[한장TECH] IoT의 눈 CIS, 시장도 경쟁도 진화 中

[테크월드뉴스=박예송 기자] 이미지센서는 기계들의 세상인 IoT에서 눈의 역할을 수행한다. 이 이미지센서 시장에서는 고해상도 경쟁이 펼쳐지고 있다. 특히 모바일 시장에서 주로 사용한 CMOS 이미지센서는 다양한 영역에서도 요구가 늘면서 시장의 판도가 변할 것으로 조심스럽게 예측된다.

▶IoT의 눈, 빛을 전기신호로 바꿔주는 CIS

CIS는 CMOS 이미지센서의 줄임말로 이미지 센서의 각 픽셀 전하량을 디지털 신호로 전달하는 방식이다. CIS는 일종의 ‘통역가’와 같은 역할을 한다. ‘빛’을 ‘전기’신호로 바꿔 전기·전자부품의 영역에 영상 데이터를 저장·처리한다. 막대한 양의 이미지 정보를 처리하는 CIS는 IoT의 눈이라고 할 수 있다.

과거에는 빛을 전하로 변환시켜 이미지를 얻어내는 우수한 화질의 CCD 센서를 주로 사용했다. CIS는 디지털 신호로 변환하는 과정에서 전하의 손실이 발생해 화질이 떨어졌다. CIS 반도체 공정 기술과 센서 기술이 크게 발전하면서 화질이 개선되고 이제는 대부분 전력 효율이 좋은 CIS를 사용한다.

CMOS는 셀마다 반도체 회로가 있고 전압을 걸어 측정값을 한 번에 병렬로 읽는 방식이다. 마치 인공지능에서 기존의 직렬 연산 중심 CPU가 아니라 병렬 연산의 GPU가 더 각광받는 것과 유사하다. 병렬로 읽기 때문에 빛의 세기를 측정하는 회로 장치가 셀마다 전부 존재해 고속 처리가 가능하다. 집적도가 높고 전력 소비량이 적어 배터리 수명이 중요한 스마트기기 시장에서 활발히 적용됐다. 일반 반도체 공정인 CMOS 공정이 사용돼 반도체 공정 기술만 있으면 저비용 대량생산이 가능하다.

▶ CIS 시장, 성장의 엔진이 바뀐다

ICT인사이츠에 따르면 CIS 시장은 2009년부터 2019년까지 10년간 45억 달러에서 184억 달러로 연평균 16.9%의 성장률을 보이며 확대됐다. CIS 시장이 성장할 수 있었던 주요 시장은 모바일이었다. 전체 CIS 시장에서 모바일은 60% 이상 비중을 차지하고 있다. 다만 지난해 스마트폰 시장이 위축되면서 CIS 시장도 부진한 모습을 보이고 있다. 특히 시장조사업체 카운터포인트는 2022년 스마트폰 이미지센서 출하량이 2021년 대비 11% 감소했다고 전했다. 이런 모바일의 시장 하락에도 불구하고 IoT와 자율주행의 상용화로 CIS 시장이 성장할 것으로 보인다.

자동차에 들어가는 CIS 숫자가 늘어나면서 차량용 CIS 시장이 가장 가파르게 성장하고 있다. 욜인텔리전스에 따르면 세계 차량용 CIS 시장은 2021년 2027년 11.2%의 연평균 성장률을 보일 것으로 예상된다. 차량용 CIS는 다른 CIS 대비 단가도 높은 편이다. 스마트폰에 들어가는 CIS 단가는 평균 2달러 초반 수준인 반면 차량용 CIS 단가는 개당 5달러가 넘는다. 자동차 한 대당 사용되는 CIS 개수는 현재 평균 3~4개에서 2025년이면 6~7개로 늘어날 전망이다. 이미 테슬라 모델3이나 모델Y 등 레벨3에 해당하는 자율주행차 한 대당 사용되는 CIS 수는 평균 9개에 이른다. 특히 레벨4나 레벨5 수준의 자율주행차 보급 속도가 빨라지면 자동차 한 대에 필요한 CIS 수는 더 많아질 것으로 예상된다.

보안용 CIS는 모바일에 이어 가장 큰 CIS 시장 부문이다. 욜인텔리전스에 따르면 2021년부터 2027년까지 10.8%의 연평균 성장률을 보일 것으로 예상된다. 보안 카메라는 더 이상 공항, 기차역, 은행 등 공공시설에만 국한되지 않는다. IoT의 출현으로 스마트시티 및 스마트 홈의 필수적인 부분이 됐다. 보안 CIS는 가정용 사물 인터넷 솔루션의 채택 증가, 소매 및 모니터링 건물에서의 비디오 분석에 대한 수요, 더 많은 비접촉식 액세스 제어 솔루션의 필요성, 도시 및 중요 인프라의 공공 감시 개발 등 많은 곳에서 요구가 증가하고 있다. 비디오 분석과 AI 기능을 수행할 수 있도록 높은 해상도와 저조도 픽셀 성능을 필요로 한다. 상시로 켜져있어야 하기에 저전력 배터리 기능도 중요하다.

욜인텔리전스에 따르면 산업용 CIS는 2021년부터 2027년까지 연평균 9.1%의 성장률을 보일 것으로 예상된다. 공장자동화가 핵심 촉매제로 작용하고 있는 가운데 머신비전, 스마트팩토리 등으로 산업용 CIS의 요구가 커지고 있다.

▶ 기존 모바일에서 오토모티브 등으로 경쟁체계 재편 중

카운터포인트에 따르면 2022년 글로벌 모바일 CIS 시장에서 매출액 기준 소니가 54% 점유율로 1위를 차지하고 있다. 소니의 전체 이미지센서 사업 중 모바일이 차지하는 비중은 70% 이상이며 애플, 화웨이의 스마트폰에 이미지센서를 공급한다. 삼성전자는 모바일 CIS 시장에서 2위로(29%) 소니를 추격하고 있다. CIS 시장에서 모바일 영역이 가장 큰 만큼 전체 CIS 시장에서도 소니와 삼성전자가 나란히 1위, 2위를 차지했다. 그러나 모바일 CIS 시장의 성장은 둔화되는 반면 차량·보안·산업 부문의 큰 성장률이 기대되면서 기업 경쟁구도에도 변화가 생길 것으로 예상된다.

차량용과 산업용 CIS 시장은 소니와 삼성전자가 아닌 온세미와 옴니비전이 주도하고 있다. 온세미는 욜디벨롭먼트 집계 기준 2020년 세계 차량용 이미지센서시장 점유율 60%를 차지하고 있다. 안정성을 중시하는 자동차 특성상 부품 공급 업체를 잘 바꾸지 않는 경향이 강해 기존 강자였던 온세미 등이 앞선 상황이다.

삼성전자 역시 시장 변화에 대응하고 있다. CIS 경쟁력을 위해 CIS와 DRAM을 통합하는 패키징 기술을 도입한 바 있다. 픽셀 간 빛 간섭 현상을 제거하기 위해 DRAM 기술을 적용해 픽셀 사이를 완벽히 분리했다. 센서 칩에 구멍을 뚫어 상하단 칩을 전기적으로 연결하는 TSV 기술로 카메라 두께를 낮추는 등 모바일 CIS 시장에서 기술력으로 입지를 확보했다. 삼성전자는 모바일 CIS에서 보여준 기술력으로 다른 영역에서도 입지를 넓힐 계획이다.

업계 관계자는 “삼성전자는 0.6㎛(마이크로미터) 크기의 픽셀 2억 개를 탑재한 이미지센서로 초고화소·초미세 픽셀 기술에서 앞서 있다”며 “앞으로 오토모티브 분야에도 다양한 제품군을 확장을 하려고 한다”고 덧붙였다.