MEMS 마이크로폰, 주도권 지각변동 일어날까? (2)

본 글에서는 IT 업계의 대세로 떠오른 음성인식 비서 서비스 시장에 대한 전망과 ‘MEMS 마이크로폰’의 시장 현황 및 기술을 <‘음성로봇’ 시대! 떠오르는 기술 ‘MEMS 마이크로폰’ (1)>에 이어 소개한다.

◇ 기술 진입장벽 높은 시장, 주도권 지각변동 일어날까?

MEMS 마이크로폰은 기술 장벽이 높은 분야로 꼽힌다. 기술 개발에 장기간이 필요하기에 2008년만 하더라도 MEMS 마이크로폰 시장에서 미국의 놀스(Knowels)가 전체의 86%의 점유율로 시장을 석권했으며 현재까지도 업계 1위를 지키고 있다.

이 외에도 2000년대에 들어서 덴마크의 소니온(Sonion), 독일의 인피니언(Infineon), 미국의 어쿠스티카(Akustica), 중국의 AAC 등이 MEMS 마이크로폰 개발에 성공하면서 시장에 진입하기 시작했다.

시장조사기관 IHS에 따르면 현재 MEMS 마이크로폰 모듈 시장은 2015년 기준으로 놀스가 출하량 측면에서 2위 그룹과 2배 이상 차이나는 수치로 여전히 압도적이다. 2위는 중국의 고어텍(Goertek), 3위 중국의 ACC, 4위 프랑스와 이탈리아 합작 기업 ST마이크로일렉트로닉스(STMicroelectronics, 이하 ST), 5위는 국내 기업인 BSE, 6위 네오멤스(NeoMEMS), 7위 일본의 호시덴(Hosiden) 순으로 나타났다.

놀스의 CMOS/MEMS 기술 플랫폼(2002년 최초 공개)을 바탕으로 제작된 사이소닉(SiSonic) 실리콘 기반 마이크로폰 시리즈는 현재까지 5억개 이상 판매되며 제 4세대 개발 단계에 진입하고 있다.

놀스는 보다 작아진 크기 8.5㎡의 미만의 실장면적을 달성했고 GSM/TDMA 노이즈를 제거하고 광대역 RF 노이즈 발생을 줄여주는 맥스(Max)RF 신규 모델을 주력을 앞세우고 있다.

고어텍은 2011년과 2015년 사이 무려 104% 증가하며 가장 눈에 띄는 성장을 했다. 이는 2015년 기준 애플 제품의 70%를 고어텍의 MEMS 마이크로폰이 차지하고 있기 때문이다.

고어텍의 성장은 자연스레 놀스와 ACC의 매출 감소에 영향을 미쳤다. 이를 만해하기 위해 ACC는 위에 언급했듯이 베스퍼와 함께 압전형 MEMS 마이크로폰 기술에 투자하고 있다. 

BSE의 경우에는 삼성전자 갤럭시 시리즈에 다수 탑재되면서 2015년 매출액이 전년보다 증가했다. ST는 애플의 아이패드에 MEMS 마이크폰을 꾸준히 공급하고 있는 것으로 알려져 있다.

MEMS 마이크로폰용 음향센서 칩 시장에서의 점유율을 살펴본다면 2014년 기준으로 놀스(미국) 47%, 인피니언(독일) 34%, 옴론(일본) 8%, NJRC(일본) 4%, 기타 7%다.

놀스의 경우에는 MEMS 센서 칩은 자체생산, ROIC 칩은 ams(오스트리아)에 ODM 생산해 핵심 칩을 모두 자체 조달하고 있기 때문에 마이크로폰 센서 칩 시장에서도 높은 점유율을 차지하고 있는 이유다.

2위인 인피니언은 MEMS 마이크로폰 시장 규모가 확대되면서 크게 이득을 보고 있는 업체로 손꼽힌다. ECM에 기술 기반을 두고 있는 AAC, 고어텍, BSE, 호시덴 등은 인피니언으로부터 센서 및 ROIC 칩을 공급받고 있기 때문이다. ST는 ROIC 칩은 자체 생산하지만 MEMS 센서 칩은 옴론(일본)으로부터 공급받고 있다.

기업별 대표 기술을 살펴보자면 인피니언의 경우에는 듀얼 백플레이트(dual back-plate)를 사용해서 아날로그와 디지털을 모두 포괄하는 완전 차동 마이크로폰을 차별화로 내세우고 있다.

통상적으로 MEMS 마이크로폰은 전하를 띄는 멤브레인과 전압 검출 백플레이트로 이뤄지는데 인피니언의 듀얼 백플레이트 기술은 멤브레인 양쪽에 하나씩 2개의 백플레이트를 사용함으로써 신호를 완전 차동으로 측정할 수 있게 되면서 SNR(신호대 잡음비)을 70dB 이상으로까지 높이고 AOP(음향 과부하 점)를 향상시켜 마이크로폰이 뛰어난 THD(총 고조파 왜곡) 성능을 제공한다는 것이 특징이다.

ST는 작은 사이즈에도 불구하고 음향 과부하 레벨은 125dBSPL, 신호대잡음비는 64dBA로 시끄러운 환경에서 전화나 녹음을 할 때 더 나은 성능을 MEMS 마이크폰(MP23AB02B)을 통해 구현해 낸다. 

◇ 국내, MEMS 마이크로폰 기술 개발에 나선다

한편 국내 MEMS 마이크로폰 시장은 삼성전자, LG전자가 생산하는 스마트폰 물량으로 인해 압도적으로 세계 2위를 차지하고 있지만 MEMS 마이크로폰은 전량 수입품에 의존하고 있는 실정이다. 따라서 향후 중저가 스마트폰에도 MEMS 마이크로폰 탑재가 증가가 되는 추세에 발맞춰 국내 기술 기반으로 저가의 고성능 제품 출시가 필요하다.

이와 관련해 양우석 ETRI ICT소재부품연구소 책임연구원은 “한국은 미국, 일본에 비해서 MEMS 마이크로폰용 핵심 칩(센서 및 ROIC) 기술경쟁력이 뒤떨어져 있고 중국에 비해서는 MEMS 마이크로폰 모듈의 가격경쟁력에서 불리한 면이 있다”며 “한국은 향후 핵심 칩 국산화를 통한 MEMS 마이크로폰 가격경쟁력 확보에 힘써야 한다”고 강조했다.

국내 기업 중 눈에 띄는 행보로는 ECM 마이크로폰에서 세계시장의 50% 이상을 차지하고 있는 국내 기업인 BSE가 ETRI의 기술을 이전 받아서 MEMS 마이크로폰 개발을 시작했다.

또 ECM 마이크로폰용 임피던스 변환 및 신호증폭 IC 칩에서 50% 이상의 점유율을 보유한 알에프세미(RFsemi)도 자체 개발을 진행하고 있다.

비엔씨넷은 지난해 3월 스마트폰 마이크용 ASIC 개발을 완료하고 양산하면서 국산화에 성공했다. 비엔씨넷이 개발한 마이크용 ASIC은 안정된 전압을 공급해 주는 LDO(Low Drop Out), MEMS에 바이어스를 공급해주는 DC/DC 컨버터와 저잡음 앰프(amp) 등으로 구성돼 있으며 스마트폰의 TDMA 잡음에도 강한 특성을 가지고 있다. 비엔씨넷은 이번 MEMS 마이크용 ASIC의 국산화로 국내 스마트폰 경쟁력을 높일 수 있을 것으로 기대하고 있다.

국내에서 스마트폰용 MEMS 마이크 시제품 양산도 본격화될 예정이다. ETRI는 2016년까지 ETRI 6인치 팹을 이용해 MEMS 센서 칩 연구시제품을 개발해 왔으나 지난해 상반기 나노종합기술원과 협력을 체결하면서 2017년에는 나노종합기술원 8인치 팹을 이용해 양산시제품을 개발할 예정이다.

ETRI측에 따르면 이 양산시제품 기술은 올해 중소기업(B사)에 기술이전해 2018년부터 양산화를 본격 추진할 계획이다. 또 ETRI는 2014년에 아날로그형 ROIC 칩 연구시제품 기술을 중소기업(A사)에 이전했고 해당기업은 올해 안에 상용품 출시 및 사업화를 추진할 계획이라고 전했다.

더불어 ETRI는 올해까지 다지털 ROIC 칩 연구시제품을 개발해 중소기업(A사)에 기술이전하고 해당기업은 2019년을 목표로 상용품 출시 및 사업화를 추진하는 등 국내에서도 MEMS 마이크로폰 기술 개발에 적극적인 움직임이 일고 있다.

◇ 성장기 겪은 MEMS 마이크로폰, 성장 가능성 ‘무궁무진’

애플의 시리, 구글 어시스턴트, 마이크로소프트의 코타나 등을 구현하는 음성로봇은 이제 스마트폰을 넘어 다양한 디바이스, IoT에 적용되기 시작하면서 마이크는 사용자인터페이스(UI)를 구현하는 핵심 부품이 됐다.

IHS에 따르면 MEMS 마이크로폰은 2015년에서 2019년까지 연평균 11%씩 성장해 2019년 매출 13억달러, 58억개 단위 시장으로 도달할 것으로 전망됐다. 앞으로 비디오 레코딩, 잡음제거, 통화음질, 보이스 레코딩 퍼포먼스 기술이 더 향상되면서 MEMS 마이크로폰 사용량은 더욱 증가할 것이다. 

일례로 아이폰6 라인에 3개가 탑재됐던 MEMS 마이크로폰은 아이폰6S부터 4개로 증가했다.
마르완 보스타니(Marwan Boustany) IHS MEMS 및 센서 부문 연구원은 “애플의 리드에 따라 삼성전자, 샤오미, 화웨이, 오포, LG전자 등 스마트폰 제조업체들은 모바일 헤드셋에 3개 혹은 4개의 MEMS 마이크로폰을 사용할 것으로 예상된다. 또 태블릿과 스마트와치, 보청기에서도 1~2개 정도 마이크로폰을 채용하고 있다”고 설명했다.

향후 기대가 되는 분야는 자동차다. 자율주행 자동차가 대세가 되면서 ICT 융합으로 마이크로폰 도입은 잠재적으로 8개를 초과할 수 있을 것이라는 전망이다.

MEMS 마이크로폰의 시장 성장세에 발맞춰 반도체 업계는 더 고성능 기술에 개발에 힘써나가야 한다. 특히 지속적인 단가 하락에 따른 사업성 악화를 극복하기 위해 높은 신호잡음비(SNR: Signal-to-Noise Ratio) 및 디지털 성능의 고부가가치 제품 개발이 더욱 중요해졌다.

양우석 ETRI 책임연구원은 “MEMS 마이크로폰은 현재 연구개발 중인 압전형이 기존의 생산되고 있는 정전용량형 대비 성능 및 가격 경쟁력을 확보할 수 있는지가 새로운 기술 및 시장의 변화의 핵심 관전 포인트다”고 전했다.