[디지털투데이 양대규 기자] 5G가 본격적으로 상용화되면서, 삼성전자와 퀄컴, 화웨이 등 주요 칩셋 제조사들은 모바일용 AP와 5G 모뎀을 통합한 SoC(시스템온칩) 솔루션을 제공하고 있다. 통합 SoC는 AP와 5G 모뎀을 개별로 공급할 때보다 전력효율성과 성능을 증가시키며, 크기를 줄일 수 있는 등의 이점이 있기 때문이다.

26일 업계에 따르면, 삼성전자와 퀄컴, 화웨이 외에도 미디어텍과 유니섹이 5G 통합 SoC를 개발하고 있다. 또한 인텔의 모뎀사업부를 인수한 애플도 5G 통합 SoC 개발을 위해 노력 중인 것으로 나타났다.

삼성전자, 8nm FinFET 공정의 5G 모뎀 탑재한 '엑시노스 980' 공개

처음은 삼성전자다. 지난 4일 삼성전자는 첨단 8nm(나노) 핀펫(FinFET) 공정 기술을 바탕으로 5G 모뎀을 탑재한 인공지능(AI) 모바일 프로세서 엑시노스 980을 공개했다. 제품은 하나의 칩으로 2G부터 5G까지 폭넓은 이동통신 규격을 지원하며, 고성능 NPU(신경망처리장치)도 내장되어 인공지능 성능이 강화됐다.

이 제품은 5G 통신환경인 6GHz 이하 주파수 대역에서 최대 2.55Gbps의 데이터 통신을 지원하며, 4G 환경에서는 최대 1.0Gbps의 속도를 지원한다. 또한 5G와 4G 이중 연결(EN-DC) 상태에서는 최대 3.55Gbps 속도로 다운로드가 가능하며, 와이파이의 최신 규격(Wi-Fi 6)도 지원한다.

고성능 NPU가 내장된 엑시노스 980은 기존 제품 대비 AI 연산 성능이 약 2.7배 향상됐다. 이 제품은 향상된 연산 성능으로 사용자의 설정에 따라 데이터를 자동 분류하는 '콘텐츠 필터링', 가상과 현실을 연결해 새로운 경험을 제공하는 '혼합현실(MR)', '지능형 카메라' 등과 같은 대용량 데이터를 빠르게 처리해야 하는 다양한 환경에 활용할 수 있다.

또한 '엑시노스 980'은 기존에 클라우드 서버와 데이터를 주고받으며 수행하던 AI 연산 작업을 모바일 기기 자체적으로도 할 수 있는 '온 디바이스 AI'를 구현해 사용자의 개인 정보를 보호할 수 있다.

제품은 고화소 이미지센서를 채용하는 스마트폰이 늘어남에 따라 최대 1억 800만 화소 이미지까지 처리할 수 있는 고성능 ISP(이미지처리장치)를 갖췄다. 최대 5개의 이미지센서를 연결할 수 있으며, 3개의 센서를 동시에 구동할 수 있어 멀티 카메라 트렌드에도 최적화된 제품이다.

삼성전자는 대용량 데이터를 빠른 시간에 처리할 수 있도록 최신 8 Core CPU(Cortex-A77, Cortex-A55)를 적용했으며, 뛰어난 그래픽 성능을 갖춘 Arm의 프리미엄급 GPU 말리 G76를 탑재했다.

삼성전자 시스템 LSI사업부 마케팅팀장 허국 전무는 "삼성전자는 지난해 '엑시노스 모뎀 5100' 출시를 통해 5세대 이동통신 시대를 여는데 견인차 역할을 했다"며, "첫 5G 통합 모바일 프로세서인 '엑시노스 980'으로 5G 대중화에 기여해 나갈 것"이라고 밝혔다.

삼성전자는 이달부터 '엑시노스 980' 샘플을 고객사에 공급하고 있으며, 연내 양산을 시작할 계획이다.

엑시노스 980(사진=삼성전자)

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퀄컴, IFA서 5G 모뎀-RF 시스템 통합된 스냅드래곤 포트폴리오 확장

이어 퀄컴은 이달 초 독일에서 열린 IFA 2019에 5G 모뎀-RF 시스템을 기반으로 2020년 출시 예정인 스냅드래곤 8 시리즈, 7 시리즈 및 6 시리즈로 스냅드래곤 5G 플랫폼 포트폴리오를 확대한다는 계획을 발표했다. 이는 mmWave 및 서브-6 GHz 주파수, TDD 및 FDD 모드, 5G 멀티-SIM, 동적 주파수 공유, SA 및 NSA 네트워크 아키텍처를 포함한 모든 핵심 영역과 주파수 대역을 지원하여 전 세계적으로 5G 네트워크 구축 로드맵을 가능하게 한다.

이 플랫폼은 상용 5G 모뎀, RF 송수신기, RF 프런트엔드, mmWave 안테나 모듈 및 소프트웨어 프레임워크를 통합하여 2월에 발표한 X55 5G 모뎀-RF 시스템에 기반을 두고 있다.

올해 4분기 상용화될 첫 번째 플랫폼은 7nm SoC에 5G를 통합하고 퀄컴 AI 엔진과 같은 프리미엄급 기능을 선별하고 퀄컴 스냅드래곤 엘리트 게임 기능을 선택하는데 도움이 될 스냅드래곤 7 시리즈 5G 모바일 플랫폼이다.

퀄컴은 오포, 리얼미, 레드미, 비보, 모토로라, HMD 글로벌과 LG전자 등 12개 주요 글로벌 OEM과 브랜드가 향후 5G 모바일 기기에서 새로운 통합 스냅드래곤 7 시리즈 5G 모바일 플랫폼을 사용할 계획이라고 말했다. 플랫폼의 자세한 내용은 올해 말에 공개될 것이다.

2020년 하반기에는 스냅드래곤 6 시리즈 5G 모바일 플랫폼을 기반으로 한 기기를 상용화할 예정이며, 대표 제품인 스냅드래곤 8 시리즈 5G 모바일 플랫폼에 대한 자세한 내용은 올 하반기에 공개될 예정이다.

퀄컴의 5G 모뎀-RF 시스템(사진=퀄컴)

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화웨이, 5G SoC '기린 990' 메이트 30에 탑재

화웨이의 5G SoC '기린 990'은 TSMC 7nm+ EUV 공정으로 제조된 제품으로, 103억 개의 트랜지스터 칩을 탑재하고 비독립형(NSA)과 독립형(SA) 무선 아키텍처를 동시에 지원했다. 이 칩은 화웨이 메이트 30에 탑재될 예정이다.

기린 990은 5G를 지원하는 버전과 최대 4G를 지원하는 표준 버전 등 두 가지 버전이 있다. 이 밖에 5G 칩은 7nm+EUV 공정에서 생산되며, 신경처리장치(NPU)는 1개가 아닌 2개의 큰 코어를 특징으로 한다. 5G와 4G 버전 모두 16코어 말리-G76 GPU를 탑재한 8코어 CPU를 기반으로 한 아키텍처다. 화웨이의 CPU는 2.86GHz에서 작동하는 2개의 빅코어 A-76 코어, 2.36GHz에서 2개의 중간 코어, 1.95GHz에서 4개의 작은 코어를 탑재했다.

CPU 아키텍처는 이전 세대의 기린 칩에 비해 전체 성능 20%와 에너지 효율 30%의 개선 효과를 제공한다. 화웨이는 NPU에서 자체 개발한 다빈치 아키텍처에 강력한 빅코어와 초저전력 소비 마이크로코어가 결합해, 기린 980 대비 AI 성능 138% 상승에 기여했다고 밝혔다.

기린 990 시리즈는 영상 신호 프로세서(ISP)와 블록 매칭 및 3D 필터링 하드웨어 레벨 노이즈 감소와 결합하여 키린 980 시리즈보다 15% 향상된 성능을 제공한다. Mali-G76 MC16 아키텍처를 사용한 GPU는 기존 칩에 비해 성능을 30% 향상시키고 에너지 효율을 46% 최적화했다.

화웨이 모바일 프로세서는 발롱 5G 모뎀을 SoC에 직접 통합해 5G, 4G, 3G, 2G 네트워크를 지원한다. 이 회사는 6GHz 대역의 기린 990 5G의 이론적 최고 다운로드 속도가 초당 2.3기가비트(Gbps)에 이르고 업로드는 1.25Gbps에 이를 수 있다고 말했다.

기린 990 시리즈(사진=화웨이)

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애플·미디어텍·유니섹 등도 5G SoC에 참전

두 달 전부터 애플도 인텔의 모뎀 사업부를 인수하며, 5G 모뎀 개발에 뛰어들었다. 하지만 인텔의 부족한 기술력으로 애플이 통합 5G SoC 개발을 위해서는 새로운 업체를 더 인수해야 된다는 지적이 나오고 있다.

지난 7월 25일(현지시간) 더버지 등 주요 외신에 따르면, 애플 인텔의 스마트폰 모뎀 사업 '대부분'을 10억 달러(약 1조 2000억 원)에 인수할 것이라고 양사는 발표했다. 약 2200명의 인텔 직원이 애플에 입사하고, 애플도 인텔로부터 IP와 장비를 인수하게 된다. 거래는 연말에 끝날 것으로 예상된다.

업계는 이번 인수로 애플이 퀄컴에 의존할 필요 없이 스마트폰용 5G 모뎀을 자체 생산해 가는 길이 열렸다고 말한다. 애플은 최근에야 퀄컴과의 오랜 분쟁을 해결했다.

하지만 애플은 인텔의 모뎀 사업부를 인수하며, 모뎀의 베이스밴드나 디지털 부품에 대한 기술과 제품을 제공받았을 뿐 RF는 제공받지 못했다. 코보, 브로드컴, 스카이웍스와 같은 RF 기업의 기술을 제공받은 애플은 이제 타사 mmWave RF와 모뎀을 통합하는 것이 중요한 과제로 떠올랐다. 이에 일부 전문가들은 애플이 RF 회사를 인수할 가능성도 있다고 보고 있다.

전문가들은 밀리미터파(mmWave) 대역의 5G가 등장하면서 모뎀은 RF(무선주파수)와 함께 개발되고 있다고 지적한다. 대규모의 MIMO, 빔포밍, 조향, RF 송신 전력 관리 등 다양한 기능들이 5G에서는 중요하게 다뤄지기 때문에 모뎀과 무선 안테나 시스템의 통합 설계가 필요하다는 것이다.

인텔의 모뎀 칩(사진=인텔)

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이밖에도 미디어텍과 유니섹 등의 기업이 5G SoC 플랫폼을 개발하고 있다.

최근 미디어텍은 내년 1분기에 두 번째 5G SoC를 발표할 계획으로, 세계 최초로 서브6 GHz 5G 표준을 지원하는 SoC 솔루션을 출시해 5G SoC 부문에서 선두로 치고 나갈 계획이다. 오포와 비보 등이 미디어텍의 SoC를 이용해 5G 모델을 만들고 있는 것으로 알려졌다. 업계 소식통에 따르면, 미디어텍은 2020년 상반기 대량생산을 시작하기 위한 고객의 로드맵을 맞추기 위해 전속력으로 움직이고 있다.

유니섹은 5G 기술을 지원하는 유니섹 타이거와 유니섹 아이비라는 두 개의 5G 칩 플랫폼을 출시했다. 이 회사는 TSMC에서 7nm 공정으로 두 칩을 생산한다.