[창간특집 1부]⑨ ‘5G 마중물’ 반도체 기술 어디까지 왔나?

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[창간특집 1부]⑨ ‘5G 마중물’ 반도체 기술 어디까지 왔나?

디지털데일리 발행일 2018-05-19 11:54:36

이수환

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[디지털데일리 이수환기자] 5세대(5G) 이동통신은 기존 4세대(4G) 롱텀에볼루션(LTE)과 함께 당분간 함께 갈 수밖에 없는 운명이다. 이는 한 번에 모든 기반을 마련할 수 없기 때문이다. 더불어 주파수 영역이 다양하다는 점도 고려해야 한다. 실제로 5G에서 신규 대역 자체는 많지 않으나 굉장히 넓은 대역폭에 걸쳐 있으며 이들이 기존 4G는 물론, 일부 2세대(2G), 3세대(3G)와도 조합이 필요하다. 복잡성이 늘어나는 만큼 이를 잘 활용해 적용할 수 있는 것이 중요하다.

우선 5G 반도체는 크게 세 가지로 나눌 수 있다. 첫 번째는 5G 칩을 테스트하기 위한 플랫폼, 두 번째는 무선(RF) 프론트엔드(Front end, 기지국으로부터 신호를 받는 가장 첫 구역), 세 번째는 통신용 칩이다. 플랫폼 가운데 가장 널리 알려진 것은 ‘인텔 모바일 트라이얼 플랫폼(MTP)’이 있다. MTP의 목적은 5G 기기를 직접 연결하기 위한 스마트폰, 태블릿과 같은 스마트 기기 개발을 손쉽게 하기 위함이다.

예컨대 인텔은 2018 평창 동계올림픽대회에서 3GHz 이상의 밀리미터파(mmWave)를 사용해 MTP를 거쳐 스마트폰, 가상현실(VR) 기기를 연결했다. MTP를 사용하면 통신사와 기기 업체가 더 일찍 장비의 상호운용성을 테스트하고 한 발 더 빠르게 제품을 시장에 내놓을 수 있도록 한 것. 대규모 데이터 처리를 위해 MTP 내부에 마련된 고성능 프로그래머블반도체(FPGA)와 코어 i7 중앙처리장치(CPU) 덕분이다.

MTP가 5G 중간에서 활약한다면 RF 프론트엔드는 기기 자체와 밀접한 관련이 있다. 이 분야에서는 퀄컴이 가장 앞서 있다. 이미 5G 스마트폰 레퍼런스까지 확보한 상태다. 28GHz 대역에서 Gbps급 속도를 내는 5G 통신 데모를 마쳤다. 9㎜ 두께(5G 스마트폰) 같은 경우는 6GHz 이하부터 밀리미터파까지 지원하는 5G 규격을 만족할 수 있는 설계를 선보이기 위한 목표 설정이다.

모뎀칩에서도 퀄컴은 상용화 속도가 빠르다. 2년 전에 선보인 5G 모뎀칩 ‘스냅드래곤 X50 5G 뉴라디오(NR)’는 전 세계 18개 통신사, 19개 업체에서 채택을 확정했다. 이는 5G 레퍼런스 스마트폰 디자인 공급을 마무리했다는 의미다. 퀄컴은 5G 밀리미터파에서 전력공급은 10밀리와트(㎽)까지 낮출 수 있을 것으로 보고 있다. 엔벨롭 트래킹(envelop tracking, ET) 및 안테나 조정기(tuner) 기술은 전력 효율에서 굉장히 중요하며 802.11ad와 4G LTE를 비롯해 전력 감소부터 최적화까지 많은 경험이 있어서 기가비트 LTE에서도 유리한 위치에 있다.

인텔과 삼성전자도 빠르게 퀄컴을 뒤쫓고 있다. 지난해 5G 모뎀칩 ‘XMM8000’ 시리즈, ‘XMM8060’을 선보인 바 있다. 이 가운데 XMM8060은 5G 논-스탠드얼론(Non-Standalone, NSA), 스탠드얼론(Standalone, SA) NR(New Radio), 4G, 3세대(3G), 2세대(2G), 코드분할다중접속(CDMA)을 지원한다.

삼성전자는 어떨까. 눈에 띄게 드러나지 않았으나 조용히 원천기술 확보를 담금질했고 소기의 성과를 거뒀다. 대표적인 것이 올해 3월 발표한 엑시노스 7시리즈 신제품(엑시노스 9610)이다. 이 제품은 성능보다는 2G 핵심이라고 할 수 있는 코드분할다중접속(CDMA)을 지원한다. 현존하는 모든 후방 통신 기술을 확보했다는 점에서 의미가 있다.

또한, 밀리미터파 RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit) 칩도 자체적으로 개발했다. 덕분에 기존 대비 크기를 대폭 줄인 기지국을 포함한 통신기기 소형화를 추진할 수 있게 됐다.

5G 시대 반도체는 그 어느 때보다 다양성이 중요하게 드러날 것으로 전망된다. 일종의 양극화라고 볼 수 있다. 데이터 전송속도와 응답속도가 한층 빨라지므로 이에 대응하기 위한 고성능 반도체가 필수적이다. 이와 함께 다양한 사물인터넷(IoT) 요소와 결합하기 위해 전력소비량은 낮으면서 여러 종류의 통신규격을 지원할 수 있어야 한다.

데이터폭증으로 인한 메모리 반도체 성장은 당연하며 디지털과 아날로그를 오가는 비(非)메모리 반도체 개발의 중요성이 더욱 커진다고 봐야 한다. 패키징을 비롯해 검증 솔루션, 적층세라믹콘덴서(MLCC), 고주파 단일집적회로(MMIC) 등 반도체를 비롯한 전자산업 전반에 걸쳐 급성장을 가늠해볼 수 있다.

<이수환 기자>shulee@ddaily.co.kr