을 제공하나요?

문형석 TL: 웨어러블 프로세서 최초로 빅리틀 구조에 총 다섯 개의 코어가 탑재되었습니다. 이 덕분에 전작 대비 앱 진입 시간도 최대 2.7배 빨라지고 여러 기능들이 부드럽게 실행되도록 개선되었죠. 제품의 버벅임이 줄어든 게 체감된다는 평을 볼 때마다 뿌듯함을 느끼고 있습니다. 그리고 저전력으로 워치페이스를 구현하기 위해 AOD 엔진을 신규 도입했습니다. 예쁜 시계 화면을 언제나 켜두면서도 오래 쓸 수 있게 되었지요.
 

Q. 스마트워치는 이제 일상의 생산성을 높이는 도구이자 개성을 표현하는 패션 아이템이 되어가고 있습니다. 엑시노스 W1000는 최근 패션 테크 부문에서 CES 혁신상을 수상했는데, 이 트렌드에 어떻게 기여한다고 생각하시나요?

문형석 TL: 엑시노스 W1000은 패션과 기능 면에서의 스마트워치의 역할을 모두 강화시키고 있습니다. 스마트워치 유저들은 그 날의 기분이나 패션 스타일에 따라 워치페이스를 바꿀 수도 있고, 다양한 종류의 운동과 수면 모니터 기능을 통해 좋은 컨디션을 유지하는 데 도움을 받을 수도 있습니다. 엑시노스 W1000은 작게 설계된 회로를 얇은 패키지에 담아 스마트워치 외관을 컴팩트하게 만드는 데도 도움을 주고, 개선된 성능과 디스플레이 지원으로 멋진 워치페이스를 구현하게 해주기도 하죠. 또한, 엑시노스 W1000은 소모 전류를 줄임으로써 스마트워치의 실용성을 크게 개선하여, 일상뿐만 아니라 운동이나 여행 등의 특별한 순간까지 언제나 개성과 기능성을 모두 갖춘 패션 아이템으로 자리잡게 만들었다고 생각합니다. 

Q. 엑시노스 W1000을 개발할 때 겪었던 고충이나 특별한 에피소드가 있었나요?

문형석 TL: 신기술 적용에 따른 어려움이 적지 않았지만, 여러 부서의 많은 분들과 함께 문제를 해결해나간 덕에 이렇게 CES 혁신상이라는 좋은 결과로 이어질 수 있었던 것 같습니다. 상대적으로 전작 대비 오랜만에 개발 및 출시되다 보니 그 사이 발전한 회로 설계 기술을 알맞게 적용하는 것이 어려웠습니다. 패키지가 작고 얇다 보니 반복 평가 실험 중에 잃어버리거나 못 쓰게 되어 안타까워하던 일도 있었고요. 하지만 여러 동료들과 함께 실험과 시뮬레이션을 통해 원인과 해결책을 찾고 개발 환경도 일부 개선할 수 있었습니다.

황교진 님: 패키지 개발을 할 때 중요한 요소들이 많이 있지만, 패키지 전체의 뒤틀림 현상을 최소화 하는 것이 무엇보다 중요합니다. 엑시노스 W1000의 경우 전작에 비해 패키지 사이즈가 더 커졌으나, 기존보다 더 낮은 두께를 달성해야 했기 때문에 뒤틀림을 잡는 것이 매우 어려운 과제였습니다. 뒤틀림 수치를 잡기 위해 수많은 테스트를 하고 새로운 공정을 도입하면서 많은 분들과 함께 노력해야만 했습니다. 수많은 조정 끝에 목표 수치를 달성했을 때의 희열을 잊을 수 없습니다.

Q. 앞으로 스마트워치가 소비자들에게 어떤 역할을 할 것이라고 기대하시나요?

문형석 TL: 스마트워치는 이미 스마트폰과 더불어 우리의 일상 가장 가까이에 자리 잡은 도구입니다. 많은 시청각 정보를 전달하며 사용자를 더 넓은 세계로 이어주는 스마트폰과 달리, 스마트워치는 사용자가 스스로를 살피고 돌보는 데 기여할 수 있는 최적의 수단이라고 생각합니다. 작은 크기의 저전력 제품을 요구하는 현 시대의 니즈뿐만 아니라, 소비자들의 스마트워치 사용 양상과 요구를 끊임없이 살펴 이를 위한 기술을 준비하고자 합니다.

황교진 님: 스마트워치는 건강 모니터링, 심박수 측정, GPS 기능 등을 제공하며 스마트 라이프를 지향하는 사람들의 필수품이 되어가고 있습니다. 훗날 인공지능, 머신러닝, 실시간 통역 기술 등을 활용하여 더 고도화된 사용자 맞춤형 서비스를 제공하며, 사용자들에게 더욱 스마트한 삶을 선사하는 필수 아이템으로 자리매김 하게 되기를 기대합니다. 

지금까지 스마트워치의 핵심 부품인 웨어러블 프로세서, 엑시노스 W1000의 개발 비하인드 스토리를 들어봤다. ‘CES 혁신상’을 수상한 엑시노스 W1000은 2025년 1월 7일부터 10일까지 미국 라스베이거스 컨벤션 센터에서 만나볼 수 있다.