해피레포트 - [테마기획]휴대폰 부품기술 진화

카테고리 : 레포트 > 기타 파일이름 :20070223.jpg 문서분량 : 1 page 등록인 : etnews 문서뷰어 : 뷰어없음 등록/수정일 : 07.02.22 / 07.02.22 구매평가 : 다운로드수 : 1 판매가격 : 300 원

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[테마기획]휴대폰 부품기술 진화

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휴대폰 기능은 사용자 음성 및 데이터 정보를 송수신하는 것과 휴대폰 고유의 부가기능 및 이동통신사업자의 모바일 서비스를 지원하는 것으로 구분된다. 모든 휴대폰은 상기 두 가지 기능 수행을 위해 특정한 이동통신 표준에서 정의하는 물리계층 및 통신 프로토콜을 구현하는 복잡한 하드웨어 및 소프트웨어 구조를 포함하고 있다. 본 글은 이동통신의 진화 및 이의 구현을 위한 휴대폰 부품 하드웨어 및 소프트웨어의 진화 관계에 관하여 서술한다. ◇휴대폰 부품구조 휴대폰 구조는 이동통신 표준에서 정의한 전송방식에 따라 음성 및 데이터송수신을 수행하는 모뎀 부분과 휴대폰제조사 및 이동통신사업자가 제공하는 다양한 부가기능 및 멀티미디아 기능을 수행하는 응용 부분으로 나누어진다. 모뎀 부분은 표준에서 정의한 물리계층 및 음성을 포함한 데이터 송수신을 수행하는 모뎀 칩셋 (RF 칩셋, 베이스밴드 칩, 및 펌웨어), 표준에서 정의한 프로토콜에 의거하여 호 (Call)를 수행하고 안정된 데이터 전송을 처리하는 프로토콜 소프트웨어 (레이어 2/3 소프트웨어), 모뎀 하드웨어와 프로토콜 소프트웨어를 연결하는 레이어 1 소프트웨어, 및 실시간 운영체계로 구성되어 있다. 응용 부분은 휴대폰 부가기능 및 다양한 멀티미디아 수행을 위한 멀티미디아 플랫폼, UI 플랫폼 및 이동통신 사업자 미들웨어등을 포함하게 된다. ◇모뎀 프로토콜 소프트웨어 프로토콜 소프트웨어는 이동통신 표준이 정한 복잡한 프로토콜에 따라 음성 및 데이터 호 (Call)의 연결, 유지, 종료 및 핸드오프에 필요한 모든 절차를 주변 기지국들과 제어 메시지들을 주고 받으며 수행한다. 프로토콜 소프트웨어는 새로운 채널과 기술을 제어하는 신규 파라메터들의 추가가 용이한 네트워크 레이어의 구조, 그리고 대용량 고속데이터 패킷의 실시간 처리 및 데이터 메모리의 효율적 사용을 위한 더욱 발전된 데이터링크 레이어의 구조를 요구한다. 데이터 전송속도의 증가 및 다양한 통신 프로토콜의 증가에 따라, 프로토콜 소프트웨어가 필요로 하는 메모리 (플래시 및 DRAM) 용량은 계속 증가하게 되고, 향후 40Mbps 혹은 100Mbps의 데이터 전송의 경우, 대용량 데이터의 실시간 버퍼링을 위하여 더욱 큰 DRAM 용량이 요구될 것이다. 현재 일반적인 미드앤드 휴대폰의 경우, 휴대폰 미들웨어 및 각종 응용 프로그램으로 인하여 통상적으로 128MByte 및 64MByte의 NAND 플래시 및 SDRAM 메모리가 사용되고 있다. ◇휴대폰 미들웨어의 발전 2002년 카메라폰이 대중화되면서 주요 휴대폰 제조사들은 고유의 미들웨어 플랫폼을 개발하기 시작했으며, 무선 인터넷 서비스 활성화를 위하여 이동통신 사업자들 역시 자신들의 부가 서비스를 수용하기 위한 미들웨어 플랫폼을 도입하였다. 각 휴대폰 제조사 고유의 UI 플랫폼, 퀄컴의 BREW, 국내 통신 사업자들의 WIPI 및 JAVA 기반의 플랫폼 등이 이에 해당한다.　향후 휴대폰 미들웨어는 사용자가 휴대폰 UI를 자기 개성에 맞게 동적으로 변경하도록 하는 컬퀌의 uiOne, 휴대폰 제조사와 통신사업자의 통합 플랫폼 (예를 들어 국내 SKT의 T-PAK), UI를 브라우저로 구현한 브라우저 UI 플랫폼 등이 주류를 이룰 것으로 예상되며, 나만의 UI 기능, DMB 혹은 미디아플로우 등의 강력한 멀티미디어 지원 기능, HSDPA, EV-DO Rev.B 혹은 모바일 WiMAX등의 고속 네트워크 기능 및 완벽한 멀티태스킹 기능 등 컨버전스 단말기를 위한 미들웨어 플랫폼 형태로 발전할 것이다. 　한편으로, 확장된 운영체계 기능을 포함한 스마트폰의 미들웨어로는 마이크로소프트사의 Windows Mobile, 오픈 소스인 Linux 기반의 미들웨어, 노키아 주도의 Symbian등이 향후 시장을 주도 할 것으로 예상된다. ◇모뎀 칩셋의 SoC 발전 모뎀 ASIC은 크게 RF 칩셋 (RFIC, PMU 및 PAM)과 베이스밴드 칩으로 구성된다. 하이엔드 폰의 경우 다양한 멀티미디어 지원을 위해 별도의 멀티미디아 칩을 이용 강력한 카메라, 동영상 및 사운드 기능을 제공하고 있으나, 미드-로우엔드 폰의 경우 베이스밴드 칩과 멀티미디아 칩이 한 패키지로 내장된 MCP 형태로 제공될 것이며, 향후 반도체공정 집적도 증가에 따라 베이스밴드 칩과 멀티미디아 칩의 싱글칩 SoC 구현은 시간 문제일 것이다. RF 칩셋의 경우 역시, 베이스밴드 칩과 한 패키지로 내장된 MCP 형태로 제공되기 시작하였으나, 두 제품의 CMOS 공정을 이용한 싱글칩 구현을 위하여는 1) RF 씬세사이저로 파고드는 디지털 스위칭 노이즈 제거, 2) RF CMOS공정에서 요구되는 매우 두꺼운 메탈 레이어 (1um 정도) 및 별도의 메탈-인슈레이터-메탈 (MIM) 레이어, 3) RF 회로와 수동소자 간의 매우 까다로운 매칭 문제, 그리고 4) 베이스밴드 ASIC 공정 대비 상대적으로 낮은 RF 공정의 수율 문제 등의 기술적 한계가 극복되어야 한다. 특히 RF 칩셋의 상대적으로 낮은 수율 문제로 인하여, 베이스밴드와의 싱글 칩 SOC 구현은, 단기적인 원가 측면에서는 큰 가격 상승을 야기할 것이나, 점진적인 RF 공정의 튜닝 및 안정화가 이루어질 경우 장기적으로 수율 안정화에 따른 원가절감을 이룰 수 있을 것으로 예상된다. 베이스밴드 칩은 휴대폰에서 높은 원가 비율을 차지하는 하드웨어 부품이다. 베이스밴드 칩은 물리계층 하드웨어 가속기, ARM CPU, DSP 프로세서, 각종 ARM 주변회로, GPS, 보코더 및 MIDI, MP3를 포함한 각종 DSP 펌웨어, 이미지 처리를 위한 멀티미디아 구동회로 그리고 RF 단과 연결되는 아나로그회로 등을 포함하고 있다. ARM CPU의 경우, 증가하는 데이터 전송속도 및 더욱 복잡해지는 프로토콜 소프트웨어와 미들웨어 플랫폼을 고속으로 구동키 위하여, 더욱 빠른 CPU 클럭과 더욱 큰 임베디드 캐시 및 덤프 메모리 그리고 대용량 플래시 및 DRAM 메모리를 요구하게 된다. 반도체공정의 발전은 이동통신의 진화에 따른 고속 데이터 처리, 빠른 소프트웨어 수행 및 고집적 베이스밴드 SOC 구현을 위하여 필수적인 요소이다. ◇데이터 전송속도와 반도체 집적도와의 상관관계 데이터 전송속도 증가와 이의 구현을 위한 반도체 공정과의 상관 관계에는 웨이퍼 코스트, 반도체 수익율, 휴대폰 가격 및 이동통신 사업자의 서비스 운영비 등 여러가지 복합적인 상업적 요소들이 고려 되어야 하나, 이동통신 기술이 과거 제2세대부터 현재의 제3세대까지 발전하면서, 각 표준을 구현한 베이스밴드 칩에 사용된 반도체 공정 데이터를 이용하여 이들의 상관 관계를 수식적으로 유추해 볼 수 있다. 상기 표는 각 표준의 데이터 전송속도와 각 표준의 구현을 위한 베이스밴드 칩에 사용된 반도체공정 간의 상관관계를 보여준다. 세로축은 각 표준의 최대 전송속도를, 가로축은 반도체공정 진화에 따른 회로 집적도의 증가를 보여준다. 상기 데이터에 의거, 각 표준의 최대 전송속도와 반도체공정 집적도 간에 다음과 같은 LOG 선형적 관계를 도출할 수 있다. Log10YN´1 = a Log10XN´1 + b IN´1 ® YN´1는 각 표준의 최대 하향링크 전송속도 (bps) 수치 벡타이며, XN´1은 0.35mm를 기준으로 한 상대적인 반도체공정 집적도 수치 벡타, 즉 XN´1=(0.35mm/LN´1)2, L은 mm 단위로 표시되는 공정 선폭 벡타, 그리고 I는 (N´1) Identity 벡타를 의미 한다. 상기 수식은 이동통신의 진화에 따른 최대 데이터 전송속도 (y)와 반도체 공정집적도 (x) 간에 y=10b×xa 라는 지수적 관계를 보여주고 있다 (주. 편의상 필자의 이름을 인용하여 `전의 법칙` 이라 명명). 예를 들어, 벡타 Y 값으로 GSM, GPRS, cdma2000 1X, 1xEV-DO Rev.0, HSDPA category 7, Mobile WiMAX 2´2 MIMO, 및 3GPP LTE 표준의 최대 하향링크 전송속도 (bps)를 취하고, 즉, Y7´1 = [14400, 115200, 307200, 1800000, 7200000, 40000000, 100000000]T, 벡타 L 값으로 0.35mm 부터 45nm 간의 공정 선폭을 취하여, 즉 L7´1 =[0.35, 0.25, 0.18, 0.13, 0.09, 0.065, 0.045]T, 상기 LOG 선형 수식에 최소자승법 (Least-Square) fitting을 적용하면, 선형계수 a와 offset b는 다음과 같이 주어진다. 상기 a, b 값을 LOG 선형방정식에 대입하면, 이동통신의 진화에 따른 데이터 전송속도 Y와 반도체 공정집적도 X간에 다음과 같은 수식적 관계를 얻을 수 있다. ® y = 19870 ´ (0.35/L)4.3338 y는 데이터 전송속도 (bps)를 의미하며, L은 반도체공정의 폴리 선폭 (mm)을 의미한다. 상기 등식은 이동통신 데이터 전송속도 증가는 반도체공정 집적도의 증가에 의하여 구현될 수 있음을 시사하고 있다. 예를 들어, 100Mbps 3GPP LTE의 경우 45nm 선폭의 반도체 공정을 요하게 되며, 200Mbps 이상의 3GPP2 UMB의 경우 45nm 혹은 32nm 선폭의 반도체 공정을 요구하게 될 것이다. 한편, 증가하는 데이터 전송속도 구현에 요구되는 반도체공정 집적도 증가에 의해 베이스밴드 칩 가격은 이동통신 진화에 무관하게 항상 일정한 가격으로 유지될 것이다 (예를 들어, 30달러 정도의 초기 프로모션 가격, 10∼20달러 사이의 대량생산 가격, 그리고 3∼4달러대의 페이드아웃 가격). 휴대폰 기술은 하드웨어와 소프트웨어를 두 개의 축으로 반도체 제조공정과 밀접하게 연계되어 고집적 SOC 형태로 발전될 것이며, 이동통신 사업자가 투자하여야 하는 기지국 장비를 중심으로 한 자본성 투자 (CAPEX) 및 휴대폰가격을 포함한 제반 서비스 운영비 (OPEX) 도 소비자가 누리는 모바일 서비스에 큰 영향을 미치게 될 것이다. ◆전성환

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