빛으로 가득 찬 세상을 촬영하는 삼성 칩

글: 박용인 부사장 System LSI사업부 Sensor사업팀장 하루 종일 사진이나 동영상을 찍는 건 이제 라이프스타일이지 특별한 이벤트에만 하는 일이 아니다. 맛있는 음식 앞에서, 요즘 배우는 댄스 동작을 기록하거나, 머리 스타일이 마음에 드는 날에도 스마트폰 카메라를 꺼내 사진을 남겨서 친구들과 공유할 수 있다. 이런 변화는 최근 모바일 사진 기술의 놀라운 발전 덕분에 가능해졌고, 이러한 발전의 중심에는 빛을 디지털 데이터로 바꾸는 모바일 칩이 있다. 우리가 세상을 인식하는 이미지 센서인 우리의 눈은 약 5억 화소이다. 대부분의 DSLR 카메라가 4,000만 화소이고 플래그십 스마트폰이 1,200만 화소를 사용하고 있기 때문에 아직 우리 업계는 아직 갈 길이 멀다. 단순히 이미지 센서의 픽셀 숫자만 가능한 한 최대로 늘리면 되는 것이 아니냐고 생각할 수 있지만, 그렇게 되면 이미지 센서가 너무 커져 기기를 압도하는 크기가 될 수도 있다. 최첨단 사양과 더 슬림한 디자인의 스마트폰 외관을 유지하면서 카메라 해상도를 높이려면 이미지 센서의 픽셀은 훨씬 더 작아져야 한다. 하지만, 픽셀이 작아질수록 빛을 받아들이는 면적이 줄어들어 흐릿하거나 칙칙한 사진이 찍힐 수 있다. 픽셀의 크기를 줄이면서도 성능은 유지시키는 것이 이미지센서 기술의 관건이다.

최첨단 픽셀 기술 메모리 사업에서의 기술 리더십과 경험을 바탕으로 삼성전자는 ‘작으면서도 성능 좋은 이미지센서’를 만들고 있다. 2019년 5월에는 업계 최초로 6,400만 화소 센서를 출시했고, 6개월 후에는 1억 8백만 화소 이미지센서를 출시했다. 삼성전자의 1억 8백만 화소의 ISOCELL Bright HM1 이미지센서는 최첨단 Nonapixel 기술을 적용하여 빛을 받아들이는 픽셀의 면적을 대폭 늘렸다. Tetrapixel(2×2) 기술에 비해 개선된 Nonapixel(3x3) 픽셀 구조는 아홉 개의 0.8μm 픽셀이 한 개의 2.4μm 픽셀처럼 작동한다. 따라서 빛이 희박한 저조도 환경의 문제도 완화된다. 2019년에 최초로 0.7μm 픽셀에 기반한 이미지 센서를 출시한 것도 삼성전자다. 업계에서는 0.8μm가 픽셀 기술의 한계라고 여겼지만, 삼성전자 엔지니어들에게 ‘기술적 한계’란 혁신을 위한 동기부여이자 넘어야 할 숙명일 뿐이다.

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인간을 이롭게 하는, 인간을 능가하는 센서 현재 대부분의 카메라는 우리 눈에 보이는 가시광선 파장대역(450nm~750nm)이 도달하는 사진만 촬영할 수 있다. 눈에 보이지 않는, 가시광선 이외의 파장대역이 도달하는 영역을 촬영할 수 있는 센서는 드물지만 다양한 분야에서 도움이 될 것이다. 예를 들어 자외선 영역을 촬영할 수 있는 이미지센서가 있다면 암조직의 색을 다르게 촬영하는 방식으로 피부암을 진단할 수도 있다. 적외선 영역을 촬영할 수 있는 이미지 센서가 있다면 농업이나 다른 산업 영역에서도 쉽게 불량품을 구분할 수 있어 품질 관리를 더 효율적으로 할 수 있다. 삼성전자는 많은 사람들의 삶을 풍요롭게 만드는 새로운 기회를 제공하기 위해 최첨단 칩 기술을 도입할 수 있는 이러한 분야에 대해 연구하고 있다. 삼성전자는 카메라센서뿐 아니라 냄새를 맡는 후각, 맛을 느끼는 미각 등 다양한 센서 개발도 준비하고 있다. 인간의 감각을 넘어서는 센서는 곧 우리 일상의 중요한 일부가 될 것이다. 앞이 보이지 않는 사람의 눈을 뜨게 해주고 인간의 감각을 넘어서는 기능으로 사람을 돕는 센서의 잠재력을 찾아낼 생각에 기쁘다.

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6억 화소 이미지센서를 향해 이미지센서는 스마트폰을 넘어 자율주행차, IoT(사물인터넷), 드론 등에서도 본격적으로 사용될 것으로 예상된다. 삼성전자는 이미지센서의 화소 수를 늘리면서 픽셀을 작게 줄이는 트렌드를 이끌어 왔고 2020년에도 계속될 것이다. 또한 다양한 고객 수요에 대응하기 위한 제품 라인업을 갖춰나갈 예정이다. 삼성전자는 끊임 없이 도전하여 사람 눈을 능가하는 6억 화소 이미지센서를 포함한 무궁무진한 혁신을 일으킬 것이다. _{* 노나픽셀(Nonapixel)과 테트라픽셀(Tetrapixel) 명칭은 2022년 7월에 수정되었음}