'업계 최초' 앞세운 삼성, '이미지센서 1위' 日 소니 누를 新무기 꺼냈다

업계 첫 원칩 iToF 센서 '아이소셀 비전 63D', 글로벌 셔터 센서 '아이소셀 비전 931' 공개

[아이뉴스24 장유미 기자] 삼성전자가 내년 스마트폰 시장의 재도약을 앞두고 이미지센서 라인업 강화에 나섰다. 업계 최초의 원칩 iToF 센서를 장착한 차세대 제품으로 1위인 일본 소니와의 격차를 얼마나 줄여 나갈지 관심이 집중된다.

아이소셀 비전 63D [사진=삼성전자]

삼성전자는 19일 모바일, 로봇, XR 등 첨단 콘텐츠 플랫폼을 위한 이미지센서 라인업 '아이소셀 비전(ISOCELL Vizion)'의 차세대 제품 2종을 공개했다. 이 제품은 지난 10월 미국 실리콘밸리 미주총괄에서 개최된 '삼성 시스템LSI 테크데이 2023'에서 공개됐다. 삼성전자는 현재 두 제품의 샘플을 고객들에게 제공하고 있다.

'아이소셀 비전 63D'는 빛의 파장을 감지해 사물의 3차원 입체 정보를 측정하는 간접 비행시간측정센서(indirect Time of Flight, iToF)로, 모바일은 물론 로봇, XR 분야 등 다양한 미래 첨단산업에 활용된다. iToF 센서는 고해상도·높은 정밀도를 요구하는 응용처에 특화된 ToF 센서 종류다.

'아이소셀 비전 931'은 사람의 눈처럼 모든 픽셀을 동시에 빛에 노출해 촬영하는 글로벌 셔터(Global Shutter) 센서로 XR, 모션 트래킹 게임, 로봇, 드론 등 움직이는 피사체를 왜곡 없이 촬영해야 하는 분야에 최적화됐다.

서울 본사에 걸린 삼성 깃발이 펄럭이고 있다. [사진=아이뉴스24 DB]

삼성전자는 지난 2020년 9월 유럽연합특허청(EUIPO)에 ToF 센서 '아이소셀 비전' 상표를 출원한 데 이어 두 달 뒤 '아이소셀 비전 33D'을 공개하며 이미지센서 경쟁력 강화에 대한 의지를 보였다.

이번에 선보인 삼성전자의 '아이소셀 비전 63D'는 박쥐가 음파를 활용해 주변을 탐지하는 것과 유사한 원리로 거리를 측정한다. 음파 대신 발광된 빛 파장과 피사체에 반사돼 돌아온 파장의 위상차로 거리를 빠르고 정확하게 계산해 사물의 3차원 입체 정보를 파악한다. 이를 통해, 서빙·물류 로봇, XR 기기, 안면인증 등 여러 첨단 응용처의 주요 제품으로 활용될 예정이다.

이번 제품은 업계 최초 원칩 iToF 센서로 사물의 심도(Depth) 연산에 최적화된 ISP(Image Signal Processor)가 내장돼 AP 지원 없이 뎁스 맵(Depth Map·관찰 시점에서 사물과의 거리와 관련된 정보를 담은 이미지) 촬영이 가능하다. 또 전작인 '아이소셀 비전 33D' 대비 시스템 전력 소모량을 최대 40%까지 줄였다. ISP는 이미지센서에서 전송된 가공되지 않은 데이터를 보정해 소비자가 선호하는 형태의 사진이나 영상을 만들어내는 역할을 한다.

'아이소셀 비전 63D'는 iToF 센서 기능 구현에 최적화된 QVGA 해상도의 이미지를 초당 60 프레임의 속도로 처리한다. QVGA(Quarter Video Graphics Array)는 320x240 픽셀 해상도, iToF 센서의 3차원 입체 이미지 출력에 최적화된 해상도 규격이다.

삼성전자는 픽셀의 광원 흡수율을 높이는 후방산란 기술(Backside Scattering Technology, BST)을 통해 적외선 기준 940nm(나노미터)에서 업계 최고 수준인 38%의 양자효율(Quantum Efficiency)을 구현했다. 이를 통해 모션 블러를 최소화해 선명한 이미지를 제공한다.

또 높은 해상도를 제공하는 면광원 모드는 물론 원거리 측정이 가능한 점광원 모드를 동시에 지원해 최대 측정 가능 거리를 전작의 5미터에서 10미터까지 2배 확장했다. 주변 상황을 빠르고 정확하게 인식해 이동해야 하는 주행·서비스 로봇 등에 필수적이다.

이 외에도 '아이소셀 비전 63D'는 업계 최소 크기의 3.5㎛(마이크로미터) 픽셀 적용으로 VGA(640x480) 해상도를 1/6.4" 옵티컬 포맷 크기에 구현해 휴대 또는 착용이 가능한 소형 기기에 최적화됐다.

삼성전자의 '아이소셀 비전 931'은 기존 고해상도 카메라용 이미지센서의 롤링 셔터 방식이 아닌 글로벌 셔터 기술을 적용한 이미지센서다.

일반적인 이미지센서는 픽셀을 순차적으로 빛에 노출시켜 촬영하는 롤링 셔터 방식인 반면, 글로벌 셔터는 사람의 눈처럼 모든 픽셀을 빛에 동시에 노출시켜 촬영한다. 이를 통해 빠르게 움직이는 물체도 선명하고 왜곡 없이 촬영할 수 있어 XR, 모션 트래킹 게임, 로봇, 드론 등 신속성과 정확도가 중요한 분야에 활용된다.

특히 '아이소셀 비전 931'은 1대1 비율의 해상도(640 x 640)를 지원해 XR 기기와 같은 머리 장착형 디스플레이 기기에서 홍채인식뿐만 아니라 시선추적, 얼굴 표정, 손동작과 같은 미세한 움직임을 인식하는데 최적화됐다.

또 후방산란기술과 픽셀 사이에 절연부를 형성하는 FDTI(Front Deep Trench Isolation) 공법을 적용해 850nm적외선에서 업계 최고 수준인 60%의 양자효율을 구현했다. 이 밖에도 멀티드롭 기능을 통해 하나의 데이터 선으로 최대 4대의 카메라까지 동시에 연결해 기기 제조사가 보다 쉽게 제품을 설계할 수 있도록 지원한다.

이해창 삼성전자 시스템LSI사업부 차세대센서개발팀 부사장은 "'아이소셀 비전 63D'와 '아이소셀 비전 931'에는 삼성전자의 차별화된 차세대 이미지센서 기술과 노하우가 모두 집약됐다"며 "삼성전자는 iToF 센서, 글로벌 셔터 센서 등 '아이소셀 비전(ISOCELL Vizion)' 라인업을 바탕으로 빠르게 성장하는 차세대 이미지센서 시장을 주도할 계획"이라고 밝혔다.

아이소셀 비전 931 [사진=삼성전자]

업계에선 삼성전자가 이번 신제품으로 1위인 소니와의 격차를 얼마나 줄일 수 있을지 주목하고 있다. 시장조사 업체 TSR에 따르면 삼성전자의 지난해 세계 이미지센서 시장점유율(매출 기준)은 15.7%로 2위다. 1위인 소니의 점유율은 49.7%에 달한다.

삼성전자는 신제품 출시 외에 이미지센서 사업 경쟁력 강화를 위해 최근 조직도 개편했다. 실제 반도체 설계를 담당하는 시스템LSI사업부를 △SOC사업팀 △센서사업팀 △LSI사업팀으로 묶고 각 사업의 기능과 독립성을 확대했다. 박용인 시스템LSI사업부장은 센서사업팀장을 겸임하는 것으로 전해졌다.

새롭게 만들어진 센서사업팀 CTO 자리에는 작년 3월 퇴임했던 베테랑 엔지니어 이제석 시스템LSI 부사장이 선임됐다. 이 부사장은 삼성전자의 이미지센서 브랜드 '아이소셀'을 초기부터 키워온 주역으로 평가 받는다.

업계 관계자는 "이미지센서는 삼성전자가 '2030 시스템반도체 1위' 달성을 위해 공을 들이는 분야로, 삼성전자는 최근 신제품을 꾸준히 출시하며 라인업 확충에 나서고 있다"며 "삼성전자 센서사업팀의 전력 강화는 1억 화소 이상의 프리미엄 이미지센서 시장에서의 초격차 기술 확보와 1위인 일본 소니와의 격차를 줄이기 위한 전략으로 보인다"고 말했다.

/장유미 기자(sweet@inews24.com)