ISOCELL HP5 딥다이브: 0.5㎛ 픽셀 심층 탐구

매일 찍는 사진 한 장, 짧은 영상 하나가 이제는 우리의 하루를 이야기하는 언어가 되었다. 스마트폰 카메라는 단순한 도구를 넘어, 창작과 소통의 중심에 자리잡았다. 그래서일까? 새 스마트폰이 나올 때마다 사람들의 관심은 ‘카메라 성능’으로 많이 쏠리게 된다. 더 선명한 화질, 얇은 모듈, 더 밝은 야간 촬영, 줌을 해도 깨끗하게 유지되는 화질—카메라는 해마다 경계를 넓혀 발전해오고 있다. 특히 최근에는 ‘초고해상도’와 ‘픽셀 미세화’가 스마트폰 카메라 혁신의 핵심 키워드로 떠오르고 있다.

2억화소 센서가 플래그십 스마트폰을 중심으로 빠르게 확산된 것도 같은 맥락이다. 더 정교한 디테일, 줌에서도 흔들림 없는 선명함, 저조도 환경에서의 노이즈 최소화는 소비자들에게 새로운 사진 경험을 제공했다. 이제 카메라는 단순히 ‘많은 화소’를 넘어 더 얇고 세련된 디자인 속에서도 뛰어난 성능을 구현하는 것이 중요한 과제가 되고 있다. 삼성전자는 이러한 요구에 맞춰 픽셀 구조와 회로 설계를 혁신해왔고, 그 긴 도전의 여정이 맺은 결실이 바로 아이소셀 HP5다.
 

더 작아진 픽셀, 더 큰 빛을 담다 – FDTI & Dual VTG

업계 최초 0.5㎛ 픽셀에 2억 화소 해상도를 담아낸 아이소셀 HP5는 이미지 센서 혁신을 새로운 단계로 끌어올렸다. 픽셀이 작아질수록 빛을 담는 면적이 줄어 성능 저하가 불가피하다는 통상적인 생각과 달리, 아이소셀 HP5는 픽셀의 크기가 작아졌음에도 불구하고 첨단 픽셀 기술을 집약해 화질과 감도를 동시에 끌어올린 것이다.

그 중심에는 FDTI (Front Deep Trench Isolation)와 D-VTG (Dual Vertical Transfer Gate)가 있다. FDTI는 아이소셀 HP5의 초미세 픽셀이 안정적으로 작동할 수 있도록 돕는 핵심 기술이다. 픽셀 사이에 깊은 절연 구조를 형성해 빛의 간섭을 최소화하고, 작은 픽셀에서도 빛을 최대한 온전히 받아들이게 한다. 그 결과, 0.5㎛ 크기의 픽셀에서도 더 많은 전자를 담고 선명하고 깨끗한 이미지 품질을 구현할 수 있다. 

이와 함께 적용된 D-VTG는 기존의 단일 게이트 구조와 달리, 한 픽셀에 두 개의 게이트를 배치함으로써 더 많은 빛을 안정적으로 저장하고, 이후 이를 효율적으로 플로팅 디퓨전 (FD, Floating Diffusion)으로 전달한다. FD는 픽셀이 모은 전하를 신호로 변환하는 영역으로, 이미지를 만드는 다음 단계로 이어지는 중요한 거점이다. 이를 통해 기존의 Single VTG 대비 최대 66% 이상 전하저장용량 (FWC, Full-Well Capacity) 향상과 함께 밝은 환경에서의 색 재현성 강화, 노이즈 최소화라는 효과를 동시에 얻을 수 있다. 

삼성전자의 픽셀기술에 대한 더 자세한 사항은 아래 링크에서 확인할 수 있다. 픽셀 테크놀로지
 

어두운 곳에서 더 강해지는 픽셀 – DCC 구조

FDTI와 D-VTG가 픽셀의 전하 용량을 확장해 밝은 환경에서의 디테일을 높였다면, 어두운 환경에서의 노이즈 최소화를 위해 적용된 또 다른 차별화된 기술이 바로 DCC (DTI Center Cut) 구조이다. DCC는 4개의 포토다이오드 (PD, Photo Diode) 사이의 절연벽 (DTI) 일부를 열어, 전하 위상차 자동초점 (Phase Detection AF) 성능을 강화한 구조이다. 이러한 설계는 FD를 통합해 컨버전 게인 (CG, Conversion Gain)을 높이는 데에 도움을 주어, 결과적으로 랜덤 노이즈 (RN, Random Noise)를 낮추는 데에 유리한 조건을 만든다. 또한, RN을 더욱 개선하기 위한 CG 향상 공정을 병행하여, 공정 미적용 대비 CG가 약 10~20%의 CG 개선되었다.

그 결과 아이소셀 HP5는 초기 2억 화소 제품¹ 대비 저조도 노이즈 특성이 크게 향상되었으며, 초미세 0.5㎛ 픽셀에서도 저조도 촬영 시 밤 하늘의 별 하나하나까지 선명하게 기록하여, 그 특별한 순간을 더욱 또렷하게 공유할 수 있게 한다.

광각부터 망원까지, 언제나 뛰어난 성능

픽셀 구조와 공정 혁신으로 0.5㎛ 픽셀에서도 안정적인 화질을 확보한 아이소셀 HP5는 광각부터 망원까지 아우르는 다재 다능한 면모를 보여준다. Tetra2pixel 기술을 통해 필요에 따라 아래와 같이 픽셀 배열을 전환할 수 있다.

· 2억 화소의 풀 디테일  (0.5㎛)
· 5천만 화소의 균형 잡힌 모드 (1.0㎛)
· 1천250만 화소의 밝고 선명한 모드 (2.0㎛)

촬영 환경과 목적에 맞춰 픽셀 배열을 최적화할 수 있다는 의미이며, 또한 화질 열화 없는 인센서 (In-sensor) 줌이 최대 4배까지 가능하다².  특히 아이소셀 HP5 망원 카메라를 3배 망원 모듈과 결합하면, 최대 12배 줌에서도 눈으로 보는 듯한 생생함을 그대로 담아낸다.
 

AI와 함께 비로소 완성되는 2억화소 경험

하드웨어의 업그레이드가 카메라 경험의 큰 변화를 만들어냈다면, 그 섬세한 완성도를 책임지는 것은 바로 지금 스마트폰 업계를 뒤흔들고 있는 AI다. 주요 업체들은 저마다 독자적인 카메라 AI 엔진을 앞세워 차별화를 시도하고 있으며, 사진과 영상은 이제 단순한 촬영을 넘어선지 오래다. AI가 장면을 실시간으로 인식하고, 색과 노출을 자동으로 보정하며, 최적화까지 수행하는 과정을 거쳐 최종 결과물이 완성되는 것이다.

아이소셀 HP5에 E2E AI 리모자이크 (End-to-End AI Remosaic)가 적용되어 초고해상도의 장점을 살리면서도, AI가 촬영 과정을 최적화해 더욱 선명하고 깨끗한 결과를 만들어낼 수 있게 된다. 특히 E2E AI 리모자이크는 2억 화소 상용화의 가장 큰 걸림돌이었던 리모자이크 및 ISP 처리 과정의 지연 문제를 근본적으로 개선했다. 애플리케이션 프로세서 (Application Processor) 성능에 따라 차이는 있지만, 평균적으로 2초 이내의 처리 속도를 구현할 수 있다. 그 결과, 이제 2억화소 촬영은 더 이상 ‘기다림’이 아닌, 누구나 즉시 즐길 수 있는 경험으로 자리잡게 되었다.

0.5㎛가 만든 2억 화소 슬림 혁신

최근 스마트폰은 카메라 성능만큼이나 디자인도 중요한 경쟁 요소가 되고 있다. 특히 프리미엄 스마트폰이 추구하는 방향은 바로 더 얇고 세련된 카메라 디자인이다. 아이소셀 HP5는 업계 최초로 0.5㎛ 픽셀 기반의 2억 화소를 구현한 이미지센서로, 1/1.56” 옵티컬 포맷에 최적화 되어있어 얇고 컴팩트한 카메라 모듈에서도 2억 화소의 디테일을 온전히 즐길 수 있게 해준다.

주머니 속의 작은 스마트폰으로 전문가 카메라만큼의 선명한 사진을 찍고 싶다는 기대는 오랫동안 ‘불가능에 가까운 꿈’으로 여겨져 왔다. 작은 크기와 높은 성능은 원래 양립하기 어려운 조합이기 때문이다. 삼성전자는 이 한계에 도전하며 축적된 픽셀 및 설계 기술을 집약해 픽셀 미세화를 선도해왔고 그 과정에서 맺은 결실이 바로 아이소셀 HP5이다.

아이소셀 HP5 제품페이지

아이소셀 HP5는 작은 픽셀로 더 큰 가능성을 열어가는 이미지 센서 혁신의 기준이 될 것이다. 삼성전자는 아이소셀 HP5가 열어준 혁신 위에, 기술의 한계를 다시 한 번 뛰어넘으며 일상의 모든 순간을 더 특별한 기억으로 기록하고 공유될 수 있도록 나아갈 것이다.

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* 모든 제품 사양은 내부 테스트 결과를 반영하며 사용자의 시스템 구성에 따라 변동이 있을 수 있습니다. 실제 성능은 사용 조건과 환경에 따라 다를 수 있습니다.

_{¹⁾ 아이소셀 HP1
²⁾ 하드웨어 리모자이크로 2배, 소프트웨어 리모자이크로 4배 줌 지원}