* 1월 25일 발행된 <인사이트세미콘> 오프라인 매거진 2월호에 실린 기사입니다.

[전자부품 전문 미디어 인사이트세미콘]

지난 15년에 걸쳐 인터넷의 폭발적인 성장은 인류의 삶을 놀랍게 변화시켰다. 이제 이러한 변화가 기기의 운용에 반영되어 나타나고 있다. 오늘날 세련된 용어로 사물이라고 부르는 모든 기계 또는 기기는 서로 연결되고 지능화되고 있다. 동시에 기기가 주위 환경을 감지해야 할 필요성 또한 증가하고 있다.

사물인터넷(IoT)에 의해 촉발되고 있는 센서에 대한 거센 요구는 1990년대 PC의 등장과 2000년대 모바일폰에 이어 반도체 산업에서 제3의 성장 물결로 대변되는 동력을 주도하고 있다. 이러한 변화의 물결선도 자리에 아날로그 반도체 기업 ams의 센서 솔루션 기술이 있다. IoT의 비상한 가치는 보편성(universality)과 편재성(ubiquity)에서 나온다. 인터넷은 보편적인 개방형 프로토콜을 제공하므로 수십억 개에 달하는 기기들은 어느 제조업체에서 만든 어떤 종류이든 서로 연결하고 데이터를 공유할 수 있다.

이러한 데이터가 실제 세계의 현상에 관한 정보가 될 때 시스템과 제품은 훨씬 많은 가치를 가지게 된다. 예컨대 스마트 조명의 경우 기기는 마이크로 데이터를 이용하여 주위에 얼마나 많은 사람이 있는지, 그리고 주변이 어느 정도 밝은지 감지한다. 그에 따라 빛 출력을 지능적으로 조절하며 심지어 난방과 환기, 접근 통제까지 제어할 수 있다. 스마트 조명은 에너지를 절약하고 사람의 삶을 더 편안하고 안전하게 만들어준다.

스마트 시티의 경우 매크로 데이터는 하나의 기기가 아닌 수천 개의 기기에서 취한 정보를 이용해 가치를 제공한다. 도시는 수백만 개의 스마트폰과 스마트카와 다양한 기기에서 실시간으로 측정되는 대기 입자에 대한 정보를 취합해 현재 수준보다 훨씬 더 정확하고 세부적인 대기 오염 수준을 적시에 제공할 수 있다. 이러한 정보는 더욱 지능적이고 더욱 동적인 교통과 배기가스 통제, 공공 건강 모니터링의 가능성을 열어줌으로써 도시를 살기에 더 건강하고 더 안전한 곳으로 만들어준다.

IoT에서 나오는 페타바이트(PB)에 달하는 데이터에 대한 이용은 많은 부분을 아직 다 상상할 수 없다. 하지만 이러한 데이터가 저장되고 마이닝되고 분석된다면 우리가 사는 세계와 사용하는 기계에 대해 놀라운 통찰을 제공해 줄 것이라는 점은 의심의 여지가 없다. 이러한 비전의 현실화는 전적으로 센서의 확산에 달려 있다.

IoT에서 사물은 주위의 세계를 감지할 필요가 있다. 여기에는 온도, 습도, 압력, 가속과 같은 익숙한 파라미터도 포함되지만 주변광이나 대기 중의 다양한 오염원 농도와 같은 환경적 파라미터, 땀의 화학적 성분, 심박수, 혈중 산소포화도와 같은 수백 가지의 새로운 현상이 사물에 달린 센서에 의해 측정될 것이다.

우리는 이미 스마트폰과 같은 기존 기기에서 다양한 종류의 센서 사용이 증가하는 것을 목격하고 있다. 다가오는 미래에는 소형 가스 센서가 스마트폰에 부착돼 근처의 대기 오염을 알려줄 것이다.

또한 매년 자동차에는 점점 더 많은 센서가 탑재되고 있으며 조만간 도로 위에서 다른 자동차가 가까이 다가오면 근접 정도와 함께 속도와 방향을 감지하는 새로운 종류의 센서가 자동차에 장착되는 것을 볼 수 있을 것이다. 센서는 전에는 생각지 못했을 뿐 아니라 실제로 예전에는 전혀 전자장치 형태가 아니었던 기기로 영역을 확대하고 있다.

ams에서 선보인 스마트 광학 센서 모듈인 ‘AS7000’을 부착한 시계는 지속적으로 착용자의 심장박동과 혈액 산소포화도를 측정하고 기록함으로써 24시간 개인 건강을 모니터링 할 수 있다. 또 개별적인 사물이 IoT로 이행하면서 간단한 전구에 광학 센서 모듈과 적외선 발광다이오드(LED)를 추가하면 사람이 가까이 다가오는 것에 반응하고 빛의 밝기와 색을 감지하는 스마트 조명이 될 수 있다.

얼마나 많은 종류의 새로운 기기가 개발돼 주위 환경을 감지하고 연결된 사물의 능력을 이용할 수 있을지 아직 알 수 없다. 일례로 의료계에서는 새로운 종류의 채내 이식 가능한 무선 바이오센서 또는 센서 문신에 많은 기대를 갖고 있다. 이들 센서는 스마트폰 앱을 통해 의사가 환자 정보 서버에 연결돼 환자의 건강 상태에 대한 24시간 원격 모니터링을 제공한다.

IoT에 적용되는 센서 기술
모든 종류의 사물에서 모든 곳에 존재하는 센서에 대한 요구는 아날로그 반도체의 설계와 생산에서 혁신을 요구한다. 많은 경우 공간과 전력은 제한돼 있다. 또한 조명, 시계, 가전제품과 같은 기기에서 감지는 주변 기능이며, OEM에서 구현하는 핵심 애플리케이션에 속하지 않는다. 이것은 센서가 다음과 같은 특성을 갖춰야 한다는 것을 의미한다 .

• 매우 적은 전류를 소모해야 한다.
• 극히 작은 보드 공간을 차지해야 한다.
• 최종 제품의 애플리케이션에 쉽게 통합할 수 있어야 한다.

ams는 이러한 아날로그 반도체 기술에 요구되는 크기와 특성의 변화를 인식해 왔다. 고유의 설계와 제조 기술로 OEM의 제한된 공간과 전력 요구사항을 만족하면서 많은 경우 애플리케이션에 즉시 적용할 수 있는 디지털 출력을 제공하는 혁신적인 새로운 센서 솔루션을 선보이고 있다.

새로운 애플리케이션을 위한 새로운 솔루션
최근 ams는 완벽한 ‘센서 솔루션’을 제공함으로써 IoT 트렌드를 주도하고 있다. 이는 센서의 주변적 특성을 반영한 것이다. 인터넷에 연결된 스마트 조명에서 핵심 기능은 램프 또는 조명 엔진에 의해 구현된다. 건강/피트니스 손목밴드에서 핵심 기능은 임베디드(내장형 제어) 프로세서와 그것이 지원하는 스마트폰 앱이다.

그 다음으로 센서 솔루션이 호스트 마이크로컨트롤러 또는 프로세서에 손쉽게 사용 가능한 디지털 출력을 제공한다. 이것은 종종 간단한 혼성 신호 반도체 기술 이상을 필요로 한다. 손목밴드와 시계에서 심박수 측정을 구현할 수 있게 하는 AS7000 바이오센서 모듈과 같은 솔루션은 광전자 소자, 프로세서 및 센서의 펌웨어에 포함된 고유의 알고리즘을 상세한 광학 및 기계적 설계 가이드라인과 결합함으로써 디바이스의 LED 및 광센서가 사용자의 피부에 안전하게 접촉할 수 있게 보장한다.

ams 가이드라인에 따라 손목밴드에 구현할 경우 AS7000은 분당 심장박동을 카운트하고 박동 간 간격을 측정해 신뢰할 수 있는 정확한 디지털 출력을 제공함으로써 손목밴드 제조업체에게 완제품 형태의 심박 센서 시스템온칩(SoC)을 제공한다.

막대한 마이크로 및 매크로 데이터로 구성되는 사물 인터넷에 데이터를 공급하는 센서를 개발하기 위해서는 이와 같이 끊임없이 애플리케이션 특성에 주의를 기울여야 한다. 전력 소모, 정확도, 선형성, 감도의 측면에서 현재의 한계에 대한 지속적인 확장을 요구한다.

아날로그 센서 기술이 더 많은 기기와 종류에 구현되고 실제 세계에 대한 감지 대상이 더욱 넓어지고 있으며, 그와 함께 끊임없이 혁신하고 역동하는 반도체 산업에서 제3의 발전의 시대가 도래함에 따라 ams는 이와 같은 새로운 까다로운 표준을 만족하는 센서 솔루션을 제공함으로써 센서가 맞이하는 황금시대에 높은 기대를 갖고 있다.

<토마스 리에너 ams 마케팅&전략 부문 부사장>