[칩 스토리]갤럭시 S23, '2억화소 이미지센서'가 만든 화질은?

[서울=뉴시스]이현주 기자 = 미·중 갈등의 한 축은 '반도체 전쟁'이라고 할 정도로 반도체 주도권 다툼이 뜨겁습니다. 글로벌 경제 패권의 중심은 더이상 석유가 아니라 반도체라고 해도 과언이 아닙니다. 하지만 4차 산업 혁명을 이끌 반도체에 대해 쉽게 풀어 쓴 콘텐츠는 찾기 힘듭니다. 반도체 담당 기자들이 반도체 핵심 용어들을 쪼개고 이어 붙여, 독자 여러분께 '반도체'를 알기 쉽게 배달해 드리겠습니다. <편집자주>

삼성전자가 전 세계에 공개한 '갤럭시 S23' 시리즈는 무엇보다 고성능 카메라 기능으로 화제가 됐다. 달 분화구까지 선명하게 담아낸 갤럭시 S23 울트라 사진에 일론 머스크 테슬라 CEO는 "와우(Wow)"라며 감탄했다.

울트라 모델의 2억 화소 센서부터 야간촬영, 줌, 셀피 기능, 카메라 어시스턴트 앱, 밤하늘 촬영을 위한 천체 하이퍼랩스, HDR10+ 비디오 촬영 기능은 어지간한 카메라보다 낫다는 평이다.

이재용 삼성전자 회장이 지난달 다보스포럼에서 취재진을 향해 "나를 찍는 카메라가 다 캐논만 있다"고 말한 뒤여서 갤럭시 S23 카메라 성능은 더 주목받았다. 이 회장은 개발 당시부터 새로운 카메라 기능에 상당한 관심을 보이는 등 이 역작의 탄생을 이끌었다.

◆갤럭시 S23, 2억 초고화소 이미지센서 채택
스마트폰에는 여러 반도체 부품이 쓰이는데 갤럭시 S23의 흥행은 삼성전자의 반도체 전체 실적에도 영향을 미친다. 이번 S23 시리즈에도 2억 화소의 이미지센서와 고용량 메모리 반도체가 대거 채택됐다.

특히 갤럭시 S23 울트라에는 2억 화소의 광각(F1.7 OIS) 카메라 모듈이 장착됐는데 이 모듈에는 삼성전자의 이미지센서 신제품 '아이소셀(ISOCELL) HP2'를 사용했다.

'아이소셀 HP2'는 0.6㎛(마이크로미터) 크기의 픽셀 2억 개로 구성돼, 더 선명하고 깨끗한 이미지를 촬영할 수 있다. 천체 사진 모드를 활용하면 밤하늘 성운이나 은하까지 전문가용 카메라가 없어도 담아낼 수 있다. 또 사진 수평 보정 시에도 화질이 떨어지지 않는다.

이미지센서는 카메라 렌즈를 통해 들어온 빛을 디지털 신호로 바꿔주는 시스템(비메모리) 반도체다. 삼성전자는 지난 2019년 업계 최초로 1억 화소 이미지센서를 선보인 이후 지난달 초고화소 센서 기술을 집약한 이미지센서 '아이소셀 HP2'를 출시했다.

'HP2'는 삼성전자의 이전 2억 화소 제품 대비 화질이 개선됐다. 일반적으로 픽셀 크기가 작아지면 빛을 받아들일 공간도 작아져 화질이 떨어질 수 있지만 최신 기술을 대거 적용해 이런 문제를 극복했다.

업계 최초로 '듀얼 버티컬 트랜스퍼 게이트(Dual Vertical Transfer Gate)' 기술도 도입해 전하저장용량(Full Well Capacity)을 최대 33%까지 높였다. 삼성전자에 따르면 이를 통해 각 픽셀은 더 많은 빛을 활용할 수 있다. 기존보다 풍부한 색 표현도 가능하다.

밤이나 실내 등 어두운 상황에서도 보다 선명한 사진을 얻을 수 있다. 최대 16개의 픽셀을 하나로 병합해 빛 흡수율을 높이는 '테트라 스퀘어드 픽셀(Tetra2pixel)' 기술이 적용된 덕분이다.

이미지 처리 속도도 빨라졌다. 이 제품은 업계 최초로 이미지센서만으로 5000만화소에서 실물에 가까운 색감을 구현하는 HDR(High Dynamic Range) 촬영이 가능하다. '스마트 ISO 프로', '듀얼 슬로프 게인(Dual Slope Gain)' 등 신기술을 통해 모바일AP(애플리케이션프로세서)를 거치지 않는다. HDR 이미지 처리 속도도 더 빨라진다.

딥 러닝(Deep Learning) 기반의 '리모자이크 알고리즘'을 적용해 2억 화소 동영상 촬영 속도가 이전 제품 대비 2배 가량 속도를 높인다. 사진 촬영과 동일한 화각에서 초고해상도인 8K 영상 촬영이 가능하다.

◆초고화소로 시장 1위 소니 따라잡는다…라인업 지속 강화
이미지센서는 화소 수가 많을수록 정밀하고 상세한 사진을 얻을 수 있다. 삼성전자는 지난 2019년 8월 업계 최초로 0.8㎛ 1억800만 화소 제품인 '아이소셀 HMX'을 출시하며 초고화소 센서 시장 선점에 나섰다.

이어 2년 만인 지난 2021년 9월 업계 최초로 2억 화소 제품 '아이소셀 HP1'를 선보였고, 지난해 6월에는 픽셀 크기를 업계 최소인 0.56㎛로 줄인 '아이소셀 HP3'도 공개했다. 삼성전자는 사람의 눈에 가까운 2억 화소 이상 초고화소 센서 제품을 지속 출시해 초고화소 시장에서 리더십을 굳히고 있다.

고품질 영상에 대한 수요도 갈수록 늘고 있다. 시장조사기관 TSR에 따르면 올해 카메라에 탑재된 1억 화소 이상 이미지센서는 7200만개에 달한다. 오는 2026년에는 1억3200만개까지 연평균 22% 성장할 것으로 기대된다.

현재 스마트폰 이미지센서 시장은 일본 소니가 54%의 점유율을 기록, 압도적인 1위를 차지하고 있으며 삼성전자가 29%로 그 뒤를 추격하고 있다. 소니의 전체 이미지센서 사업 중 모바일이 차지하는 비중은 70% 이상이다. 소니는 지난해 애플 아이폰 신제품 판매 호조로 2위 삼성전자와 격차를 더 벌렸다.

소니는 최근 이미지센서 시장점유율 확대를 위해 공장 증설 계획을 공개하며, 모바일뿐 아니라 차량용 이미지센서 공급을 늘릴 계획이다. 이에 맞서는 삼성전자는 전 세계 유일 2억 화소 이미지센서 라인업을 확대해 경쟁력을 강화한다는 방침이다.

삼성전자는 향후 사람의 눈을 뛰어넘는 이미지센서 기술을 개발하는 것을 목표로 한다. 삼성전자는 지난해 10월 테크데이에서 인간 수준에 가까운 기능을 구현하는 첨단 반도체를 개발하고, 이를 유기적으로 융합한 '통합 솔루션'을 제공하는 팹리스(반도체 설계 전문기업)가 될 것이라고 밝히기도 했다.


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