[종합] '이미지센서'도 초격차… 삼성전자, 2억 화소로 소니 넘는다

▲삼성전자 모바일 이미지센서 '아이소셀 GN5'(왼쪽)과 '아이소셀 HP1'(오른쪽) (사진제공=삼성전자)

삼성전자가 2억 화소벽을 넘어선 모바일 이미지센서와 업계 최소 크기의 듀얼픽셀(Dual Pixel) 이미지센서 등 2종의 신제품을 공개했다.

회사는 초고화소와 픽셀 미세화 등 초격차 기술력을 통해 소니를 넘어 선두로 도약한다는 전략이다.

삼성전자는 2일 세계 최초로 '2억 화소'의 벽을 뛰어넘은 모바일 이미지센서 '아이소셀 HP1'과 업계 최소 크기의 듀얼 픽셀(Dual Pixel) 이미지센서 '아이소셀 GN5'를 발표했다.

'아이소셀 HP1'은 0.64 마이크로미터 픽셀 2억 개를 1/1.22인치 옵티컬포맷(카메라 렌즈를 통해 들어오는 이미지가 인식되는 영역의 지름) 크기에 구현한 신제품이다.

삼성전자는 2019년 메모리 반도체 설계 기술과 노하우를 바탕으로 업계 최초 1억800만 화소 이미지센서를 출시한 이후 2년 만에 다시 업계 최초로 2억 화소 제품을 출시하며 차세대 모바일 기기의 카메라 변화를 주도하고 있다.

특히 이 제품은 0.64 마이크로미터 픽셀을 이용해 기존 1억800만 화소 제품대비 화소 수를 약 85% 많이 탑재하면서도 옵티컬포맷의 크기 증가는 최소화했다.

가장 큰 특징은 촬영 환경에 따라 4개 혹은 16개의 인접 픽셀을 조합할 수 있는 삼성전자의 독자 신기술 '카멜레온셀(ChameleonCell)'이 최초로 적용된 것이다.

빛이 충분할 때는 0.64 마이크로미터의 미세 픽셀을 활용하고, 야경이나 실내처럼 어두운 경우에는 1.28 혹은 2.56 마이크로미터 픽셀처럼 수광 면적을 넓혀 밝고 선명한 사진을 찍을 수 있다.

또 고화질 동영상을 촬영할 때는 인접 픽셀 4개를 하나처럼 동작시켜 화각 손실 없이 초당 30프레임으로 8K 고해상도 영상을 촬영하는 기술도 탑재했다.

(사진제공=삼성전자)

'아이소셀 GN5'는 1/1.57인치 옵티컬포맷에 1.0 마이크로미터 픽셀 5000만 개를 구현한 업계 최소 크기의 '듀얼 픽셀' 제품이다.

일반적으로 픽셀에는 빛을 모으는 포토다이오드가 한 개 있는데, '듀얼 픽셀' 제품에는 모든 픽셀이 두 개의 포토다이오드를 탑재한다. 센서의 모든 픽셀이 초점을 맞추는 동시에 색 정보도 받아들일 수 있어서 화질 손상 없이 빠르고 정확한 자동 초점 기능을 구현할 수 있다는 장점이 있다.

삼성전자는 이 제품에 '듀얼 픽셀 프로' 기술을 활용했다. 일반적인 듀얼 픽셀 제품은 자동 초점을 맞추기 위해 피사체의 좌, 우 위상차만 활용한다. 반면 이 제품은 상, 하, 좌, 우 위상차를 모두 활용해 자동 초점 성능을 한층 높였다.

특히 삼성전자는 픽셀 사이에 절연부를 형성하는 FDTI(Front Deep Trench Isolation) 공법을 처음으로 듀얼 픽셀 구조에 최적화해 포토다이오드 사이에도 부분적으로 적용했다.

이를 통해 초미세 기술 적용에 따라 발생하는 혼색(Crosstalk)을 최소화하고 전하저장용량(Full Well Capacity)을 극대화해 1.2 마이크로미터 듀얼 픽셀 제품과 동일한 수준의 성능을 구현했다.

또 이 제품은 빛이 풍부한 곳에서는 하나의 포토다이오드를 하나의 픽셀처럼 활용하는 컬러 필터 재배치 알고리즘을 통해 1억 화소의 고화질 사진도 촬영할 수 있다.

장덕현 삼성전자 시스템LSI사업부 센서사업팀 부사장은 "삼성전자는 초소형 이미지센서에서의 고감도 촬영을 위한 기술적 난제를 극복하기 위해 독보적인 기술을 확보해 나가고 있다"며 "고화소 아이소셀 HP1과 한 차원 높은 자동초점 기능을 탑재한 아이소셀 GN5는 차세대 모바일 기기에서의 카메라 트렌드를 선도할 혁신적인 제품"이라고 말했다.

▲삼성전자 차량용 이미지센서 '아이소셀 오토 4AC' (사진제공=삼성전자)

삼성전자는 이미지센서 신제품을 앞세워 이 시장 1위 업체 소니를 본격적으로 따라잡을 계획이다.

시장조사업체 TSR에 따르면 소니는 지난해 45.1%의 점유율을 기록하며 부동의 1위를 지키고 있다. 삼성전자는 19.8%로 2위다. 다만 2019년보다 소니와의 점유율 격차를 5%포인트 이상 줄였다. 올해는 격차가 10%포인트대로 줄어들 것이란 전망이 나온다.

김기남 삼성전자 DS부문 대표이사(부회장)는 지난 3월 열린 제52기 삼성전자 정기 주주총회에서 "픽셀 기술 차별화와 공급 역량 강화로 이미지센서 사업 1등 기반을 확보할 계획"이라며 자신감을 나타낸 바 있다.

삼성전자는 모바일 이미지센서 분야에서 쌓아온 기술력을 바탕으로 차량용 제품군까지 확대하고 있다. 지난 7월에는 최신 제품 '아이소셀 오토4AC'를 출시했다. 이 제품은 어두운 터널이나 지하주차장 출구처럼 밝기가 크게 달라지는 환경에서도 잔상 없이 고화질의 영상을 인식한다.

업계는 삼성전자가 모바일에서 인정받은 이미지센서 역량을 전장사업과 결합해 공격적인 시너지 효과를 낼 것으로 보고 있다.

삼성전자는 스마트 자동차와 자율주행 시대에서 요구되는 빠른 통신·정확한 센싱·강력한 연산 기능 등이 탑재된 차별화된 이미지센서로 자동차 시장에서도 성공신화를 이어간다는 계획이다.

삼성전자 관계자는 "앞으로 서라운드 뷰 모니터, 후방 카메라, 자율주행 등으로 차량용 이미지센서 라인업을 확장해 나갈 예정"이라고 말했다.