[일요서울 ㅣ이범희 기자] 1억 대 화소에 최대 100배 디지털 줌을 갖춘 스마트폰 시대가 본격화되고 있다. 프리미엄 제품에선 후면 카메라 개수도 5개가 늘어나고 광학 줌 기능도 극대화될 전망이다.

업계에 따르면 삼성전자가 오는 2월11일 공개하는 ‘갤럭시 S20’(가칭)에 1억800만 화소 이미지센서를 탑재할 가능성이 점점 커지고 있다. 1억800만 화소는 현존하는 이미지센서 가운데 가장 높은 해상도다.

지난해 9월 공개된 샤오미의 `미믹스 알파`가 최초로 해당 이미지센서를 탑재했다. 11월 공개된 샤오미의 미 CC9 프로(미 노트10)에도 같은 이미지센서가 장착됐다. 업계는 올해가 ‘1억 화소 카메라’ 대중화의 원년이고 머지않은 시점에 ‘2억 화소 카메라’까지 등장할 수 있다는 예측이 나오고 있다.

삼성·SK하이닉스·소니, 시장 주도권 놓고 기술 경쟁 과열
소니 `이미지센서`에 1조 원 투자…업계 2위 삼성 추격 중

스마트폰의 화소와 카메라 수 경쟁이 더욱 치열해질 전망이다. 삼성, 소니 등이 이미지 센서 경쟁을 벌이는 가운데 현재 삼성은 1억800만 화소의 `브라이트 HMX` 센서를 개발했다. `아이소셀 브라이트 HMX`는 지난해 8월 공개됐다. 화소(픽셀) 한 개 당 크기를 0.8㎛(1㎛·100만분의 1m)까지 줄인 제품으로 빛이 부족한 경우 4개의 픽셀이 하나의 큰 픽셀처럼 동작하는 `테트라셀` 기술 등 여러 혁신 기술이 적용됐다.

이미 샤오미가 지난달 삼성전자의 1억800만 화소 센서를 탑재한 `미 CC9 프로`를 공개한 바 있다. 이 제품은 후면에 5개의 카메라를 달았다. 표준, 망원, 광각, 초광각, 접사 등의 기능을 담았다. 특히 광학 5배줌 기능을 갖춰 화질을 높였다.

업계에선 삼성전자가 조만간 출시하는 `갤럭시 S20(가칭)`에 카메라 5개와 5배 광학 줌, 1억800만 화소 이미지 센서를 탑재할 것으로 보고 있다.

삼성전자는 스마트폰을 본격적으로 개발·양산하기에 앞서 제품의 특성이나 지향점을 함축한 코드명을 붙여 왔다. 미국항공우주국(NASA)의 우주망원경인 허블이란 이름을 통해 카메라 성능이 대대적으로 개선될 것임을 암시한 것이다. 이를 증명하듯 갤럭시S 20 후면 4개의 렌즈 중 기본 렌즈는 최고 1억800만 화소를 지원하는 것으로 알려졌다.

또한 갤럭시S 20플러스부터는 4800만 화소의 망원렌즈가 함께 탑재되고 가장 고가 모델인 갤럭시S 20 울트라에는 5배 광학 줌도 장착될 가능성이 커 보인다.

또 갤럭시 S20+와 갤럭시 S20 울트라는 후면 카메라에 ToF(Time of Flight: 비행시간 거리측정) 센서가 달린 카메라를 탑재할 것으로 보인다.

여기에 샤오미도 같은 날 공개할 것으로 보이는 상반기 주력 스마트폰 `미10`에도 1억800만 화소 후면 카메라가 탑재될 것으로 보인다. 공교롭게도 삼성전자의 갤럭시 신제품 공개 날짜와 겹치는데, 갤럭시S 20과 마찬가지로 카메라 성능을 강조했다는 점에서 주목된다.

더 버지 등 주요 외신에 따르면 애플리케이션 프로세서(AP)를 만드는 퀄컴도 차기 프로세서인 `스냅드래곤 865`에서 2억 화소 카메라를 지원하는 기능을 넣는다. 고화소 이미지가 더 빠른 데이터 처리 속도가 필요하기 때문이다.

6년 만에 18배 성장….앞으로도 `대변혁` 예고

업계에 따르면 삼성전자와 LG전자 등 전자업계가 내년에 일상생활에 적용되는 AI 로봇과 쿼드 카메라가 적용된 스마트폰 등을 내놓으면서 이에 적용되는 이미지센서 수요가 매우 증가할 전망이다. 이미지센서는 카메라 렌즈를 통해 들어온 빛을 전기적 디지털 신호로 변환해주는 반도체의 일종이다.

전하결합소자(CCD·Charge Coupled Device)와 상보성 금속산화막 반도체(CMOS·Complementary Metal-Oxide Semiconductor)가 있는데 이 중 스마트폰 등에 채택되는 CMOS 이미지센서(CIS) 시장이 성장할 것으로 보인다.

시장조사업체 모도 인텔리전스가 최근 발표한 보고서에 따르면 CIS 시장 규모는 141억 달러(약 16조3814억 원)다. 오는 2024년에는 2523억 달러(약 293조1221억 원)에 이를 것으로 예상한다. 6년 만에 18배 정도 늘어난 수준이다.

[이미지센서 1위 ‘소니’ 맹추격하는 삼성전자]

현재 이미지센터 분야 세계 1위는 일본의 소니다. 지난해 12월26일 시장조사업체 TSR에 따르면 소니의 2019년 이미지센서 시장점유율 예상치는 48%다. 압도적인 선두다.

2위 삼성전자(21%)와 격차가 크다. 하지만 화소 경쟁에서 삼성전자는 지난 7일(현지시각)부터 11일까지 미국 몽고메리에서 열린 국제반도체 소자학회(IEDM)를 통해 1억4400만 화소 이미지센서 기술을 공개했다. 14나노미터(nm) 핀펫(FinFET) 공정이며 연구 결과 발표 차원이다. 이를 기반으로 개발 단계에 들어간다.

삼성전자는 업계 최초로 1억 화소 벽을 넘었다. 지난해 8월 1억800만 화소 제품 ‘아이소셀 브라이트 HMX’를 출시했다. 소니는 4800만 화소에 머물러 있다. 내년 6000만 화소 이미지센서 출시를 준비 중이다. 양사의 점유율과 화소는 반비례한다.

삼성전자가 빠르게 화소 수를 높이자 경쟁사의 추격에 소니도 속도를 낸다. 소니는 내년 4월 일본 오사카 사무소를 연다. 이곳은 CMOS 이미지센서(CIS) 설계 거점으로 활용될 예정이다. 지난해 10월에는 소니가 일본 나가사키에 스마트폰용 CIS 공장을 짓는다는 소식이 전해졌다. 1000억 엔(약 1조600억 원)을 투입하는 대규모 투자다. 신공장 건설은 12년 만이다.

SK하이닉스도 지난해 9월 개발을 위해 일본에 연구개발(R&D)센터를 세우는 등 수요 증가와 함께 기업 간 기술 경쟁도 한층 치열해질 전망이다.
반도체 업계 관계자는 “스마트폰 기능 중 카메라 비중이 높아지면서, 이미지센서 가치가 높아졌다”면서 “향후 이미지센서 경쟁이 치열할 것으로 보인다”고 분석했다.