[시스템LSI 테크 데이 2023] 초데이터: 인간 오감의 한계를 뛰어넘다

기술은 빠른 속도로 발전하고 있으며, 머지않아 디지털 제품은 인간의 감각을 모방하여 데이터를 감지, 처리, 반응할 수 있게 될 것이다. 삼성은 모바일 이미지센서, 차량용 이미지센서, 디스플레이 IC, 스마트 헬스케어 솔루션 등 다양한 하이퍼 데이터 솔루션을 선보이며 시스템LSI 휴머노이드 실현을 위한 의미 있는 행보를 이어나가고 있다. 테크 데이 2023에서 하이퍼 데이터는 주요 주제로 다루어졌으며, 하이퍼 데이터가 시스템LSI 휴머노이드의 미래에 어떤 역할을 할 것인지에 대해 집중적으로 논의되었다. 혁신적인 이미지센서 삼성전자 센서사업팀장 임준서 부사장은 이날 “인간의 눈을 넘어서: 이미지센서의 진화"라는 주제로 발표했다. 임 부사장은 먼저 밤하늘의 은하수를 촬영한 인상적인 사진을 보여주며 청중들의 시선을 사로잡은 후, 이 사진이 실제로 스마트폰으로 촬영한 것이라고 밝혔다. 삼성 시스템LSI는 아이소셀 센서 기술 혁신을 통해 이미지 품질을 크게 향상시켰다. 이러한 기술 혁신은 픽셀, 다크 노이즈, 다이나믹 레인지, 양자 효율, 광학, AI, 비가시 이미징 등 크게 7가지 주요 범주로 나눌 수 있다. 높아진 해상도, 작아진 픽셀 삼성전자는 후면조사(BSI) 및 FDTI (Full-Depth Deep Trench Isolation) 기술을 통해 카메라 크기를 작게 유지하면서도 해상도를 2억 화소까지 높였다. 이는 BSI 기술을 통해 양자 효율을 높였고, FDTI 기술으로 픽셀을 완전히 분리하면서 전하저장용량(FWC; Full Well Capacity)을 더 높였기에 가능했다. 픽셀 및 마이크로 광학 기술의 발전으로 삼성 시스템LSI의 2억 화소 이미지센서가 탄생했으며, 이러한 혁신이 있었기에 발표 초반에 임 부사장이 청중에게 보여준 이미지처럼 스마트폰으로 천체를 매우 세밀하게 촬영할 수 있게 되었다. 밝은 곳에서든 어두운 곳에서든 선명하게 천체 사진에서 별과 노이즈를 구별하는 것은 특히 어렵다. 다크 노이즈는 실리콘에서 발생하는데, 이 노이즈와 별을 구분하려면 노이즈를 극도로 낮게 유지해야 한다. 삼성 시스템LSI는 더 높은 컨버전 게인과 소스 팔로워(source follower) 기술을 활용하여 이를 극복했다. 새로운 DTI 센터컷(DCC; DTI Center Cut) 구조는 부동확산(floating diffusion) 노드의 커패시터(capacitor)를 줄여 다크 노이즈를 최소화한다. 그 결과 더 깨끗하고 그라데이션이 뛰어난 야간 사진을 얻을 수 있다. 다중 컨버전 게인이 장착된 아이소셀 픽셀 내부에서는 밝은 영역에서는 낮은 컨버전 게인으로 신호 포화를 방지하고, 높은 컨버전 게인으로는 어두운 영역의 노이즈를 최소화할 수 있다. 이 조합을 통해 단 한 번의 노출만으로 HDR 이미지를 구현할 수 있으며 영상에서 모션 아티팩트를 줄여준다. 삼성 시스템LSI는 모바일 카메라의 감도에 중요한 양자 효율을 극대화하기 위한 나노 구조 기술도 개발하고 있다. 이 기술은 특히 망원 센서에 적용하여 그 장점을 최대한 활용할 수 있다. 광학 및 AI가 구현하는 전체 카메라 시스템 긴 초점 거리는 망원 렌즈를 설계할 때 해결해야 할 문제이기 때문에 삼성 시스템LSI는 센서 솔루션 외에도 팝아웃(Pop-out) 및 렌즈 온 프리즘(Lens on Prism)과 같은 대체 광학 기술을 선보이고 있다. 이러한 기술은 렌즈의 한계를 극복하고 망원 카메라의 사용 경험을 개선해준다. 또 다른 혁신으로는 사람의 눈처럼 관심 영역만 고해상도로 처리하고 나머지 이미지는 저해상도로 처리하는 포비티드 렌더링(foveated rendering)이 있다. 이 기술은 전체 장면을 광각 렌즈로 캡처하는 동안 AI 트래커와 200MP 고해상도 인-센서 줌으로 관심 영역을 포착하는 아이소셀 줌 애니플레이스(ISOCELL Zoom Anyplace) 솔루션의 기반이 되는 기술이다. 또한 삼성 시스템LSI는 멀티 스펙트럼 센서로 센서 포트폴리오를 확장하고 있다. 글로벌 셔터와 비행시간 센서 등이 포함된 아이소셀의 비전 솔루션은 가시광선뿐 아니라 적외선 스펙트럼을 활용해 움직임과 깊이를 매우 잘 포착할 수 있다. 이 기술과 실제 적용 사례에 대해 임 부사장은 "가시광선 스펙트럼에 국한되지 않고 궁극적으로 이미지센서가 시스템LSI 휴머노이드의 눈 역할을 하는 것을 목표로 하고 있으며, 이미지센서가 할 수 있는 일에는 한계가 없다"고 말했다. 안전하고 편안한 주행을 위한 차량용 이미지센서 이날 오후에는 삼성전자 차세대 센서개발팀 이해창 부사장이 “차량 안전을 위한 센서 기술”을 주제로 자동차 이미징 솔루션에 대해 발표했다. 현대 운전 환경은 복잡해지고 요구 사항은 날로 증가하고 있지만, 차세대 센서로 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS)과 자율 주행(AD)을 향상시켜 이를 해결할 수 있다. 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS)과 자율 주행(AD)은 각기 다른 특성을 가진 다양한 센서를 활용하지만, 카메라는 고해상도와 세밀한 색상 정보를 제공하기 때문에 감지 뿐 아니라 인식까지 해주는 핵심 센서 장치이다. 내년부터 일부 차량은 800만 화소의 카메라를 12개까지 탑재할 예정이며, 더 많은 카메라와 더 높은 화소에 대한 수요는 점점 증가할 것으로 예상된다. 그러나 차량용 이미지센서는 많은 카메라 개수와 높은 해상도 뿐만 아니라 필수 안전 수준에 도달하기 위해 HDR, LED 깜박임 완화(LFM) 및 모션 아티팩트 감소 기능도 제공해야 한다. 삼성 시스템LSI의 차량용 이미지센서는 HDR, 저전력 소비, 자체 제조 역량 등 다양한 역량을 갖추고 있다. 140dB True HDR을 향하여 큰 픽셀과 작은 픽셀을 한 쌍으로 구성한 첨단 픽셀 구조인 CornerPixel™, 아이소셀 DTI(Deep Trench Isolation), 인-픽셀 고밀도 정전 용량 기술 덕분에 아이소셀 오토 1H1 센서는 한 번의 노출로 120dB HDR을 구현한다. 또한 이 기술을 더욱 향상시키면 단일 노출로 최대 140dB HDR을 구현할 수 있다. 단일 노출을 기반으로 하는 True HDR은 전체 밝기 범위에서 LED 깜박임과 모션 아티팩트를 최소화하면서 운전자가 화이트아웃 또는 블랙아웃 상태를 경험할 가능성을 줄여준다. 이는 오늘날 대부분의 업계에서 사용하는 다중 노출을 기반으로 하는 HDR과는 대조적이다. 자동차 업계 내 강력한 파트너십 삼성은 유일하게 픽셀과 로직 웨이퍼를 자체 생산할 수 있는 역량을 갖추고 있다. 또한 주요 ADAS 솔루션 공급업체와의 강력한 파트너십을 바탕으로 최근 다수의 OEM 수주를 달성한 바 있어 우수한 품질과 원활한 구축을 기대할 수 있다. 삼성 시스템LSI는 현재 자동차 산업 내 파트너십 확대에도 힘쓰고 있다. 또한 삼성 시스템LSI의 차량용 센서 솔루션은 유일하게 28 나노미터 차량용 센서 로드맵을 갖추고 있어 전력 소비량이 적다. 디스플레이 및 터치 사용자 경험 시스템LSI 휴머노이드의 미래는 인간 사용자와 소통할 수 있는 능력에 달려 있다. 삼성전자 LSI개발실 이재열 부사장은 “확장된 디스플레이 및 터치 사용자 경험: OLED 터치 임베디드 DDI"라는 제목으로 시스템LSI 휴머노이드와 사용자 간의 커뮤니케이션 수단으로서의 디스플레이와 터치 기술에 대해 집중적으로 조명했다. 시스템LSI 휴머노이드 통신의 첫 번째 요건은 노이즈 없는 터치로, 형광등과 같은 간섭요소가 있더라도 사용자가 어떤 환경에서도 중단 없이 터치할 수 있어야 한다. 노이즈 없는 터치에 필요한 주위 환경에 대한 내성을 달성하려면 장치가 45dB 이상의 높은 신호 대 잡음비(SNR; Signal to Noise Ratio)를 달성해야 하며 터치 응답은 240Hz를 초과하는 응답 속도가 필요하다. 이 뿐만 아니라 두께는 점점 더 얇아지고 크기는 커지는 디스플레이 추세 때문에 내성과 정전 용량을 증가시켜 터치 부하가 커지고 터치 감지가 어려워지고 있다. 이러한 과제를 극복하기 위해 삼성 시스템LSI는 OLED 터치 임베디드 DDI(TDDI)를 선보이고 있다. 기존에 분리되어 있던 DDI와 터치 컨트롤러 IC를 TDDI로 결합하면 영상 데이터를 분석해 터치 데이터를 예측함으로써 터치 성능을 극대화할 수 있다. 또한 전력 소비를 줄이고 디스플레이 모듈의 설계를 단순화할 수 있는 장점이 있다. 또한 OLED TDDI는 터치 공정을 80나노미터에서 28나노미터로 줄여 터치 구동 전압을 낮춤으로써 전력 소비를 줄일 수 있다. 시스템LSI의 TDDI는 모바일 중심의 최신 터치 성능을 반영한 라인 센서와 480Hz의 응답속도를 지원하고, SNR을 6dB 향상시키며, 저전력 라이브러리를 활용해 전력 소비를 최대 25%까지 절감할 수 있다. 또한 시스템LSI는 자체 터치 경쟁력과 TDDI의 강점을 결합한 AI 기반 알고리즘을 통해 외부 노이즈를 제거해 터치 센싱을 향상시키는 동시에 근접 센싱 솔루션을 구현했다. 이러한 터치 센싱 솔루션의 높은 품질 덕분에 터치 센서는 근접 센서를 대체할 수 있다. 이러한 변화는 세트 설계의 유연성을 높여준다. 이 부사장은 발표 말미에 "삼성 시스템LSI는 플렉서블 디스플레이를 위한 TDDI를 넘어 지속적인 혁신을 이룩할 것"이라며 "앞으로도 끊임없는 혁신을 통해 디스플레이와 터치 솔루션을 발전시켜 인간과 휴머노이드 간의 커뮤니케이션을 쉽고 원활하게 만들 것”이라며 혁신에 대한 확고한 의지를 표명했다. 스마트 헬스케어 및 에코시스템을 통한 시스템 LSI 휴머노이드 역량 강화 삼성전자 신사업 T/F 주혁 부사장은 시스템LSI가 스마트 헬스케어 산업에 도전하는 의미에 대해 설명했다. 그는 맥박을 읽는 등 고대 의학에서 오감이 어떻게 중요한 역할을 했는지, 현대 센서 기술이 의료진의 업무 효율성과 의료 서비스의 질을 어떻게 향상시켰는지를 설명하며 강연을 시작했다. 주 부사장은 전 세계 3대 사망 원인을 짚으며 개발도상국이 스마트 헬스케어 기술을 통해 비용을 절감하고 고령화 인구에게 제공되는 의료 서비스의 질을 개선함으로써 큰 혜택을 누릴 수 있다고 말했다. 이러한 기술에 대한 필요성이 명백해짐에 따라 스마트 헬스케어 시장은 빠른 시일 내에 크게 성장할 것으로 예상된다. 이어 주 부사장은 심전도 패치 등 웨어러블 기기의 다양한 생체 신호를 처리하는 2세대 삼성 스마트 헬스 프로세서 S1SBP6A와 지구 온난화로 인해 증가하는 건강 문제를 해결할 수 있는 혁신적인 온도 감지 알고리즘 등 삼성 시스템LSI가 새로운 헬스케어 시대를 위해 준비해온 다양한 하드웨어와 알고리즘 솔루션을 소개했다. 모든 솔루션은 전 세계 사망률의 주요 원인을 해결하고 원격으로 보다 정확한 진단과 모니터링을 가능하게 함으로써 의사와 간호사의 업무 효율성을 향상시킨다. 또한 주 부사장은 연구 기관, 하드웨어 및 소프트웨어 개발자, 병원 및 서비스 제공업체를 원활하게 연결하는 에코시스템인 삼성 스마트 헬스 얼라이언스(Samsung Smart Health Alliance)에 대한 시스템LSI의 비전에 대해서도 설명했다. 이 에코시스템 안에서는 병원과 서비스 제공업체 등 최종 고객이 초기부터 개발과 테스트 과정에 적극적으로 참여하기 때문에 새로운 스마트 헬스케어 기술의 개발부터 최종 승인까지 시간과 자원을 효율적으로 사용할 수 있다. 주 부사장은 "삼성 스마트 헬스 얼라이언스는 아이디어 구상부터 최종 서비스까지 모두가 협력해 생명을 구할 수 있는 스마트 헬스 케어의 장"이라고 강조했다. 주 부사장은 헬스케어 기술과 시스템LSI 휴머노이드 컨셉을 결합한 비전이 스마트 헬스케어의 또 다른 돌파구를 마련하고 시스템LSI가 인류에 크게 기여하게 될 것이라며, "여러분들이 함께 동참해 주신다면 스마트 헬스케어는 더욱 발전할 것"이라며 힘찬 호소와 함께 발표를 마무리했다. 스마트 헬스는 성장하는 산업이며, 시스템LSI는 그 선두에 서 있다. 하이퍼 데이터와 시스템LSI 휴머노이드의 미래 더욱 선명한 이미지 품질, 차량 안전성 향상, 터치 및 디스플레이 효율성 등 삼성 시스템LSI의 모든 센서 솔루션은 방대한 양의 데이터 입력과 응답을 위해 준비되어 있다. 삼성은 이 데이터를 활용하여 새로운 기술을 개발하고 우리의 일상을 변화시킬 기술 혁신이 눈앞에 있음을 증명하고 있다. 인간만큼, 아니 인간보다 더 잘 감지하고 반응하는 기계는 많은 것들을 쉽고 편하게 만들어 줄 것이다. 삼성은 혁신적인 기술 솔루션을 통해 시스템LSI 휴머노이드의 미래를 현실에 구현해 나가고 있다.