삼성전자가 업계 최초 ‘2억 화소’를 구현한 모바일 이미지센서 개발에 성공하면서 업계 1위 소니 추격에 불을 붙였다.

이미지센서 시장에서 소니보다 후발주자로 출발한 삼성이 화소 미세화 기술 부분에서는 이미 소니를 뛰어넘었다는 것이 업계 정설이며, 양사의 점유율 역시 시간이 지날수록 격차가 줄어드는 것이 사실이다.

스마트폰 카메라의 고사양 기술에 대한 수요가 날로 증가하고 자율주행 전기차 등이 확대됨에 따라 이미지센서 시장의 전망이 점점 더 밝아지는 상황, 삼성이 독자 기술을 바탕으로 업계 1위 자리까지 석권할 수 있을지 귀추가 주목된다.

삼성전자 관계자는 녹색경제신문에 “삼성은 올해 0.64㎛(마이크로미터) 화소 이미지센서를 출시해 업계 내 현존하는 최소 사이즈를 구현했으며, 더불어 이번 신기술을 통해 2억 픽셀 벽을 넘은 것은 삼성이 업계 최초”라며, “업계 내에서도 이미지센서 시장이 계속 커갈 수밖에 없는 시장이라고 판단하고 있으며 추후 시장 반응을 봐야 알겠지만, 삼성 역시 시장 점유율을 더 확보하는 것을 노리고 다양한 제품군을 확보하며 신기술 개발에 박차를 가하고 있다”라고 전했다.

삼성, 이미지센서 신기술 2종 공개...“업계 최초 ‘2억 화소’, 업계 최소 듀얼 픽셀 구현”

7일 업계에 따르면 삼성전자는 ‘2억 화소’를 구현한 모바일 이미지센서 ‘아이소셀 HP1’과 업계 최소 크기의 듀얼 픽셀(Dual Pixel) 이미지센서 ‘아이소셀 GN5’를 공개하며 CMOS 이미지센서(CIS) 시장에서 독보적 기술력의 존재감을 과시했다.

카메라 기기 등에 들어가는 이미지센서는 쉽게 말해 카메라의 필름과 같은 역할을 하는데, 렌즈를 통해 들어온 빛을 전기적 디지털 신호로 변환해 디스플레이 장치로 촬영한 사진을 볼 수 있게 만들어 주는 반도체를 말한다.

이 중에서도 휴대폰, 태블릿PC 등 카메라 기능이 탑재된 모바일 기기의 시장이 확대되면서 핵심 부품으로 주목받는 것이 CIS다.

날이 갈수록 스마트폰 카메라에 높은 성능이 요구되면서 최근 CIS는 최대한 작은 칩에 많은 픽셀 수를 구현하는 것이 핵심이 됐는데, 업체들은 이를 위해 픽셀의 크기를 줄이는 기술 개발에 전념하고 있다.

다만, 픽셀이 작을수록 충분한 빛을 흡수하기 어렵기 때문에 이 기술에는 이미지센서가 빛을 얼마나 받아들일 수 있는지, 수광율을 높이는 방향의 기술 개발도 필요하다.

삼성전자는 CIS의 성능 한계를 뛰어넘고자 거듭 연구 끝에, 픽셀 크기를 줄이면서 수광율을 높인 ‘아이소셀(ISOCELL)’ 개발에 성공했으며 이후 자체 신기술을 개발하면서 제품 성능을 높여왔다.

아이소셀은 이미지센서를 구성하고 있는 픽셀과 픽셀 사이에 절연부를 세워 서로 격리시킴으로써 픽셀로 들어온 빛이 밖으로 나가지 않도록 하는 기술로, 각 픽셀에 들어온 빛이 다른 픽셀에 영향을 주지 않도록 빛의 손실을 줄여 카메라 성능을 높인 방식이다.

삼성이 이번에 공개한 ‘아이소셀 HP1’은 픽셀 간 영향으로 인한 빛의 손실은 줄이면서도 픽셀 수는 대폭 늘린 것이 가장 큰 특징이다.

삼성전자 관계자는 “이번 신제품은 작년 출시한 1억 8백만 화소 이미지센서보다 성능을 더 높여 업계 최초 2억 화소를 구현한 제품”이라며, “0.64 마이크로미터 픽셀을 이용해 기존 1억 8백만 화소 제품대비 화소 수를 약 85% 많이 탑재하면서도 옵티컬포맷(카메라 렌즈를 통해 들어오는 이미지가 인식되는 영역의 지름)의 크기 증가는 최소화했다”라고 말했다.

특히, 독자 신기술 ‘카멜레온셀(ChameleonCell)’을 이번에 최초 적용하면서 낮, 밤, 실외, 실내 등 촬영 환경에 따라 인접 픽셀의 수광 면적을 조절할 수 있어, 언제 어디서나 고화질의 사진을 경험할 수 있다고 업체는 설명했다.

더불어 ‘듀얼 픽셀’ 이미지센서에서도 업계 최소 크기를 만드는 데 성공했다. 제품명은 ‘아이소셀 GN5’, 1/1.57인치 옵티컬포맷에 1.0 마이크로미터 픽셀 5천만개가 들어간다.

삼성전자는 모든 픽셀이 두 개의 포토다이오드를 탑재한 듀얼 픽셀 제품에 기존 좌, 우 위상차만 활용 가능했던 것을 상, 하, 좌, 우 위상차를 모두 활용하도록 하는 ‘듀얼 픽셀 프로’ 기술을 적용했으며, 픽셀 사이에 절연부를 형성하는 FDTI 공법을 이번 듀얼 픽셀 구조에 처음 최적화했다.

삼성에 따르면 아이소셀 GN5는 픽셀 크기는 1.0 마이크로미터로 줄였으면서도 1.2 마이크로미터 듀얼 픽셀 제품과 동일한 수준의 성능을 지니고 있으며, 컬러 필터 재배치 알고리즘을 통해 1억 화소의 고화질 사진도 촬영할 수 있다.

시장 전망 ‘32조 8000억원’ 두고 질주하는 삼성, 모바일 넘어 자동차 라인업까지 확대하며 소니 위협

삼성전자의 CIS 신제품 소식에 가장 주목하는 곳은 단연, 업계 1위인 소니다. 최근 이미지센서 시장 내에서 삼성의 질주가 매섭기 때문이다.

프랑스의 반도체 시장조사업체 욜디벨롭먼트 보고서에 따르면 지난해 글로벌 CIS 시장에서 소니의 점유율은 전년 대비 2% 감소한 40%를 기록했으며, 2위인 삼성전자는 전년 대비 1% 오른 22%로 집계됐다.

매출액 부문에서도 삼성은 전년 대비 13% 증가한 반면, 소니는 오히려 5% 감소한 것으로 나타났다.

중요한 것은 시장 내 삼성전자의 입지가 아주 꾸준하게, 지속해서 올라가고 있다는 점이다. 2014년까지만 해도 당시 2위였던 옴니비전에 밀려 업계 3위에 머물렀던 삼성은 2018년 이후 점유율 20%를 넘겼다.

삼성과 소니 양사는 이미지센서 화소 크기를 줄이는 기술에서도 엎치락뒤치락 해왔는데, 2019년 삼성이 0.7 마이크로미터 크기를 구현한 데 이어, 올 6월 0.64 마이크로미터까지 줄이는 데 성공한 한편, 소니는 지난해 0.8 마이크로미터 화소를 개발한 뒤로는 지금까지 최신화된 소식이 없다.

여기에 더해 삼성전자는 모바일용 이미지센서에서 더 나아가 자동차용 제품 개발에도 뛰어들어 사업을 확대해 나가고 있다.

올 7월 삼성은 자동차용 이미지센서 ‘아이소셀오토 4AC’를 출시하고 본격 이미지센서 제품 라인업 확대를 선언했다.

삼성전자 관계자는 “아이소셀오토 4AC는 최첨단 ‘코너픽셀’ 기술이 처음 적용돼 극한 환경에서도 사각지대를 최소화하는 등 정확한 도로 주행 정보를 운전자에게 제공해 안전한 주행을 지원하는 차량용 이미지센서”라며, “서라운드 뷰 모니터, 후방 카메라뿐 아니라 자율주행, 인캐빈(in-cabin) 카메라 등으로 차량용 이미지센서 라인업을 확장해 나갈 예정”이라고 밝혔다.

한편, 글로벌 이미지센서 시장의 전망은 매우 밝다.

욜디벨롭먼트에 따르면 올해 이미지센서 시장 매출액은 약 24조 2470억원 수준으로, 역대 최대 규모가 예상되며, 향후 5년간 매년 평균 5.4%의 성장률을 기록해 2026년에는 32조 8843억원 수준에 달할 것으로 전망된다.