모바일 통신칩 절대 강자 퀄컴

[테크월드뉴스=이재민 기자] 퀄컴(Qualcomm)은 미국의 통신 반도체 전문 기업으로 2020년 팹리스(반도체 설계기업) 중 매출 1위를 차지했다. 퀄컴의 주력 제품은 셀룰러 모뎀과 애플리케이션 프로세서(AP)로 둘을 합쳐 MSM(Mobile Station Modem) 칩이라고 부른다. 이외에도 RF(Radio Frequency) 부품, 비셀룰러 무선 통신 부품 등이 있다. 퀄컴은 최근 보유한 무선 통신 기술을 바탕으로 IoT, 전장, 컴퓨팅 등의 시장까지 사업 영역을 확대하고 있다.

퀄컴은 1990년대부터 5G 기초 연구를 시작해 2000년대 5G 관련 첫 연구발명 결과를 도출했다. 이어 꾸준히 5G NR 프로토타입, 모뎀, mmWave(밀리미터파) 모듈 및 스마트폰 테스트 기기 등과 관련된 연구를 활발히 진행해왔다.

퀄컴은 밀리미터파 대역을 지원하는 솔루션을 판매하고 있어 5G 스마트폰 시장에서 제품 경쟁력이 높다. 5G 대역폭은 6GHz(기가헤르츠) 이하 대역(Sub-6GHz)과 24GHz 이상의 밀리미터파 대역으로 나뉜다. 같은 5G라도 Sub-6GHz보다 밀리미터파 대역폭이 더 빠른 속도를 지원할 수 있다. 이 같은 이유로 밀리미터파 지원 여부는 5G의 실질적 상용화와 연결되기 때문에 매우 중요하다. 또한, 기기에서 나오는 데이터 트래픽 중 상당 부분을 실내 5G 서비스가 감당하게 되면 밀리미터파 네트워크에서 최대 54% 비용을 절감할 수 있다.

퀄컴 최초의 5G 모뎀칩 ‘스냅드래곤 X50’
2016년 10월 퀄컴 최초의 5G 모뎀인 스냅드래곤(snapdragon) X50 5G 모뎀이 세상에 공개됐다. 이 모뎀은 28GHz 밀리미터파 대역에서 얻을 수 있는 넓은 대역폭과 첨단의 신호 프로세싱 기술이 융합돼 최대 5Gbps 다운로드 속도를 지원한다.

스냅드래곤 X50 모뎀은 기가비트 LTE 모뎀이 탑재된 퀄컴 스냅드래곤 프로세서와 호환해 듀얼 커넥티비티(Dual-Connectivity)구현이 가능해 모바일 기기가 5G 무선망의 범위를 벗어나더라도 스냅드래곤 플랫폼은 자동적으로 기가비트 LTE로 전환해 연결이 끊기지 않는다.

1년 뒤인 2017년 10월, 퀄컴은 스냅드래곤 X50 5G 모뎀 칩셋을 사용해 28GHz 밀리미터파 대역의 5G 데이터 통신에 성공한다. 이는 퀄컴이 보유한 5G 기술과 이동통신 분야의 광범위한 역량을 증명하는 계기가 됐다.

업계 최초 모바일 플랫폼 ‘스냅드래곤 855’
퀄컴은 2018년 업계 최초로 5G를 지원하는 모바일 플랫폼인 스냅드래곤 855를 발표했다. 스냅드래곤 855는 스냅드래곤 X50 5G 모뎀 제품군과 퀄컴의 RF프론트엔드(RFFE)솔루션을 통해 Sub-6 및 밀리미터파 대역을 동시에 활용한다. 밀리미터파 대역에서는 최대 평균 20배 속도를 제공하고, 저지연성을 구현해냈다.

퀄컴의 RFFE 솔루션은 부품이나 모듈레벨, 혹은 최적화된 모뎀-투-안테나 시스템의 일부로서 각 요소에 요구되는 엄격한 사양을 충족하도록 설계됐다.

또한, 스냅드래곤 855는 4세대 멀티 코어 기반의 퀄컴 AI 엔진을 탑재해 기존 대비 AI 성능이 3배 향상됐다. 8K 해상도로 실감 나고 몰입감 높은 가상 현실(VR) 기반 영상을 제공한다.

이 모바일 플랫폼은 삼성전자 갤럭시S10 5G 모델을 비롯한 30개 이상의 5G 기기에 탑재됐다.

2세대 5G 모뎀칩 ‘스냅드래곤 X55’
2019년에 공개된 스냅드래곤 X55 5G 모뎀은 2세대 5G NR 모뎀으로 7나노(nm) 공정이 적용된 싱글칩이다. 2G에서 5G까지 모든 세대 통신이 가능하고, 4G와 5G를 자유롭게 오가는 동적 주파수 공유가 가능해 5G 서비스에 부분적으로 4G 주파수를 이용하는 국가에서도 사용할 수 있다.

스냅드래곤 X55는 5G에서 최대 7Gbps 다운로드 속도와 3Gbps까지 향상된 업로드 속도를, LTE에서는 2.5Gbps의 다운로드 속도를 지원한다.

또한, 새로운 5G밀리미터파 안테나 모듈 QTM525, 5G Sub-6, LTE를 동시에 구현하기 위해 14나노 공정의 싱글칩 RF 트랜시버, 5G 서브6 RF 프론트엔드 모듈을 지원한다. 아울러 전력효율을 높이기 위해 100 MHz 엔벨롭 트래킹 기술이 적용됐다.

2020년 투트랙 전략, ‘스냅드래곤 865·765’
2020년은 5G가 본격적으로 활성화된 해였다. 퀄컴은 광범위한 5G 도입을 지원하기 위해 투트랙 전략으로 스냅드래곤 865와 765를 동시에 발표했다.

스냅드래곤 865 플랫폼은 초당 최대 7.5Gbps에 이르는 속도를 제공한다. 5세대 퀄컴 AI 엔진과 센싱 허브(Sensing Hub)가 탑재돼 초당 15조 번의 연산이 가능하다.

또한, 크라이오 585 CPU와 아드레노 650 GPU로 성능이 25% 향상됐으며 스펙트라 480 ISP(이미지·동영상 처리)로 초당 최대 2기가픽셀에 이르는 속도의 모바일 촬영 속도를 가진다.

스냅드래곤 765·765G는 모바일 프로세서(CPU·GPU)와 X52 5G 모뎀-RF 시스템, 5세대 AI 엔진을 하나로 통합한 플랫폼이다.

스냅드래곤 765는 최대 3.7 Gbps의 다운로드 속도와 최대 1.6 Gbps의 업로드 속도를 가지며 배터리 수명이 하루 종일 지속된다. 5세대 퀄컴 AI 엔진으로 4세대 AI 엔진 대비 2배 빠르며 보다 정교하고 끊김없는 모바일 경험을 제공한다. 크라이요 475로 최대 2.3 GHz의 속도를 제공하고, 아드레노 620 GPU로 최대 20%의 개선된 성능으로 원활한 게임과 비디오 렌더링 환경을 구현한다.

스냅드래곤 765G는 우수한 5G와 AI 성능을 가지며 스냅드래곤 엘리트 게이밍 기능을 활용해 최적의 게임 환경을 제공한다. 스냅드래곤 765에 기반한 스냅드래곤 765G는 아드레노 GPU로 최대 5.5TOPS AI 성능과 스냅드래곤 765 모바일 플랫폼 대비 10% 빠른 그래픽 렌더링 속도를 나타낸다.

3세대 5G 모뎀칩 ‘스냅드래곤 X60’
퀄컴의 3세대 5G 모뎀칩인 스냅드래곤 X60은 세계 최초로 5나노(nm) 기술을 5G 베이스밴드에 채택했다. 5G 모뎀-RF 시스템에서는 세계 최초로 밀리미터파와 6GHz 이하 주파수 대역에서 TDD(시분할 송수신)와 FDD(주파수 분할 송수신)를 모두 지원한다.

스냅드래곤 X60은 5G 음성통신 서비스(VoNR)와 함께 5G SA(단독망)을 지원해 5G 네트워크 평균 속도를 개선한다. 또한, ‘퀄컴 QTM535’ 밀리미터파 안테나 모듈을 탑재해 콤팩트 디자인은 더 얇고, 세련된 스마트폰을 구현할 수 있게 한다.

스냅드래곤 X60은 초당 최대 7.5Gbps 다운로드 속도와 초당 최대 3Gbps 업로드 속도를 지원한다. 5G SA 모드에서는 6GHz 이하 대역의 캐리어 어그리게이션을 통해 단일 주파수 성능 최고 데이터 속도를 2배 향상시킨다.

차세대 5나노 AP ‘스냅드래곤 888’
2020년 12월에 열린 ‘퀄컴 테크 서밋 디지털 2020’에서 공개된 스냅드래곤 888은 5나노(nm)로 생산되며 CPU, GPU, 모뎀칩을 하나의 칩 안에 통합한 원칩 솔루션이다.

주요 사양으로는 ▲세계 주요 대역의 밀리미터파와 sub-6를 제공하는 3세대 퀄컴 스냅드래곤 X60 5G 모뎀-RF 시스템 ▲초당 26조 번의 연산이 가능한 최신 헥사곤 프로세서 기반 6세대 퀄컴 인공지능 엔진 ▲이전 세대 대비 35% 빨라진 ISP 엔진을 사용해 1200만 화소로 초당 약 120장 사진 촬영 가능 등이 있다.

현재 삼성전자 갤럭시S21과 샤오미 미11 모델에 탑재됐다.

4세대 5G 모뎀칩 ‘스냅드래곤 X65’
퀄컴이 가장 최근인 2021년 2월에 공개한 4세대 스냅드래곤 X65는 업계 최초로 10기가비트급 5G 속도를 지원하는 3GPP 릴리즈 16 기반 모뎀-RF 시스템이다.

스냅드래곤 X65에는 ▲퀄컴 545 4세대 밀리미터파 안테나 모듈 ▲AI 안테나 튜닝 기술 ▲포괄적인 주파수 병합 기술 ▲퀄컴 5G 파워세이브 2.0 ▲퀄컴 스마트 트랜스밋 2.0 등 퀄컴의 최신 모뎀 기술이 탑재됐다.

퀄컴 545 4세대 밀리미터파 안테나 모듈은 스냅드래곤 X65 모뎀-RF 시스템과 연결돼 이전 세대 대비 더 높은 무선주파수(RF) 출력을 제공한다. 신규 n259(41GHz) 대역을 포함해 모든 글로벌 사업자들이 사용하는 밀리미터파 대역을 지원한다.

AI 안테나 튜닝 기술은 이전 세대보다 핸드그립을 감지하는 정확성을 30% 향상시키고, 셀룰러와 전력 효율성을 개선한다.

포괄적인 주파수 병합 기술은 밀리미터파와 sub-6 대역을 포함한 모든 주요 5G 대역과 FDD, TDD 조합 전부 가능하게 한다.

퀄컴 5G 파워세이브 2.0은 3GPP 릴리스16의 새로운 절전 기술로 전력 효율성을 높이고, 퀄컴 스마트 트랜스밋 2.0은 업로드 데이터 속도를 높이며 밀리미터파와 6GHz 이하 대역의 커버리지를 넓힌다.

크리스티아노 아몬(Cristiano R. Amon) 퀄컴 사장 겸 신임 CEO는 “5G는 퀄컴에 가장 중요한 기회”라며 “앞으로 퀄컴은 스마트폰뿐만 아니라 모바일 광대역, 컴퓨팅, 융합현실(XR), 산업용 사물인터넷(IoT), 5G 개인 네트워크 및 고정 무선망(FWA) 등에 걸쳐 새로운 5G 경험을 구현하는 데 중요한 역할을 할 것”이라고 밝혔다.

퀄컴은 현재 스마트폰 제조사에 스냅드래곤 X65 시제품을 공급하고 있으며 2021년 내에 상업용 기기에 출시한다는 계획이다.