VOL KEIT PD ISSUE REPORT ➊ [ FOCUSING ISSUE ] 동반성장의 시금석, 나노융합산업 07 ➋ [ PD 기술 이슈 1 ] 친환경 난삭재 가공기술 개발동향 13 ➌ [ PD 기술 이슈 2 ] 모바일 기기용 무선충전 기술

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1 ISSN VOL FOCUSING ISSUE 동반성장의 시금석, 나노융합산업 PD 기술 이슈 ISSUE 1 친환경 난삭재 가공기술 개발동향 ISSUE 2 모바일 기기용 무선충전 기술 및 표준화 동향 ISSUE 3 모바일 CPU 기술 동향 및 산업 전망 ISSUE 4 증강현실과 스마트안경 기술 및 제품 동향 ISSUE 5 터치기반 스마트 단말 UX 기술 ISSUE 6 클라우드 컴퓨팅 보안 기술동향과 산업전망 특집 2013년 산업융합원천기술개발사업 과제기획 추진계획

2 VOL KEIT PD ISSUE REPORT ➊ [ FOCUSING ISSUE ] 동반성장의 시금석, 나노융합산업 07 ➋ [ PD 기술 이슈 1 ] 친환경 난삭재 가공기술 개발동향 13 ➌ [ PD 기술 이슈 2 ] 모바일 기기용 무선충전 기술 및 표준화 동향 39 ➍ [ PD 기술 이슈 3 ] 모바일 CPU 기술 동향 및 산업 전망 53 ➎ [ PD 기술 이슈 4 ] 증강현실과 스마트안경 기술 및 제품 동향 91 ➏ [ PD 기술 이슈 5 ] 터치기반 스마트 단말 UX 기술 109 ➐ [ PD 기술 이슈 6 ] 클라우드 컴퓨팅 보안 기술동향과 산업전망 123 ➑ [ 특집 ] 2013년 산업융합원천기술개발사업 과제기획 추진계획 147

3 VOL FOCUSING ISSUE 동반성장의 시금석, 나노융합산업 PD 기술 이슈 ISSUE 1 친환경 난삭재 가공기술 개발동향 ISSUE 2 모바일 기기용 무선충전 기술 및 표준화 동향 ISSUE 3 모바일 CPU 기술 동향 및 산업 전망 ISSUE 4 증강현실과 스마트안경 기술 및 제품 동향 ISSUE 5 터치기반 스마트 단말 UX 기술 ISSUE 6 클라우드 컴퓨팅 보안 기술동향과 산업전망 특집 2013년 산업융합원천기술개발사업 과제기획 추진계획

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5 KEIT PD ISSUE REPORT VOL 12-6 FOCUSING ISSUE 동반성장의 시금석, 나노융합산업 / KEIT 나노융합 PD실

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7 의료기기 동반성장의 강국으로 시금석, 도약하는 나노융합산업 대한민국 Focusing Focusing ISSUE ISSUE 동반 시금 성장 의 석 나노, 융합 산업 ｌ저 자ｌ 최영 진 PD /K EIT 나노 융합 PD 실

8 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 나노융합의 미래 멀리가기 위해 함께 가야 한다! 나노기술하면 혈관을 돌아다니며 질병을 치료하는 나노로봇을 상상하거나, 한때 주부들에게 인기가 높았던 은나노 세탁기 정도를 떠올리기 십상이다. 그러나 우리들이 일상적으로 사용하는 컴퓨터나 스마트폰과 같은 전자기기 속에 나노기술은 이미 깊숙이 들어와 있으며, 점점 더 산업적 영향력을 키워나가고 있다. 08 한국산업기술평가관리원

9 Focusing ISSUE 동반성장의 시금석, 나노융합산업 현재까지 나노기술은 독립적으로 활용되어 특정 완제품 (set)을 구성하는 경우는 거의 없고, 대부분 완제품을 구성 하고 있는 핵심 부품 혹은 소재의 기본 특성을 강화시키 거나 새로운 기능을 부여하는 데 활용되기 때문에 일반 소비자가 개별 제품 단계에서 나노기술의 흔적을 찾기는 쉽지 않다. 그러나 경쟁이 치열한 글로벌 시장에서 제품 경쟁력 확보를 위해서 나노기술의 적극적 도입은 기업 입장에서 더 이상 선택이 아니고 필수가 되어 가고 있다. 기술경쟁력 세계 4위권 우리나라는 지난 2001년 나노기술종합발전계획을 수립한 이래 나노기술 분야에 대한 범정부적인 투자를 진행해 왔고, 그 결과 기술경쟁력은 세계 4위권으로 평가 받고 있으며, 나노기술 관련 기업 수가 천 개에 육박하고 있는 것으로 보고되고 있다. 그러나 현재 나노기술 관련 기업의 절반 이상이 종업원 50인 미만의 소기업으로, 경쟁력 있는 기술을 보유하고 있음에도 불구하고 단독으로 완제품 제작을 통해 소비자 시장에 진입하는 것이 어려운 실정이다. 한편 완제품 제조업체인 중견 대기업 측면에서 볼 때, 완제품 제조를 위한 다양한 기술적 접근법 전반에 대해 광범위한 연구개발 투자를 하는 것은 투자 위험도가 높기 때문에 필요에 따라 핵심기술에 대한 아웃소싱이 불가피하다. 따라서 나노융합산업분야에서 성공적 시장진출을 위해서는 핵심 나노소재 및 나노가공기술을 보유한 중소기업과 완제품 제조업체인 중견 대기업 간의 협업이 필수적이다. 한국산업기술평가관리원 09

10 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 그동안 지식경제부에서는 나노분야 산업원천 기술개발사업을 통해 중소 나노전문기업과 완제품 제조업체와의 협업을 촉진하는 연구 개발 프로그램을 적극 추진해왔다. 그 결과로서 나노탄소소재 기반의 투명전극용 전도성 필름 이나, 나노패터닝 장비, 감염질환 진단용 나노 센서, 나노양자점 LED 등에서 가시적인 성과 들이 나타나고 있다. 각 연구개발 과제는 완제품을 타겟으로 대학, 연구소, 중소 나노 전문기업, 완제품 제조 대기업 등이 상호협력 하는 체계로 이루어져 있어, 안정적인 시장 진입이 이루어진다면 완제품 제조업체인 대기업 뿐 아니라 기술개발 참여주체 모두가 과실을 누릴 수 있을 것으로 기대된다. 그러나 R&D 자금 지원을 통한 중소기업과 대기업 간의 협업촉진은 전체 R&D 자금 규모의 제한으로 인해, 다수에게 확산되지 못하는 한계가 존재한다. 따라서 R&D 자금을 투여하지 않고도 협업을 촉진할 수 있는 새로운 루트가 필요하다. 이러한 새로운 루트 중의 하나는 나노기술 공급자와 수요자를 한자리에 모아서 공급자가 가지고 있는 기술을 소개하고, 수요자가 필요한 기술을 전망하는 기회를 마련하는 것이다. 지난 달 29일 코엑스에서 개최된 나노융합산업 신시장 조기창출을 위한 전략 포럼 은 이를 위한 작은 출발점이 될 것인 바, 동반성장의 성공모델로서 나노 융합산업이 자리매김할 수 있도록 향후에도 산 학 연 관계자들의 많은 관심과 참여 가 있기를 바란다. 기고일자: 서울경제신문( ) 10 한국산업기술평가관리원

11 KEIT PD ISSUE REPORT VOL 12-6 PD 기술 이슈 ISSUE 1 친환경 난삭재 가공기술 개발동향 13 - KEIT 산업용기계 PD실 ISSUE 2 모바일 기기용 무선충전 기술 및 표준화 동향 39 - KEIT 차세대 이동통신 PD실 ISSUE 3 모바일 CPU 기술 동향 및 산업 전망 53 - KEIT 시스템반도체 PD실 ISSUE 4 증강현실과 스마트안경 기술 및 제품 동향 91 - KEIT SW PD실 ISSUE 5 터치기반 스마트 단말 UX 기술 KEIT 차세대컴퓨팅 PD실 ISSUE 6 클라우드 컴퓨팅 보안 기술동향과 산업전망 KEIT 지식정보보안실 PD실

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13 친환경 난삭재 가공기술 개발동향 SUMMARY l저자l 김선창 PD / KEIT 산업용기계 PD실 박근석 책임 / KEIT 산업용기계 PD실 이석우 본부장 / 한국생산기술연구원 박경희 선임 / 한국생산기술연구원 목적 최근 항공/우주 및 자동차 등 첨단 주력산업을 중심으로 티타늄 및 복합재료와 같은 초경량 고경도의 난삭 소재의 비중이 급격히 증가함에 따라 난삭재의 고효율 친환경 가공기술 내용을 검토함 주요 동향 유럽, 일본 및 미국 등 선진국에서는 난삭재 및 신소재 가공과 관련된 정부차원의 프로그램을 운용하며 가공 기술 개발에 주력하고 있고, 최근 선진 공구 메이커들은 공구, 소재, 코팅 및 공정 등 난삭재와 관련된 최적의 툴링 솔루션을 개발하여 제공하고 있음 특히, 극저온 가공기술, 극미량 절삭유 가공기술과 레이저 보조 가공기술 등 고효율 환경 친화형 가공기술 개발에 집중 국내에서도 난삭재의 사용이 확대될 전망이나 국내 난삭재 가공기술의 부족으로 난삭재 사용에 어려움을 겪고 있음 일부 국내 대기업과 공구메이커들은 난삭재 가공기술 개발에 노력 중이나 기술력과 연구인력 부족으로 기술 개발에 한계를 느끼고 있음 시사점 및 정책제안 첨단소재의 가공 공정기술에 대한 지원 및 원천 기술 확보 필요 친환경기술 개발로 가공 생산성 확보 및 가공기술의 친환경화 대학 연구기반 확대를 위한 기초연구 프로그램의 병행 추진 공통 기반기술과 연관 산업의 연계 강화

14 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 난삭재 개요 및 가공기술의 특성 개요 난삭재의 정의 및 적용분야 - 난삭재( 難 削 材 )는 고강성 및 초경량 등 기계적 성질이 우수한 반면, 절삭이 어려운 소재로 분류되는 재료들로 내열성, 내식성 및 내마모성이 우수한 티타늄과 인코넬 등과 같은 신소재부터 알루미늄 합금과 같이 일반적으로 사용하고 있는 소재도 사용 목적에 따라 난삭재*로 분류되기도 함 * 난삭재 종류: 티타늄(Titanium), CGI(Compacted graphite iron), 인코넬(Inconel), 탄소섬유강화플라스틱 (CFRP) 등 [표 1-1] 난삭재의 정의 구분 난삭재 정의 일반적 분류 경도가 크다 인장강도가 크다 열전도율이 낮다 가공경화가 생기기 쉽다 공구재료와 친화성이 높다 광의적 분류 피가공물의 재질 그 자체가 난삭성을 야기하는 특성을 가진 재료(티탄 합금, 초내열 합금, 세라믹스, FRP 등) 피삭성이 불명확한 재료(주로 절삭 데이터가 없는 신소재 등) 최적 가공조건이 다른 두 재료의 동시 가공(금속(Titanium 또는 aluminum)과 복합재료가 결합된 재료) 형상적 구조적으로 절삭 가공이 곤란한 재료 현존하는 설비나 공작기계에서는 실현하기 어려운 고정밀도의 가공 정밀도가 요구되는 것 - 즉, 난삭재는 생산제품의 사용목적, 피삭재의 기계적 및 화학적 성질과 가공방법, 가공에 사용되는 공구 및 공작 기계 등에 의해 결정됨 - 난삭재의 적용분야로는 항공/우주, 자동차 및 바이오분야와 같이 고강성/초경량/고품질의 소재를 요구하는 분야에 주로 사용되고 있으며, 그 비중이 급속히 늘어나고 있는 추세임 - 특히, 항공 및 자동차 산업에서는 연료절감을 위한 고경도 경량소재 사용 비율이 급격히 증가 - 하지만, 이러한 첨단 소재들은 주로 절삭가공이 어려운 고강성 및 고인성 소재로 가공성이 낮은 것이 단점임 각 산업분야에 쓰이는 대표적인 난삭재의 종류로는 항공/우주 산업의 티타늄, 복합재료 및 니켈합금, 자동차 산업의 CGI(Compacted Graphite Iron), 세라믹 및 고경도강 그리고 바이오 산업의 바이오 세라믹 및 코발트 크롬 등이 있음 14 한국산업기술평가관리원

15 ISSUE 1 친환경 난삭재 가공기술 개발동향 [표 1-2] 난삭재 종류 및 특성 난삭재 종류 티타늄(Ti-6Al-4V 등) 항공/우주, 바이오 복합재료(CFRP* 등) 항공/우주, 자동차 니켈합금(Inconel 등) 항공/우주, 바이오 CGI 자동차 세라믹(SiC 등) 자동차, 바이오 고경도강 자동차, 기계 재료 특성 - 고강도 경량 소재(높은 strength/weight ratio) - 뛰어난 내식성(스테인리스강보다 뛰어나 산이나 알칼리에 거의 침식되지 않음) - 낮은 열전도도: 7.0W/mK(탄소강: 50W/mK) - 낮은 탄성계수: 116GPa - 공구 재료와 높은 친화성 - 높은 인장강도(일반강의 5-10배) - 피로 및 부식이 없음 - 고강도 경량 소재(높은 strength/weight ratio) - Fiber의 파손(fracture) 및 벗겨짐(Delamination) - 철 이상의 고내열성 - 고강도 및 고내식성 - 표면의 열경화 현상 발생(소성변형) - 높은 내구성(durability) - 높은 강성(stiffness) 및 인장강도(tensile strength) (인장강도-일반 강철: 25kg/mm 2, CGI: 45kg/mm 2 ) - 회색주철보다 2배의 피로강성(fatigue strength) - 낮은 가공성 - 높은 내열성 내마모성 - 내식성 전기절연성이 뛰어남 - 신축성이 없고 부서지기 쉬움 - 경도가 높고 인성이 풍부 - 내마모성이 우수 - 낮은 소재제거율 * CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastics [그림 1-1] 난삭재의 적용분야 한국산업기술평가관리원 15

16 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 난삭재 가공기술의 특징 난삭재 가공 시에는 공구마모가 빠르고 절삭온도 및 절삭저항이 크며, 표면조도가 크고 절삭칩이 날에 융착하는 현상이 발생함 - 따라서, 난삭재는 소재에 따라 가공 시의 급격한 소성변형, 절삭공구의 급격한 마모 및 공구와의 화학반응 등 다양한 특성을 고려해야 함 - 예를 들어, 신비의 금속이라 일컫는 티타늄 및 그 합금의 경우 내열성, 내식성 및 내마모성이 우수하고 열전도도와 전기전도도가 다른 금속에 비하여 낮기 때문에 가공 시 공구의 온도가 높아지고 공구의 마모가 빠르게 진행되어 공구파손이 쉽게 발생함 - 황동, 구리, 알루미늄 및 그 합금과 같이 일반적으로 연한금속의 경우에는 가공 시 절삭성이 좋지 않기 때문에 가공 후 표면조도가 커져 정밀가공에 어려움이 많음 [그림 1-2] 절삭가공의 문제 요인 피가공물의 강성 공작기계의 정밀도와 강성 가공 방법 절삭유제 피가공물의 강성 공작기계의 정밀도와 강성 가공 방법 절삭유제 피가공물 유지 상태의 강성 공구 장착 상태의 강성 공구의 강성 팁 브레이커 절삭날 형상 절삭조건 공구재종 피가공물 유지 상태의 강성 공구 장착 상태의 강성 난삭성을 일으키는 재료특성 공구의 강성 팁 브레이커 절삭날 형상 절삭조건 공구재종 일반재료의 경우 난삭재의 경우 [표 1-3] 일반재와 난삭재의 공구수명 비교 피삭재 공구재종 절삭속도 (m/min) 절삭조건 절삭유재 공구 수명 시간 유 무 (min) 절삭 (mm) 이송 (mm/rev) 공구 수명 까지의 칩 제거량 (cm 3 ) 공구 수명 까지의 절삭거리 (km) SCM440 UC ㅇ SNCM439 U ㅇ 일반재 S45C NX ㅇ S38C NX ㅇ FC3000 U ㅇ 한국산업기술평가관리원

17 ISSUE 1 친환경 난삭재 가공기술 개발동향 피삭재 공구재종 절삭속도 (m/min) 절삭조건 절삭유재 공구 수명 절삭 이송 시간 유 무 (mm) (mm/rev) (min) 공구 수명 까지의 칩 제거량 (cm 3 ) 공구 수명 까지의 절삭거리 (km) Stellite No.12 HTi ㅇ Waspaloy HTi ㅇ Hasteolloy B-2 UTi20T ㅇ 난삭재 Inconel 718 HTi ㅇ Inconel 713C HTi ㅇ Hastelloy C-276 HTi ㅇ Inconel 600 UP10H ㅇ 난삭성의 평가 - 공구 손상 시점에서 적용할 수 있는 가공조건의 범위 및 공구 수명과의 관계를 정성적으로 나타낸 난삭재 피라미드*를 이용하여 난삭성을 평가 * 각종 난삭재 중에서 가장 절삭 가공이 곤란하다고 생각되는 것을 정점으로 하고 비교적 절삭 가공이 쉽다고 생각되는 것을 밑변으로 놓고 그린 도식도 [그림 1-3] 난삭재 피라미드 Machinability Bad Good Ceramics(AI2O3, Si3N4, etc) Tungsten carbide Hardened material(hss, Quenching) Heat resistance super alloy(ni-, Co-, Fe-based) Ti-alloy, Ni-based alloy for anti corrosion Composite materials(frm, FRP) Machinable Ceramics, HSS(-30HRC) Stainless steel, High Mn Alloy Dies steel, Maraging steels(-30hrc) High Si Al-alloy Fe-system sintered hard metal Bainite ductile cast iron Ductile castiron General material Wide Applicable area Narrow Short Tool life Long 한국산업기술평가관리원 17

18 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 [그림 1-4] 난삭재의 낮은 가공성(Machinability) Machinability(Machined Weight per Cutting Edge) Machinability Scale 02 Unalloyed steel<180hbn, 1010 Grey Cast Iron SAE J431 Aluminum, 16%, T6 Stainless steel 316 Alloyed steel 300HBN, 4340 High Temperature alloys iron base % 200% 150% 100% steel<180hbn 213% High Temperature alloys, nickel base High Temperature alloys, titanium base % 0% 20% High Temperature alloys, titanium base Aluminum, 16% T6. 2. 친환경 난삭재 가공기술 친환경 가공기술의 개요 친환경 가공기술은 기존 절삭 가공공정에서 과다한 절삭유 사용으로 인한 가공비용 및 에너지소모 증가, 환경오염 및 낮은 효율성 등의 문제를 개선하기위해 절삭유를 최소화하거나 절삭유를 사용하지 않으면서 가공효율을 높이는 가공기술 - 특히, 난삭재 가공 시 발생하는 높은 가공온도는 공구의 마모와 소재의 표면품질을 저하시키는 주요 원인이 되기 때문에, 이 온도를 낮추기 위해 주로 절삭유(cutting fluids)를 사용하고 있음 - 그러나, 이러한 절삭유의 사용에 따른 악취, 연기 및 박테리아 등은 작업자의 건강을 위협하는 요인이 되고 있고, 절삭유의 폐기에 따른 환경오염의 원인이 되고 있음 - 따라서, 기존의 절삭유 가공방식을 탈피한 고효율 친환경 가공을 위한 가공기술개발이 필요하게 되었으며, 이와 관련된 활발한 연구가 진행 중임 [그림 1-5] 가공공정의 친환경화 (Flood Cooling) (Dry/Near dry maching) 18 한국산업기술평가관리원

19 Buy Wt. 250,000#'s Buy Wt. 3 ) in 3 ) MRR of 7(in 3 MRR of 13.3(in 3 80% 80% Utilization ISSUE 1 친환경 난삭재 가공기술 개발동향 친환경 가공기술개발로는 건식가공 또는 극소량의 절삭유를 사용하는 친환경가공기술관련 개발과 친환경 가공을 위한 공구개발로 나눌 수 있음 - 친환경 가공기술로는 액체질소(-196 C)를 사용하는 극저온 가공기술, 레이저 보조가공(Laser assisted machining) 기술, 극소량윤활(Minimum Quantity Lubrication)가공기술 등이 있음 - 공구개발은 공구의 소재개발, 마찰계수가 작거나 윤활기능이 있는 코팅개발 등이 있음 친환경 난삭재 가공기술 개발의 필요성 국내의 경우 난삭재 가공과 관련된 원천기술 부족으로 신규 시장 진입에 어려움을 겪고 있음 - 에너지 저감과 그린 운송수단의 요구로 고경도 경량소재의 사용량이 급격히 증가 - 그러나 난삭재의 가공(공구, 소재, 공정기술)을 위한 원천기술 부족으로 고경도 소재의 사용이 제한적이고 신공정 개발이 어려움 - 특히, 항공/우주 등 첨단산업용 고부가가치 부품시장 진입이 어려움 기계가공기술은 대표적 기술 집약 산업으로 관련 산업으로의 파급효과가 큼 - 기계가공기술은 공작기계와 절삭공구의 바탕위에 가공 공정기술을 통해서 그 효과가 극대화됨 - 공작기계와 절삭공구는 첨단 장비 및 소재 산업에까지 영향을 미칠 수 있음 - 기계가공 공정기술 발전은 공작기계와 절삭공구의 첨단화를 견인함 기계가공부품 기술투자 미비에 따른 주력산업 경쟁력 저하 우려 - 기계가공 분야는 연관 산업에 근간이 되는 기반 기술임 - 최근 가공공정 원천기술 개발을 위한 투자 미비로 관련분야 인력 부족 심화 [그림 1-6] 친환경 난삭재 가공기술의 비전 주력산업 및 첨단산업 자동차/ 조선 항공/우주 기계/ 에너지 신소재/난삭재 사용 요구 생산성 향상 친환경 난삭재 가공기술 개발 제조현장 친환경 化 Titanium Machining Model Ti-6AI-4V 900 Ft 3 Titanium Machining Model #2 Ti-6AI-4V 900 Ft 3 3,160 Hrs of Required Machining Boeing 787 Dreamliner Fly Wt. 80,000#'s (Hypothetical) 1,660 Hrs of Required Machining Min. of "in-cut Time" MAG Croy w/mql(prelim.) MAG Cryo Cutting Oil MAG CRYOGENIC MACHINING SPEED AND TOOL LIFE IMPROVEMENT MQL가공 극저온 가공 건식 가공 (하드터닝) 제조현장 친환경 化 "More" Speed M/min. "Faster" 친환경 가공기술 한국산업기술평가관리원 19

20 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 친환경 가공기술의 소개 극저온가공(cryogenic machining)기술 - 극저온 가공은 액체질소(Liquid nitrogen)의 낮은 비등점(-198 )을 이용하여 절삭가공 부위에 발생하는 열을 냉각시키는 친환경 가공 방법(무색, 무취, 무독성, CO2가스 배출 없음) - 극저온 가공법은 터닝, 밀링, 연삭 등 다양한 공정에 적용 가능하며, BUE(Built-Up Edge) 형성 억제, 표면조도 향상, 공구수명 및 소재제거율(Material Removal Rate(MRR)) 향상에 효과적 [그림 1-7] 극저온 가공시스템 MQL(Minimum Quantity Lubrication, 최소윤활)가공 - MQL 가공은 기존의 습식가공에 비해 극미량(1-100ml/min이하)의 윤활유를 압축공기와 혼합하여 절삭 부위에 미스트(mist) 형태로 분사하는 윤활가공 방법으로 가공비용을 낮출 수 있고, 공구 수명을 늘릴 수 있음 - MQL 가공의 오일 미스트는 공구와 소재 및 칩과의 마찰부위에 침투하여 마찰력을 줄이는 동시에 고압의 압축공기로 칩 배출을 용이하게 할 수 있음 - 또한, 무해한 식물성 절삭유를 사용하고 폐기물이 발생하지 않기 때문에 대표적인 환경친화적인 가공기술 중 하나임 [그림 1-8] MQL 가공 20 한국산업기술평가관리원

21 ISSUE 1 친환경 난삭재 가공기술 개발동향 LAM(Laser-Assisted Machining, 레이저예열가공)&PAM(Plasma-Assisted Machining, 플라즈마 보조가공) - LAM은 기계적 가공 시 레이저 빔으로 가공물의 절삭부위를 순간적으로 가열함으로써 세라믹 복합/혼합 재료와 같은 취성재료를 연화시켜 취성파괴를 억제하고 소성변형에 의한 절삭가공이 이루어지도록 하는 가공법임 - PAM은 아크방전 플라즈마를 대기 중에 젯모양으로 분출 시 생성되는 고온, 고속의 에너지로 재료의 절삭을 도와주는 가공법으로 반도체 제조, 합성재료, 용접, 고분자, 방식코팅(anti-corrosion coatings), 공작기계, 금속공학, 전기 및 전기 장치, 유해물질 제거 및 고성능 세라믹스 등의 가공에도 응용되고 있음 [그림 1-9] LAM 및 PAM 친환경 가공을 위한 공구 개발 新 공구 개발(건식가공) - 가공 시 발생하는 높은 온도로 인해 물리적, 화학적 작용으로 공구 부착(BUE 또는 adhesion)과 공구 마모가 급격히 진행되는 현상을 방지하기 위해 신소재 코팅 1), 최적 공구형상 2) 및 윤활가공용 공구 3) 개발이 진행 중임(건식가공 시) 1) 신소재 코팅: 자가윤활형 코팅, 나노복합소재 코팅 등 2) 최적 공구형상: 공구 인선, 칩브레이커, 표면 패턴 등 3) 윤활가공용 공구: MQL용 인서트, 극저온 가공용 밀링 커터 등 [그림 1-10] 난삭재 가공용 공구 Micro Picture of Nye-Tef* PTFE Composite Coating Co-Deposited PTFE Particles Electroless Nickel Matrix Base Substrate 한국산업기술평가관리원 21

22 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 난삭재 가공용 공구 [표 1-4] 난삭재 가공용 공구의 특징 공구종류 공구특징 가공대상 초경합금 주로 K10 종의 초경합금을 이용한 공구제조 티타늄 합금 등 코팅초경합금 초경합금 공구에 물리증착 법인 PVD(Physical Vapor Deposition), 화학증착 법인 CVD(Chemical Vapor Deposition), DLC(diamond likecarbon) 등의 방법으로 코팅 티타늄 합금, 스테인리스강 세라믹스 알루미나계 세라믹스를 소결로 공구 제조 내열합금 초고압 소결체 CBN * 및 다이아몬드 등의 소결로 공구 제조 알루미늄 합금, 티타늄 합금 등 * CBN: Cubic Boron Nitride, 입방정 질화 붕소 [그림 1-11] 가공조건에 따른 절삭공구 절 삭 속 도 (내 마 모 성 ) Diamond(HV ) Ceramic Ceramet CBN Coated 초경 초경 합금(HV ) 초 미립 합금 이송(인성) 3. 국내 외 난삭재 가공기술 현황 국내 외 난삭재 가공기술 현황 난삭재의 가공기술과 관련된 기술개발은 크게 공작기계, 공구 및 新 가공기술로 나누어 생각할 수 있음 - 공작기계의 경우 독일과 일본을 중심으로 고성능 난삭재 가공을 위한 공작기계 개발을 주도하고 있는 반면, 국내에서는 아직까지 연구개발 실적이 미흡 - 난삭재 가공을 위한 공구개발의 경우 미국, 스위스 및 일본을 중심으로 공구의 코팅 및 형상개발위주의 개발을 진행하고 있으며, 국내에서도 일부기업을 중심으로 연구가 진행 중 22 한국산업기술평가관리원

23 ISSUE 1 친환경 난삭재 가공기술 개발동향 - 초음파, 레이저 등을 이용한 新 가공기술은 대만과 호주, 독일을 중심으로 연구가 진행되고 있고, 국내의 경우 일부 대학과 연구소에서 연구가 진행 중 [표 1-5] 국내 외 난삭재 가공기술 현황 기술명 개발 내용 연구기관 공작기계 고성능 난삭재 가공을 위한 공작기계 개발 국외 (독) MAG (일) Makino (일) Mazak (독/일) DMG/MoriSeiki 외 다수 국내 - 공구 개발(코팅 및 형상) 국외 (미) Kennametal Inc. (미) Seco Tools (스) Sandvik Coromant Co (일) 미쯔비시 (일) 쓰미모토 외 다수 공구개발 국내 대구텍, 한국야금, YG -1, OSG 가공특성 연구 국외 (미) Michigan State Univ. (독) Franunhofer CCL (미) Newtech Ceramics 국내 UNIST, 서울대, 성균관대, KAIST, 현대자동차 외 다수 新 가공기술 초음파, 레이저 등 하이브리드 가공기술 국외 (대) 싱가포르 국립대 (대) SIM -Tech. (호) Industrial Laser Application Lab. (독) Franunhofer IPT 국내 한국생산기술연구원, 기계연구원, 국민대, 삼척대, 창원대 난삭재에 따른 국내 외 기술수준 국내 외 기술 수준 분석 - 난삭재의 가공기술과 관련해서 국내에서는 주로 대기업을 중심으로 한 범용공작기계개발에 집중하고 있음 - 반면, 선진국에서는 공작기계, 공구 및 新 가공공정 모든 분야에서 앞서가고 있는 실정임 - 또한, 난삭재 가공은 난삭재의 종류에 따라 공구나 가공기술이 달라지므로 난삭재의 특성에 맞는 가공기술개발이 필요 한국산업기술평가관리원 23

24 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 [그림 1-12] 국내 외 기술수준 분석 기술분야(선도국) 선진국 동향 국내기술수준 공작기계 - 고강력/고출력 주축 설계 제작 기술 확보 - 고강성 구조 적용으로 고능률 가공에 대응 - 대기업은 범용 공작기계에 초점 (최근 복합가공기에 집중) - 중소기업은 전용기 개발 중심으로 고강성 확보 기술 미보유 공구 - 소재 특성을 고려한 공구형상 적용 - 공구마모 저감을 위한 특수 코팅 개발 및 시범 적용 - 주요 업체는 외국 본사의 기술 도입 - 수요업체의 국산화 요구에 대응하는 수준(선도기술 개발 미비) 가공공정(신공정) - 극저온 가공으로 가공 생산성 향상 (공구마모, 가공속도) - 공구마모 메커니즘 규명 연구 수행 중 - 수요업체와의 공동 연구 진행 - 난삭재에 특화된 연구 인프라 열악 - 연구실 수준에서 MQL 및 하드 터닝 연구 수행 중 티타늄(Titanium) 가공기술 현황 - 티타늄의 절삭가공에서 제일 큰 문제점은 낮은 열전도도로 인한 높은 가공온도와 공구에 절삭칩 부착이 심해 마모가 빠르게 진행되고 공구 파손이 쉽게 일어나는 것으로 알려져 있음 - 티타늄 절삭가공은 Ti-6Al-4V에만 집중되어있고 단순히 실험에 의한 결과만 기록 되어 있음 Fracture [그림 1-13] 티타늄 가공 시 공구마모 [Drill Fracture] [Drill Wear] [Drill Crater] - 티타늄 가공을 위한 절삭공구는 대부분 비철계열 초경(Non-steel grade Carbide)과 다결정질의 다이아몬드 (Polycrystalline Diamond, PCD)가 쓰이는데, PCD는 마모측면에서 카바이드보다 확실히 좋지만 부서지기 쉽고 매우 고가여서 한정된 범위 내에서만 사용되고 있음 - 따라서, 대부분 산업현장에서는 카바이드를 사용하는데 실험결과에 의하면 코팅된 카바이드는 코팅이 쉽게 벗겨져 실제로 비용측면에서 코팅이 안 된 카바이드가 사용되고 있지만, 최근 다이아몬드 코팅기술 개발에 힘입어 다이아몬드 코팅된 카바이드 사용 비중이 늘어남 24 한국산업기술평가관리원

25 ISSUE 1 친환경 난삭재 가공기술 개발동향 - 미국 등 선진국에서는 공구의 마모메커니즘에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 특히 중요 마모메커니즘 으로는 공구입자가 가공 칩으로의 용해/확산(dissolution-diffusion)에 의한 마모 또는 마찰에 의한 마멸 (attrition) 등으로 확인되었으며 이에 따라 새로운 공구 코팅 개발이 진행되고 있음(나노복합 코팅, BAM 코팅 등) - 또한, CBN(Cubic Boron Nitride, 입방정 질화 붕소)와 TiB2(티타늄 디보라이드) 코팅이 티타늄 절삭에 있어 용해/확산에 강한 것으로 알려짐 - 국내에서는 대구텍, 한국야금 등 공구회사를 중심으로 난삭재용 신소재 코팅을 개발하여 출시 중임 복합재료 가공기술 현황 - 복합재료의 절삭가공은 보통 드릴링이나 끝단 트리밍(edge trimming)이 많이 쓰이나 터닝과 밀링도 사용되고 항공 분야에서는 주로 드릴링 공정이 사용됨 - 드릴링에는 소재의 층분리(delamination), 표면조도 악화, 마찰 마모가 많이 발생함 - 복합재료 절삭가공에서는 공구가 파이버(fiber)를 자르므로 공구의 기하적인 특성이 매우 중요하며 특히, 끝단 반경은 공구의 성능을 결정하는 매우 중요한 기하특성임(stagger drill, core drill, step drill, candle stick drill) [그림 1-14] 복합재료 가공용 드릴 공구 - 미국 Pre-corp의 Vein-drill과 같은 초고가 드릴이 있지만 주로 카바이드가 쓰임(straight carbide가 steelgrade보다 좋음) - 기존의 복합재료 가공에서 공구코팅(TiN-과 DLC)은 공구수명에 도움이 안 되는 것으로 알려졌으나, 새로 개발된 다이아몬드 코팅은 복합재료 가공에 성공적으로 사용되고 있음 - 다이아몬드 코팅 드릴은 코팅이 안 된 초경드릴과 강도가 CBN만큼 좋은 AlMgB14(or BAM) 코팅 드릴보다 훨씬 성능이 뛰어나다고 증명되었음 한국산업기술평가관리원 25

26 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 [그림 1-15] CFRP 가공 Cutting Speed Tool Tool Laminate: 45 o Friable ribbon Cutting Speed Crack Laminate: 90 o [CFRP laminate] Laminate 45 [CFRP Chip formation] Laminate 90 CGI(compacted graphite iron) - CGI는 경량화 및 내수성 향상을 도모할 수 있지만 가공 속도를 고속화 할 수 없는 단점 때문에 Gray iron에 비해 가공시간이 약 3배 정도임 - CBN, 세라믹 및 다른 공구들은 미세조직 및 황성분의 부족으로 인해서 CGI 가공이 어려움 - 따라서, 일본의 Makino와 스웨덴의 Sandvik Coromet가 CGI 가공 생산성을 높이기 위한 연구를 수행 중이고, 특히 스웨덴의 Sandvik Coromet 사의 경우, CGI 가공 시 공구의 수명을 늘리기 위한 코팅 기술에 관해서 특허를 출원함 * 예) Face milling-rough 가공 시(가공조건: Vc=200m/min, Fz=0.20mm/rev, Ap=4mm) 기존의 Sandvik GC 4020 공구보다 수명을 로 향상시킴 - 일본, 유럽의 공구, 공작기계, 자동차 부품업체를 중심으로 CGI의 가공 생산성을 높이기 위한 연구를 진행하고 있지만 기존 회주철에 비해서는 생산성이 떨어지는 편임 * Cutting speed(carbide 공구: 150m/min이상)가 높아질수록 gray iron에 비해서 생산성이 현저히 감소하는 경향성 있음 - 국내의 경우, 아직까지는 CGI 가공에 대한 연구는 미진한 편이지만 현대자동차에서 일부 CGI 가공특성에 관한 연구가 진행됨 [그림 1-16] 가공 소재/속도별 가공거리에 대한 차이 Cutting length[km] Grey Alloyed grey CGI(70-80%P) 0 PCBN BNX m/min PCBN BNX m/min Carbide KC m/min Carbide KC m/min Cutting material, cutting speed[m/min] 26 한국산업기술평가관리원

27 ISSUE 1 친환경 난삭재 가공기술 개발동향 니켈합금 가공기술 현황 - 니켈합금의 가공 시 발생하는 큰 문제점은 큰 발열, 공구파단 및 공구 홀더의 강성 부족으로 알려져 있음 - 특히, 니켈합금은 가공 시 표면의 열경화 현상이 발생하며 첫 가공면 이후로는 공구와 시편 모두에 소성변형을 일으켜 가공 품질의 문제점을 야기 - 니켈합금 중 주로 Inconel/Waspalloy/Rene/Nimonic/Hastelloy의 밀링, 드릴링 및 그라인딩에 관한 기술개발이 주로 진행되고 있고, 레이저, 방전가공(Electric Discharge Machining(EDM)) 및 전해가공 (Electro-chemical Machining(ECM)) 등의 비전통적 가공 방식과 초음파를 이용한 하이브리드 가공에 관한 연구도 함께 진행 중임 - 기존의 코팅이 안된 초경공구의 단점(빠른 공구마모, BUE, 낮은 가공속도)을 극복하기 위해 티타늄질화물(TiN), 알루미나(Al2O3), 티타늄알루미나질화물(TiAlN), 티타늄질화물/티투늄카바이드(TiN/TiC)와 같은 코팅을 주로 사용하였으나, 현재 높은 내산화성, 고온경도 및 높은 표면윤활성을 가진 신재종의 공구 코팅(PVD)이 개발되고 있음 - 국내의 경우 한국야금에서 니켈합금 및 스테인리스 강 등의 다양한 난삭재 각각에 적합한 공구 상용화 - 부산대 나노과학기술대학, 정밀정형 및 금형가공 연구소에서는 초고속 스핀들을 적용하여 니켈-크롬 합금의 밀링가공 특성 평가를 수행 고경도강 가공기술 현황 - 일본 및 유럽의 경우 고경도강 가공 기술에 대해서 전통적으로 강점을 가지고 있으며, 특히 독일은 Fraunhofer 연구소를 중심으로 미세입자 알루미나 공구(submicrometer Al2O3/Ti(C, O) cutting tool)를 개발하여 고경도강 (경도(HRc)=60) 가공에 적용하였음 * cutting force 및 공구 마모 감소, 가공 표면 조도 향상 - 미국 Makino 사의 경우는 가공 공정의 최적화를 통해서 일반적인 하드 밀링 공정 시간을 50%-67%까지 절감 시켰음 * 예) Rc=60인 harden steel 하드 밀링 가공 경우에 표면조도 7µm Ra 달성했음 [그림 1-17] Submicrometer Al2O3/Ti(C, O) 공구 수명 Cutting edge displacement [µm] hardened steel HRC = v = 220 m/min f = 0.1 mm/rev r = 1.2 mm a = 0.2 mm r = 45 comm. AI2O3/Ti(C, N) SH1 SH2 sub - µm AI2O3 AC41 AT60A sub - µm AI2O3/Ti(C, N) Cutting time[min] 한국산업기술평가관리원 27

28 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 현재 산업계에서 고경도강 가공에 가장 많이 채용되는 공정은 연삭이지만 상대적으로 높은 가공비와 환경적으로 좋지 않은 쿨링액을 많이 요구함에 따라서 상대적으로 생산성이 높고 건식 가공으로 친환경적인 하드 터닝 공정에 대한 연구가 2000년대 초부터 활발히 이루어지고 있음 - 하드 터닝의 경우에는 지금까지 많은 연구가 진행되어 왔으며 그 동안의 연구를 종합해보면 HRC45-60 고경도 소재의 건식 가공 시 최적 공정 조건 하에서 nm 표면 조도를 달성할 수 있는 것으로 문헌에 보고되고 있음 - 국내의 경우 한국 야금 및 대구텍을 중심으로 연구를 진행하고 있으며, 크게 공구 코팅 기술을 적용하여 공구의 수명을 증대시키는 연구를 진행함 - 부산대, UNIST 등 국내 대학에서는 코팅과 압축 냉각공기를 이용한 하드터닝 연구를 진행하고 있음 세라믹 가공기술 현황 - 세라믹은 경도가 높은 취성재료로 표면의 결함이나 크랙을 방지하기 위해서 주로 다이아몬드 가공과 연삭으로 소재를 가공함 - 특히, 자동차 부품 세라믹 재료인 밸브 시트링을 가공하기 위해서 주로 PCD 툴을 사용하고 초경은 낮은 생산성 때문에 사용하지 못함 - 세라믹 가공 공정의 낮은 소재제거율과 짧은 공구 수명의 단점을 보완하기 위해 초음파 보조 가공(ultrasonic assisted machining(uam)) 또는 레이저 보조 가공(Laser assisted machining(lam))에 대한 연구가 활발히 진행되고 있음 - 국내에서는 대학과 연구기관을 중심으로 하이브리드 가공(UAM, LAM) 기술이 개발 중임 국내 외 친환경 가공기술 현황 친환경 가공기술은 주로 극저온가공, 레이저보조가공, 최소윤활가공(MQL) 및 하드터닝 위주로 개발되고 있고, 친환경 가공을 위한 공구개발이 같이 이루어지고 있음 - 응용분야로는 항공, 바이오 및 자동차 등 산업 전반에 걸쳐 있음 [표 1-6] 친환경 가공기술 개발 현황 친환경 가공기술 국내 외 개발현황 극저온 가공 국외 (독) MAG, (영) Bath Univ., (미) U.of Massachusetts, (슬) U. of Ljubljana 국내 - 레이저 보조가공 국외 국내 (미) Purdue Univ., Western Michigan Univ. (호) Swinburne Univ. of Tech. 창원대, 한국해양대, 국민대, 기계연구원 28 한국산업기술평가관리원

29 ISSUE 1 친환경 난삭재 가공기술 개발동향 친환경 가공기술 국내 외 개발현황 MQL 하드터닝 친환경 공구 국외 국내 국외 국내 국외 국내 (미) MSU.&Georgia Tech.&U of Mich. (미) UNIST, (미) Kennemetal, (스) Sandvik 성균관대(대학), (주)윈앤텍코리아, (주)우남산업 (독) Fraunhofer, Achen, (미) Makino, Georgia Tech., UNIST, 포항공대, 대구텍, 한국야금 (미) Kennemetal, (스) Sandvik, (일) 쓰미모토 외 다수 대구텍, 한국야금, YG-1 [그림 1-18] 친환경 가공기술 적용분야 Aircraft parts Hip joint 항공, 바이오 Bearing Engine blocks Mold 자동차, 금형 Titanium 자동차, 조선 Brake rotors Harden steel 친환경 가공기술 CGI Ceramics Nickel alloy Valve ring 자동차, 바이오 항공, 자동차 Impeller Implant Airplane skin 극저온 가공기술 - 초저온 냉각방식은 연삭가공, 구멍가공 및 밀링가공에도 일부 적용하고 있지만, 아직은 대부분 선삭공정에 집중 하고 있음 한국산업기술평가관리원 29

30 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 선삭공정과 반대로 간헐적인 밀링작업에 초저온 냉각(cryogenic cooling)을 적용할 경우 절삭공구에 열 균열(thermal cracks)이 발생하기 때문에 실용화에 어려움을 겪고 있지만 고속도강 절삭공구로 합금강을 밀링 가공할 경우 초저온 냉각방식이 건식가공(dry cutting)방식보다 10배 이상 공구 수명이 길어지는 장점이 있음 - 극저온 가공법은 일반 습식 공정과 고압 제트 공기압 가공법(high pressure jet air machining)에 비해 매우 단순하고 CO2, water use, 폐기물 등을 생성하지 않는 친환경 가공법임 - 특히, 독일의 MAG사는 세계 최초로 극저온 가공기를 출시하며 세계 시장을 선도하고 있음 * MAG사는 현재 난삭재 가공용 공작기계를 상용화하였고 2013년부터 B787 동체(복합재료)를 가공하기 위한 6 축가공기를 출시할 예정(MQC: Minimum Quantity Cryogenic) [그림 1-19] 가공시스템의 비교(일반, HPJAM, 극저온) 30 한국산업기술평가관리원

31 ISSUE 1 친환경 난삭재 가공기술 개발동향 [그림 1-20] 복합재료 가공을 위한 극저온 가공시스템 [그림 1-21] 극저온 가공법의 특징 절삭유의 기능 변화 : 윤활 > 냉각 공구수명 증가 및 가공속도 향상 신공정기술 필요 : CGI의 경우 PCD+Cryogenic이 보다 효과적임 부가효과 : Safety, Eco-friendly(no contamination, low energy) L/min of Liquid Nitrogen(ICS) Phase I Phase II LN2 Cryo Cooling System Flood Cooling Tool Lite(min) 1 10X Improvement 5X Improvement 15 L/min Flood Coolant Tool Lite (min)at VBB = 0.3mm d= 1mm Feed = 0.38min/rev Material = 416 SS Tool Insert = SPG L/min of Liquid Nitrogen titanium Surface speed(ft/min) 5 L/min of Symthetic Coolant Surface speed(ft/min) MQL(극소량절삭유) 가공 - MQL 가공은 기존의 습식가공에 비해 극미량(1-100ml/min이하)의 윤활유를 압축공기와 혼합하여 절삭 부위에 미스트(mist) 형태로 분사하는 윤활가공 방법으로 가공비용을 낮출 수 있고, 공구 수명을 늘릴 수 있음 - MQL 가공의 오일 미스트는 공구와 소재 및 칩과의 마찰부위에 침투하여 마찰력을 줄이는 동시에 고압의 압축공기로 칩 배출을 용이하게 할 수 있음 - 또한 무해한 식물성 절삭유를 사용하고 폐기물이 발생하지 않기 때문에 환경 친화적인 가공기술임 - 최근 그라핀, 나노튜브, HBN(hexagonal born nitride) 등의 나노 입자를 절삭유와 혼합하여 사용한 나노유체 극미량 절삭유(MQL with nano-particle) 가공 방법도 개발되었음 - MQL 가공의 적용분야로는 스틸재의 금형가공, 절단가공, 오일 구멍가공 등 많은 분야에 적용되고 있다. 난삭 재료에서는 티탄합금이나 인코넬 등에 적용 한국산업기술평가관리원 31

32 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 [그림 1-22] 그라핀 나노입자 10µm 10nm 10nm [a] SEM image(diameter) [b] TEM image(thickness) LAM(Laser-Assisted Machining, 레이저예열가공) - LAM은 고출력 레이저의 발전과 활용 가능성의 증가에 따라 난삭재 가공에서 크게 주목받고 있으며 연평균 10% 이상의 고성장을 이루고 있는 가운데, LAM은 세계적으로 대부분 선삭공정에 적용되고 있으며, 마이크로 엔드밀에 일부 적용되고 있음 - 캐나다의 Bejjani는 복합재료의 선삭가공에 LAM 기술을 성공적으로 적용하였고 미국 Purdue대학의 Shin은 세라믹과 티타늄 재료를 위한 LAM 공정 연구를 진행하였음 - 국내에서는 기계연구원, 대학(한국해양대, 국민대) 및 (주)아메코와의 공동연구로 레이저 복합가공기를 출시 하였음 [그림 1-23] 레이저 복합가공기 32 한국산업기술평가관리원

33 ISSUE 1 친환경 난삭재 가공기술 개발동향 하드터닝(Hard Turning) - 미국은 Purdue 대학의 Liu를 중심으로 베어링 회사(Timken), 자동차 회사(GM), 공구회사(Kennametal) 등이 공동으로 하드터닝을 이용하여 슈퍼피니싱을 이루고자 연구를 해서 목표에 근접한 결과를 얻었음 - 독일의 경우 아헨공대 및 베를린 공대 등을 중심으로 하드터닝에 대한 연구가 활발함. 아헨공대의 Klocke 등은 유정압 베어링이용 고정밀 선반으로 0.86μm의 표면조도를 얻었고, 베를린 공대에서는 하드터닝에 있어서 표면품위, 모니터링 등의 연구가 이루어지고 있음 - 일본 자동차 산업계의 경우 Hard Turning을 이용하여 5등급(IT5)의 치수공차를 가지는 기어부품의 연속 생산을 하고 있으며, 4등급(IT4)을 요하는 ABS용과 연료분사 시스템용 부품을 하드터닝으로 가공하고자 연구가 진행되고 있음 - 국내의 경우, 영남대학교, 서울과기대 및 서울대 등을 중심으로 연구가 이루어지고 있으며, 영남대는 고경도강의 단속하드터닝에 적합한 CBN공구를 선정하고, 선정된 공구로 피삭재의 공구마모, 절삭력 및 진동특성을 분석 - 서울과기대는 하드터닝 시 절삭조건이 공작물의 잔류응력에 미치는 영향을 연구 - 서울대는 표면정도에 영향을 미치는 하드터닝 공정에서의 채터 진단에 Wavelet Transform을 이용한 분석이 효과가 있음을 확인 - 두원공과대는 PCD(Polycrystalline diamond), CBN(Cubin Boron Nitride), PCBN(Polycrystalline Cubin Boron Nitride) 등 공구 재종에 의한 공구 마멸 특성 및 절삭 저항 특성을 분석 [그림 1-24] 하드터닝 가공 新 공구 개발 - 미국의 경우, DCDMM(National Center for Defense Manufacturing and Machining), NSF의 I/UCRC (Industry/University Cooperation Research Center) 프로그램 등을 중심으로 티타늄 및 복합재료 가공을 위한 공구 코팅 개발 연구를 진행 중임 한국산업기술평가관리원 33

34 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL Sandvik 및 Kennametal 등의 공구 업체는 CoroMill390, CoroDrill 854 등을 지속적으로 출시하며 난삭재 가공을 위한 공구시스템(밀링, 터닝, 드릴링)을 공급 - 국내 난삭재 가공 관련 기술은 대구텍 및 한국야금 등 공구업체 위주로 진행되고 있으나 연구인력과 기술력의 한계로 일부 초경 공구 형상 및 코팅 개발에 머물고 있음 4. 친환경 가공기술의 시장 동향 및 전망 시장 규모 전망 세계시장규모 년 세계 절삭공구시장은 360억 불로 추정되며 최근 난삭재 및 신소재의 개발로 매년 10%의 성장률을 보이며 2020년 약 850억 불 규모가 될 전망임 - 특히, 난삭재 가공에 적용되는 초경합금 및 다이아몬드 공구는 비중이 전체시장의 약 70% 정도를 차지하는 것으로 분석됨 [그림 1-25] 절삭공구의 세계시장 규모 세계시장규모(억 불) 년도 - 또한 항공/우주 및 자동차 등 첨단 분야의 핵심 소재인 티타늄, CFRP, CGI 등의 사용량이 급격히 증가하고 있어 난삭재 시장은 더욱 성장할 전망임 34 한국산업기술평가관리원

35 ISSUE 1 친환경 난삭재 가공기술 개발동향 [그림 1-26] 난삭재 사용비중 증가 B787 16% Percent Titanium Operating Empty Weight 12% A350 B777 8% A380 B747 4% B747 B757 B737 B727 A300 B767 0% A330 / Year of Roll-out Aerospace Application - Expanding Composite Usage Composites ratio in structural aircfaft Weight 60% A320X AIRBUS BOEING Military 50% B787 A350 F-35(JSF) 40% A400M 30% AV-8B F-22 F/A-18E A380 20% A330 B777 F/A-18A A320 A A310 10% F-16 B767 A300 B B % Airbus A Passengers EIS 2008 Boeing B passengers EIS 2010 Main composite parts Main composite parts Mio. Hybrid. EV Flex-Fuel. CNG. LPG Gasoline Gasoline Diesel PFI-only total incl. DI % 1) Compound Annual % 24 Growth Rate total by region % % % North&Latin Europe Japan& Thailand China India CAGR 1) Diesel 4.9% 1.1% 2.1% 11.1% 11.4% 국내시장규모 - 국내 절삭공구 시장은 2.2조 원(2011)이며 꾸준히 시장이 확대되고 있으나 세계 절삭공구시장의 약 4.8%에 불과하며 세계시장 점유율은 3%로 세계 10위권 밖에 머무르고 있음 - 또한 국내 공구업체는 공구 원자재의 해외수입 의존도가 매우 높고 영세하여 주로 초경 엔드밀과 코팅공구에 집중하고 있어 해외 선진국과의 격차가 있음 - 또한, 원천기술 부족으로 글로벌 트렌드에 발빠르게 대응하지 못하고 있음(신소재 및 난삭재 가공기술) 한국산업기술평가관리원 35

36 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 [그림 1-27] 절삭공구의 국내시장 규모 국내시장규모(억 원) 년도 5. 기술개발 발전 방향 및 정책적 시사점 SWOT 분석 및 극복방안 SWOT 분석 [표 1-7] SWOT 분석 Strengths(강점) Weakness(약점) - 자동차산업의 우수한 경쟁력 - 공작기계 산업의 경쟁력 - 열악한 항공/우주산업 경쟁력 (고부가가치 부품 제조기술 부족) - 공구산업의 주요 기술인 소재관련 원천기술 부족 Opportunities(기회) Threats(위협) - 난삭재 부품의 폭발적 증가 - 가공연구 인프라 감소(인력) - 중국의 우월한 기계가공 인프라 (선진기술 도입의 속도차) 난삭재 가공 기술 개발의 취약 원인 및 극복 방안 - 난삭재 가공기술개발이 취약한 이유는 난삭재를 필요로 하는 항공/우주분야의 미성숙에 따른 고부가가치 부품 개발의 요구가 부족한 것이 한 원인 - 또한, 원천기술개발이 아닌 반복적인 시행착오를 통한 절삭공구/공작기계 개발에 따른 원천기술축적 및 활용이 부족하고, 가공공정 부문의 연구인력이 부족한 것도 한 원인 36 한국산업기술평가관리원

37 ISSUE 1 친환경 난삭재 가공기술 개발동향 - 이의 해결을 위해서는, 항공/우주분야와 같은 최첨단분야에 있어 산 학 연이 연계하여 산업의 수요를 창출하고, 소재, 공정과 같은 원천기술개발에 노력할 필요가 있음 정책적 시사점 정밀 가공 소성 등 기반공정기술, 메카트로닉스 등 기계분야의 공통기반 원천기술 혁신을 위한 진흥전략을 추진 - 주력산업과 신성장산업 분야에서는 소재의 경량화, 고강성화(복합재) 등을 요구하고 있는 바, 이러한 첨단소재의 가공공정기술에 대한 지원 및 원천 기술 확보 필요 - 대외의존도가 높은 핵심 소재 부품 분야를 중심으로 공정기술을 확보하지 못하면 향후 장비도 해외에 의존 하여야 하므로, 공정기술과 장비기술 간 상호 보완이 필요 친환경기술 개발로 가공 생산성 확보 및 가공기술의 친환경화 - 공구수명 및 가공품질의 향상뿐만 아니라 그린 제조 환경의 구축으로 제조 생산성을 확보하여 제조업의 글로벌 경쟁력 키워야 함 대학 연구기반 확대를 위한 기초연구 프로그램의 병행 추진 - 최근의 국가지원 과제는 제품개발에 초점을 맞추고 있어 생산의 근간이 되는 공정 원천기술에 대한 지원이 열악하여, 기업에서 요구하는 공정기술과 관련된 인력의 공급에 차질이 우려 - 직접적인 제품 판매와 직결되지 않지만 다양한 제품, 장비 및 공구 등의 개발 기초가 되는 공정기술의 지속적인 발전 및 원활한 인력 공급을 위하여 연구 및 교육기관을 대상으로 지속적인 지원 필요 - 대학을 통한 인력양성과 더불어 전문가DB 활용 상시 멘토링 시스템, 산업체 기술인력 재교육 등의 프로그램을 통해 교육 R&D 고용 의 긴밀한 양방향적 산 학 연 연계를 강화할 수 있는 방안을 모색 - 기업의 R&D 참여를 위한 산 학 연 공동연구, 기술선진국과의 공동 R&D 및 인력교류 등 Open Innovation 정착 공통 기반기술과 연관 산업의 연계 강화 - 산 학 연 연계 프로그램과 연구 인프라 구축으로 글로벌 경쟁에 공동 대응하여 경쟁력 확보 필요 - 첨단산업에 사용되는 신소재에 대한 공정기술의 지속적 개발 및 데이터 축적 등을 통하여 미래 산업 발전 대비 - 산업별 소재, 공구, 공정 및 품질 관리 기술을 특화하여 제품 개발 지원 한국산업기술평가관리원 37

38 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 [참고문헌] 1. Transistioning to sustainable production, Franci Pusavec, Peter Krajnik, Janez Kopac, 2010, Journal of Cleaner Production 2. 난삭재에 대한 친환경 절삭가공 기술, 2011년 1월호, Engineering Information 3. 초저온 냉각방식을 적용한 최신 기계가공, 나덕주, 2011년 5월, Machinery Industry 4. 친환경 난삭재 절삭가공기술, 이춘만, 2012, 기계저널 제52권 5. 난삭재와 신소재의 절삭가공기술, 2000년 2월호, Engineering Information 6. 난삭재 가공용 절삭공구, 정현갑, 2007년 4월, Machinery Industry 7. MAG사, 8. Evaluation of Principal wear mechanism of cemented carbides and ceramics used for machining titanium alloys, Dearley&Grearson, 1986, Materials Science and Technology 9. Delamination During Drilling in Composite laminates, Hocheng&Dharan, 1990, Journal of Engineering for Industry 10. Tool Wear in Drilling Composite/titanium stacks using carbide and Polycrystalline diamond Tools, Kim et al., 2011, Wear 11. The Use of PCD Tools for Machining Fiber Reinforce Materials, Klocke&Wurtz, 1998, Preceedings of ECCM Use of ultra-hard coatings in drilling CFRP, Wang et al., 2011, Proceedings of NAMRI/SME [국내 외 주요 기술개발 현황] 연구기관명 프로젝트명 개요 연구기간 아메코(주) 레이저 복합가공기 개발 Laser assisted 가공을 위한 CNC 공작기계 개발 프리시전 다이아몬드 건식가공용 정밀 다이아몬드 코팅공구 개발 다이아몬드 코팅공구 개발 (주)우송테크 3차원 형상 나노입자 다이아몬드막 고속합성 및 공구개발 나노입자 다이아몬드 코팅 공구 개발 이화다이아몬드 공업(주) 고기능 다이아몬드 공구 개발 다이아몬드 공구개발 서울대학교 TiC계 밀링용 나노공구 소재 개발 TIC 코팅 밀링 공구 개발 (주)나노테크 난삭재(인코넬) 가공용 공구재료 개발 인코넬 가공용 초경 공구 개발(분말야금) 챔프다디아(주) 요업세라믹기술원 적외선 광학계 렌즈용 난삭재 가공공구개발 난삭재 SiC 세라믹 Glass렌즈 코아의 나노가공 기술 개발 Zirconium 등 난삭재 선삭을 위한 특수공구(연삭) SiC세라믹 경면연삭 기술 개발 한국산업기술평가관리원

39 ISSUE 1 친환경 난삭재 가공기술 개발동향 모바일 기기용 무선충전 기술 및 표준화 동향 SUMMARY l저자l 이현우 PD / KEIT 차세대 이동통신 PD실 박인성 책임 / KEIT 차세대 이동통신 PD실 김근대 책임 / KEIT 차세대 이동통신 PD실 임승옥 센터장 / 전자부품 연구원 무선 충전은 사용자 편의성 대폭 향상 무선 충전 기술은 수십 cm 이내의 거리에서 휴대기기를 충전기 연결 없이 충전하는 것으로 사용자 편의성, 자원 절약 등의 장점으로 시장에 점진적 도입 중 무선 충전 기술의 개발과 표준화가 다각도로 진행 중 무선 기술은 충전 패드와 휴대기기를 밀착해서 사용하며 현재 시장에 제품이 출시되어 있는 유도형 기술과, 수십 cm 정도 떨어져서도 사용할 수 있으나 아직 기술 개발 중인 공진형 기술이 있음 유도형 기술은 WPC라는 국제적 민간단체에서 Qi 라는 규격을 제정하여 제품에 활용 중이나 공진형 기술은 아직 표준화기구 및 포럼에서 초기작업 단계 시사점 무선 충전 기술의 주도권을 잡기 위한 국제적인 산업계의 합종연횡이 활발하고 기업과 연구소의 기술개발 경쟁이 치열하며, 표준화 기구 간에도 협력과 경쟁이 진행 중이므로 어느 때 보다 협력과 조율의 전략이 필요한 시점임 국가적 역량을 모아서 기술개발, 제품개발, 표준화 및 인체영향 분석 등을 집중한다면 새로운 세계 시장을 주도, 선점할 수 있는 계기를 만들 수 있음 한국산업기술평가관리원 39

40 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 무선 충전 기술의 개요 무선 충전 기술의 정의 무선 충전은 휴대폰 등의 모바일 기기를 전원장치와의 직접 연결 없이 충전할 수 있도록 하는 기술로 크게 유도형과 공진형 으로 구분 - 유도형은 급전기(송신기, Power Transmitter)와 수전기(수신기, Power Receiver)를 밀착 사용하는 방식으로 구조가 간단하나 수 cm 이상 떨어지면 사용이 어려움 - 공진형은 급전기와 수전기가 최대 수 m까지 이격해서 가능하나 구조가 복잡함 무선 충전 기술은 용량에 따라 휴대폰 등의 모바일 기기용의 저출력, TV 등 가전 기기용의 중출력, 전기차 등에 사용되는 대출력 기술로 구분 - 본 글에서는 휴대 기기용인 저출력에 국한하여 기술하나 기본적인 기술의 개념은 중출력 및 대출력도 유사하다고 볼 수 있음 [그림 2-1] 무선 충전 활용 시나리오 2. 무선 충전 기술의 필요성 개인별로 사용하는 정보기기가 증가 하면서 충전에 따른 문제가 대두 휴대전화, PMP, 태블릿, 랩탑 컴퓨터 등 각 기기에 따라 별도로 충전기가 필요 - 휴대폰의 경우 2011년부터 micro USB type으로 국제표준이 정해짐에 따라 최근 신제품은 대부분 이를 따르고 있어 호환성 문제는 줄어 들고 있음 - 그러나 태블릿 등 다수의 기기는 회사별, 종류별로 여전히 별도의 충전기 필요 40 한국산업기술평가관리원

41 ISSUE 2 모바일 기기용 무선충전 기술 및 표준화 동향 특정 Category 별로 표준화된 무선 충전이 가능하다면 사용자 편의성, 자원의 절약, 미려한 생활환경 등 여러 가지 측면에서 장점이 있음 [그림 2-2] 무선 충전이 가져오는 편리성 사용자 선호 조사에 따르면 무선 충전에 대한 선호도는 월등히 높음 Qualcomm의 조사에 따르면, 원격 충전에 대한 선호도는 95%, 무선 충전에 대한 선호도는 85%, 동시에 여러 기기를 충전하는 방식에 대한 선호도는 81% 에 달함 WPC(Wireless Power Consortium)의 조사에 따르면, 소비자가 원하는 기술의 상위 20% 안에 무선충전 기술이 포함됨 개인용 정보기기 외에도 주방용품, 청소용품, 장난감 등의 가정용 기기 및 내시경, 심박기 등의 의료용 기기에도 무선 전력 기능에 대한 수요가 커지고 있음 [그림 2-3] 휴대기기 충전기술의 진화 과 거 현 재 미 래 유선 충전기 무접점 충전기 자기공진유도 충전기 유선케이블 기반 무접점 자기유도 기반 - 사용자 편의성 제약 - 1:1 충전 접촉 거리 충전 - 사용자 이동성 제약 - 핸드폰, 전동칫솔, 전자캔들 등 근접 거리 원격 충전 한국산업기술평가관리원 41

42 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 무선 충전 시장 동향 무선 전력 전송기기의 세계 시장은 매년 80% 이상 성장할 것으로 예상 2012년 약 3조 원으로 예상되며, 2016년에는 24조 원 규모로까지 성장 예상 - 현재의 유도형 충전기는 충전기 한 대가 하나의 휴대기기만 충전 할 수 있는 구조이지만 향후 보급될 공진형 충전기에서는 동시에 복수의 휴대 기기를 충전할 수 있게 될 전망이어서 수신기가 송신기보다 3배 이상 많이 팔릴 것으로 예상됨 (단위: 십억 원) [그림 2-4] 무선 전력 전송 기기 세계시장 예측 무선전력전송 세계시장 % 응용기기로는 휴대전화가 대부분이나 태블릿 랩탑 등의 비중도 증가할 것으로 예상되며, 전기차는 수량은 적으나 금액으로는 상대적으로 클 것으로 예상 [그림 2-5] 무선 전력 전송 기기의 응용별 비중 Unit Shipments - Wireless Power Receivers Share of Total Revenues by Application to 2020(m) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Other Applications Hearing Aids Power Tools Electric Vehides Small Home Appliances Home Peripherals PC Peripherals Tablets Notebooks/Netbooks Personal Nedia Players Digital Cameras Wireless Headsets Mobile Phones Source : IMS Research 42 한국산업기술평가관리원

43 ISSUE 2 모바일 기기용 무선충전 기술 및 표준화 동향 - 기술적으로는 현재 유도형이 대세이나 이르면 2014년 전후로 해서 공진형이 유도형을 추월할 것으로 예상 - 시장 조사 기관에 따라서는 2017년 이후에 가서야 공진형이 유도형을 추월할 것으로 예상하는 경우도 있는데, 현재 시장에 보급이 시작된 Qi 규격의 유도형 기기의 단가 인하 여부, 그리고 공진형 기기에서 사용 거리의 확대 여부가 시장전이 시점을 좌우할 변수가 될 것으로 예상 * 현재 공진형 기술로 사용할 수 있는 거리는 적정효울을 전제로 할 때 수십 cm 수준임 [그림 2-6] 무선 전력 전송 기기의 기술방식별 추이 (단위 : 백 만 달러) 자기유도제품 자기공진유도제품 전자기파제품 * 출처: "Wireless Charging Eliminates Tangle Cords", isuooli Corp, June 2010, "Cut the Cord: Wireless Charging Systems Analysis and Forecast", In-Stat 무선 충전 기술 동향 자기 유도 방식과 자기 공진 방식의 전력 전달 기술 자기 유도 방식의 무선 전력 전송 기술 - 100여 년 전부터 알려진 전자유도 현상을 적용한 것으로 자속(magnetic flux)의 발생과 집속을 이용하여 에너지를 전달하는 방식 - 전기 칫솔 등 습기가 많은 환경에서 사용하는 기기에서 감전을 방진하기 위해서 오래전부터 사용됨 - 다만 사용 거리가 수 cm 이내로 제한되어 거의 밀착해서 사용하지 않으면 효율을 내기 힘듬 자기 공진 방식의 무선 전력 전송 기술 - 자기 공진 방식 기반의 무선 전력 전송 기술은 2007년 MIT Marin Soljacic 교수팀에서 처음 선보인 기술로 근거리 자기장 내에서 송수신 코일 간의 주파수가 공진할 때 감쇄파 결합에 의하여 에너지가 전달되는 현상을 이용한 기술 한국산업기술평가관리원 43

44 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 자기 유도 무선 전력 전송 기술과 비교하여 원거리에 전력 전송이 가능하며, 공진 송수신 코일의 크기 및 특성에 따라서 수십 cm에서 수 m 의 전력 전송이 가능 - 또한, 송수신 코일의 방향성의 자유도가 매우 높아서 근거리 장 이내에서는 충전기기의 위치에 관계없이 전력 수신이 가능 - 같은 주파수를 갖는 물질에만 전력을 전송하므로 충전 시스템 및 충전기기 사이에 위치한 다른 기기들에 의한 영향이 없음 [그림 2-7] 무선 전력 전송 개념도 * 출처: WiTricity - 공진 주파수가 일치하는 전자기기에 동시에 전력 전송이 가능한 특징이 있어 자기 유도 방식과는 달리 한 개의 송신 코일을 사용하여 다수의 충전기기에 전력 전송이 가능함 [그림 2-8] 복수기기에 대한 무선 전력 전송 개념도 Primary coil Secondary coils * 출처: WiPower - 현재 국내 외 Qualcomm, Intel, Witricity, 전자부품연구원 등 많은 연구기관 및 업체에서 연구 개발을 진행하고 있으며, 송수신 코일의 크기, 공진주파수 연구, 자기장에 의한 인체 안전성 및 EMI/EMC(ElectroMagnetic Interference/ElectroMagnetic Compatibility) 등의 연구 과제가 남아 있음 44 한국산업기술평가관리원

45 ISSUE 2 모바일 기기용 무선충전 기술 및 표준화 동향 국외 기술 개발 동향 MIT Marin Soljacic 교수팀은 30cm의 반지름을 갖는 송수신 공진 코일을 사용하여 1m, 2m 거리에서 약 70%, 40%의 전력 전송 효율을 갖는 시스템을 개발하여 60W 전력 전송 시연을 보임 [그림 2-9] MIT 에서 제안한 자기 공진 무선 전력 전송 시스템 Light-bulb * 출처: Science Vol 317, July MHz 공진주파수를 사용하며 IEEE Standard for safety levels with respect to human exposure to radio frequency electromangetic fields 의 안전성 기준을 따름 미국 WiTricity는 MIT 대학에서 기술이전 및 spinoff를 통하여 설립된 회사로 TV, 노트북 등에 사용되는 중전력 전송 및 전기자동차를 위한 대전력 전송 기술을 연구 중 - CES2010에서 Haier 사와 합작으로 약 30cm 거리에서 Full HD TV 무선 전원 공급 시연을 보임 - 전기자동차용 무선 전력 전송 기술 개발을 위하여 3.3kW 대용량 전송 기술을 연구 중에 있으며 90% 효율을 목표로 하고 있음 [그림 2-10] WiTricity 무선 TV 시연 * 출처: CES2010 Intel은 IDF2008에서 무선 공진 에너지 링크(WREL, wireless resonant energy link) 시스템을 발표하였으며, 약 70cm 거리에 80% 효율을 가지고 60W급 전력 전송을 시연하였음 년 3feet 거리에서 12W 전력 전송을 사용하여 전원을 공급하는 넷북을 선보였으며 코일을 netbook 덮개에 설치하여 상용화 가능성을 보였음 한국산업기술평가관리원 45

46 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 [그림 2-11] Intel WREL 기술을 통한 60W 전구 및 넷북 시연 * 출처: Intel seattle Lab Sony사는 자기공진유도 방식을 이용하여 60W급 전력을 50cm 거리에 전송하여 22인치 LCD TV를 구동하는 기술을 시연하였으며 최대 80%의 효율을 보였음 [그림 2-12] SONY의 LCD TV 시연 * 출처: Sony - 송수신 코일 사이에 공진주파수가 일치하는 리피터 코일을 설치하여 최대 80cm에서 같은 전송 효율을 얻는 기술을 선보였음 46 한국산업기술평가관리원

47 ISSUE 2 모바일 기기용 무선충전 기술 및 표준화 동향 [그림 2-13] 리피터를 통한 거리 연장 리피터 디바이스 없음 리피터 디바이스 있음 급전 효율 80% 급전 효율 80% 50cm 80cm 송전 디바이스 수전 디바이스 송전 디바이스 리피터 디바이스 수전 디바이스 * 출처: sony.net Qualcomm은 CES2009에서 자기공진 무선전력 전송 시스템인 ezone을 선보였으며 충전 매트위에 2개의 기기들을 최대 20cm 거리에서 충전하였음 -다수 충전 기기들의 관리를 위하여 Bluetooth, NFC, Wi-Fi 등의 별도의 통신 프로토콜을 접목하였음 [그림 2-14] Qualcomm의 ezone 서비스 * 출처: Qualcomm 2010년 일본 Fujitsu는 자기 공진 유도 무선 전력 전송 방식 기반의 다수 기기 충전 시스템을 개발하였음. 프로토 타입으로 매트 타입 위에 2개의 휴대폰이 동시에 충전 가능한 데모 시스템 및 3개의 기기에 에너지를 동시에 전송하는 시스템 개발하였음 한국산업기술평가관리원 47

48 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 [그림 2-15] Fujitsu의 무선 전력 전송 시연 * 출처: Fujitsu 국내 기술 개발 동향 전자부품연구원(KETI)에서는 자기에너지를 이용한 무선 통신을 하는 자기장 통신 기술을 개발 중에 있으며, 이 기술은 자기장을 이용한 에너지를 전송하는 기술에 활용되고 있음 - 전자부품연구원에서는 국내 최초로 박막형의 소형화된 장치로 50cm 떨어진 전자기기에 0.6W의 전력을 전송하는 시스템 개발에 성공하여, 원격 에너지 전송을 이용한 능동적 다중 디바이스 충전 기술 개발의 가능성을 보임 [그림 2-16] 전자부품연구원 박막형 무선전력전송 시스템 * 출처 : 전자부품연구원 - 전자부품연구원에서는 자기공진유도 방식을 이용하여 복수 개의 휴대단말기기에 충전하는 시스템을 개발 중에 있으며, 공진주파수로 100KHz부터 10MHz 대역까지 다양한 시스템 개발을 연구 중임 48 한국산업기술평가관리원

49 ISSUE 2 모바일 기기용 무선충전 기술 및 표준화 동향 한국전자통신연구원, 한국전기연구원, LG전자, 삼성전자, LG이노텍, 한림포스텍 등 국가 연구기관 및 기업체에서 자기공진 무선전력전송 기술을 연구 중에 있음 년 삼성전기에서 공진주파수를 이용하는 매트형 무선 충전 시스템을 개발하였으며 삼성전자는 A4WP 결성을 주도하고 공진형 제품 출시 준비 중 - LG 전자는 공진형 연구와 함께 CES 2010에서 유도형 제품 출시했으며 LS 전선도 유도형 제품 출시 - 한림 포스텍, 와이즈 파워 등의 중소 기업들도 유도형 제품 출시 5. 무선 충전 표준 동향 국제 표준화 동향 유동형 기술의 표준화 단체로 2008년 WPC(Wireless Power Consortium)가 결성되어 현재 단체 표준 규격인 Qi Spec. ver. 1.0 발표 - Fulton, Philips, LG 전자 등 100여 개 업체가 회원사로 가입되어 있으며 다양한 제품이 출시 중 ISO/IEC JTC1 산하 SC6에서 무선 충전 및 제어 프로토콜 표준화 중 - 미국, 한국, 일본, 중국 위주로 활동 중이며 무선충전 incubator group 결성 IEC 산하 TC100에서는 무선 충전 관리 방식 표준화 진행 중 - 미국, 한국, 일본, 중국 위주로 활동 중이며 무선충전 TR Project group 결성 표준 단체 간의 협력 기구인 GSC(Global Standard Collaboration)에서는 2011년 무선 충전을 중점 표준화 항목 (High Interest Subject)으로 선정하고 국제협력 권장 - ITU, TTA, ETSI, ARIB, TTC, ATIS, TIA, CCSA 등 표준화 기구를 회원으로 함 한 중 일 이동통신 협력회의인 CJK IMT WG에서도 2012년 WG 산하에 무선 충전 SIG(Special Iterest Group)을 두기로 결정 - 한 중 일의 협력을 바탕으로 아태지역, 세계 표준화를 주도하고자 하는 목적을 가짐 일본은 BWF(Broad Wireless Forum) 산하에 WPT(Wireless Power Transfer) WG을 구성하고 표준화 작업을 준비 중 - 휴대기기용 소출력부터 전기차용 대출력까지 넓은 범위를 담당하고 있음 - SONY, Thoshiba, Toyota 등이 주도 한국산업기술평가관리원 49

50 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 미국 CEA(Consumer Electronics Alliance)는 산하에 무선 충전을 담당하는 R6.3 WG를 구성하고 공진형 표준작업 중 - Intel, Qualcomm, Fulton 등이 주도 중국 통신 표준화 기구인 CCSA(China Communication Standard Associoation)에서는 TC9 산하에 무선 충전 WG를 구성하기로 하고 표준작업 준비 중 - CCSA와 별도로 정부 산하에도 연구반 구성 삼성전자, Qualcomm, SKT 등을 중심으로 A4WP(Alliance For Wireless Power)가 결성되어 공진형 무선 기술의 promotion 을 준비 중임 국내 표준화 동향 TTA에서는 모바일 기기용 무선 충전 표준화 그룹(PG 709, 2011) 및 IT 응용기기용 무선 충전 표준화 그룹(PG 422, 2012년)을 구성하고 표준 작업 진행 중 - 이와 병행하여 자기장 통신 그룹(PG318 ) 및 전자파 인체영향 연구 그룹(PG309) 등이 활동하고 있음 - PG 709에서는 일본의 BWF WPT WG와 정례 전문가 회의를 교대로 진행하고 있으며 미국 CEA R6.3과도 상호 협력하기로 합의함 기표원 산하에 무선 충전 연구반 가동 중 - ISO/IEC JTC 1 및 IEC 업무 대응 민간 포럼으로 자기장통신 융합포럼(2008) 및 한국무선전력전송 포럼(2011)이 구성되어 요구사항, 서비스, 인체 영향 연구 등을 하고 있음 6. 시사점 및 정부 정책 지원 방향 국제 표준화 관련 국가적 역량의 집중이 필요 단기간에 가시화 될 휴대기기용 시장과 함께 전기자동차용 무선 충전 시장을 합하면 수십 조 원 규모의 시장이 새롭게 형성되므로 주도 및 선점이 필요함 - 중장기적으로는, 현재 분산되어 진행되고 있는 국제표준화의 통폐합이 필요 - 공진형 기술의 확산을 위해서는 사용 거리의 확대가 필수적이므로 소재, SoC, 부품 등에서 국가차원의 원천적인 연구가 지속되어야 할 필요가 있음 - 또한 휴대기기용 소출력, 가전기기용 중출력, 차량용 대출력 기술 등이 병행적으로 발전되어야 함 - 마지막으로 전자기파에 노출되는 인체에 대한 안전성 연구가 반드시 병행 되어야 함 50 한국산업기술평가관리원

51 ISSUE 2 모바일 기기용 무선충전 기술 및 표준화 동향 [참고문헌] 1. 무선충전 산업의 육성, 표준화 및 대외 협력, 이현우(KEIT, 2012), 산업교육연구소 2. 모바일 무선전력 기술 동향, 문연국(KETI, 2012), 전자공학회 세미나 3. 무선전력전송기술, 임승옥(KETI, 2012), 내부 자료 4. 휴대단말용 Dual band 멀티모드 인터랙티브 무선충전 융합기술개발 중간보고서 (KETI, 2011) [국내 외 주요 기술개발 현황] 연구기관명 프로젝트명 개요 연구기간 한국전자부품연구원 휴대단말용 Dual band 멀티모드 인터랙티브 무선충전 융합기술개발 단파와 중파를 사용해서 복수개의 디바이스에 공진형 무선충전을 할 수 있는 기술 개발 및 시제품 개발 한국산업기술평가관리원 51

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53 모바일 CPU 기술 동향 및 산업 전망 l저자l 한태희 PD / KEIT 시스템반도체 PD실 이유상 책임 / KEIT 시스템반도체 PD실 SUMMARY 모바일 CPU: 인텔 vs ARM 모바일기기에서는 PC와 달리 다양한 OS가 경쟁하고, 배터리 사용시간이 중요해 인텔의 x86 CPU보다 전력효율이 높은 ARM CPU 코어가 선호되고 있음 인텔은 자사 x86아키텍처를 모바일 向 으로 저 전력화 한 Atom 프로세서를 발전시키고 있으며, 압도적인 공정 소자기술과 기존 PC 用 SW와의 호환성이 강점임 ARM은 v7에서 Out-of-order 수퍼스칼라를, v8에서 64비트를 지원하며 고성능화를 추구하는 동시에, 에너지 효율적 big.little 구조를 제안하면서 데스크톱, 서버용 프로세서 시장에서도 인텔과 경쟁 관계에 돌입 모바일 CPU 기반의 Application Processor(AP) 시장 급신장 스마트폰, 태블릿의 등장으로 AP 시장이 확대되고 있으며, 2011년 82억$에서 2015년 362억$로 PC 用 CPU 시장을 넘어설 전망임 향후 2-3년간은 스마트폰과 태블릿 제품군 중심으로 성장하다 디지털가전, 자동차 등 IT 전 분야로 확산 전망 마이크로프로세서의 발전 방향 전력소모 및 발열 문제로 인해 무어의 법칙에 의한 발전이 둔화될 것으로 전망되는 가운데, 클럭 속도 향상은 더디어지고 멀티/매니코어가 보편화되며 구조적으로 이종 코어(Heterogeneous core), 또는 소수의 고성능 向 big 코어와 다수의 고에너지효율 向 little 코어의 조합이 될 가능성이 높음 커스텀 하드웨어 가속기 사용을 병행하여 에너지 효율을 극대화하고 효율적인 메모리 계층구조, 새로운 인터커넥션 방식, 특화 SW를 통해 데이터 이동을 최소화하는 추세로 발전될 전망

54 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 개요 모바일 CPU(모바일 프로세서) 배터리로 구동되는 모바일 임베디드 컴퓨팅 用 으로 특화 설계된 CPU를 의미하며 초기에는 노트북/넷북/UMPC 및 PDA 등 포터블 PC에 탑재되었고, 현재는 스마트기기에 사용되는 SoC형태의 AP(Application Processor)가 모바일 프로세서의 대명사가 됨 - CPU, GPU 코어를 포함하며 운영체제(OS) 및 응용 프로그램을 실행하고, 주변 칩셋을 제어하는 기능을 수행함 일반적으로 AP는 CPU, 2D/3D 그래픽스를 처리하는 GPU, ISP(Image Signal Processor) 및 멀티 포맷 비디오 코덱, 오디오 및 음성 처리를 담당하는 DSP, 각종 인터페이스 IP 등으로 구성됨 * 그래픽 및 비디오 처리 기능을 묶어 VPU(Visual Processing Unit or Video Processing Unit)라고도 함 [그림 3-1] 일반적인 AP 구조 MPU GPU Connectivity I/D Cache SIMD 2D Shader Shader 3D Shader Shader Timer Keypad Haptics I2S/AC97/SPDIF MMP Control processor Video Decoder (720p, 1080p) Video Encoder ISP, JPEG DSP HQ Audio Decoder HQ Audio Encoder Effector(BBE) Codec modules UART/I2C/SPI USB/IrDA/MMC SDRAM/Flash BB GSM/HSDPA WCDMA - CPU는 OS 및 미들웨어, 어플리케이션 SW를 실행하는 중앙처리 프로세서이며, 현재 ARM 社 의 Cortex-A 프로세서가 주류를 차지하고 있음 - GPU는 OpenVG, OpenGL ES와 같은 그래픽 언어 및 라이브러리를 지원하여 동작하며 Imagination Technologies 社 의 PowerVR 및 ARM 社 Mali가 대표적인 GPU IP임 - H.264, MPEG2, DivX, Xvid와 같은 다양한 멀티미디어 코덱을 지원하기 위해서 전용 하드웨어 IP와 컨트롤을 위한 프로세서를 동시에 사용하고 있음 54

55 ISSUE 3 모바일 CPU 기술 동향 및 산업 전망 CPU 시장의 경쟁 CPU 시장은 현재 대부분의 PC 및 서버용 마이크로프로세서 시장을 선점한 인텔과 스마트폰과 태블릿용 임베디드 코어 시장을 거의 독점한 ARM의 兩 强 구도임 - 전력효율에 대한 요구는 CPU시장을 재편하고 있으며, PC시장 성장세가 둔화되면서 인텔은 2011년 5억 대 규모에 달할 정도로 빠르게 성장한 스마트폰 시장에 진입하고자 하고 있으며, ARM은 소셜네트워킹 및 클라우드 컴퓨팅의 성장으로 확대된 500억$에 달하는 서버 시장에 눈을 돌리고 있음 최근 저 전력 특화의 ARM과 고성능을 앞세운 인텔 간에 기존의 전통적 시장 경계를 탈피한 경쟁이 나타나고 있음 [1, 2] - 창업 초기 팹리스 기업인 Calxeda는 32-비트 ARM 프로세서 기반으로 서버용 프로세서 칩을 출시할 예정인 동시에 64-비트 ARM 기반 칩 분야의 선구자인 AppliedMicro사와 합병을 추진하고 있음 - 반면, 올해 4월 인도 기업인 Lava International을 필두로 금년 말 경엔 레노보와 모토롤라도 저 전력 인텔 Atom 프로세서를 채용한 스마트폰을 출시하면서 인텔은 모바일 시장에 본격적으로 뛰어들 예정임 - 전력소모나 성능 각각의 지표 대신 소비 전력 당 성능 비에 의해 두 계열 간의 시장 주도권 성패가 판가름될 전망임 전력 효율을 위한 아키텍처 변화 데스크톱 CPU 제조사들은 2006년 이후 폭증하는 성능 요구와 전력 소모 문제를 해결하기 위해 멀티코어 아키텍처로 전환 [그림 3-2] Pollack's rule Die size(transistors) 2x Performance x 연산 처리 기능 강화 면적 2 성능 1. 4 전력 2 면적 4 성능 2.8 전력 4 CPU Transistor Frequency Power Performance Performance Watt Architecture Enhancement CPU Transistor Frequency Power Performance Performance Watt 면적 1 성능 1 전력 1 연산 처리 병렬화 면적 2 성능 2 전력 2 면적 4 성능 4 전력 4 * 출처: 전자통신동향분석 제25권 제5호( ) - Pollack s rule로 설명되는 성능 효율에 의해 병렬화는 같은 성능을 가지면서 보다 적은 전력소모와 보다 적은 면적 증가를 이룰 수 있게 해줌 * Pollack s rule: 반도체의 성능은 면적(복잡도)이 2배 증가할 때 1.4( )배 증가하며 또한, 전력소모는 면적에 비례한다는 관측결과로, 성능 향상을 위하여 연산처리 기능을 강화함으로써 복잡도를 증가시킨 고성능 싱글코어 보다는 복잡도가 작으면서 적정수준의 연산능력을 가지는 프로세서를 복수 개 병렬로 사용하는 것이 더 효과적임을 보여줌 55

56 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 ARM으로 대변되는 모바일 CPU 역시 모바일 기기에 대한 성능 요구량이 증가하면서 같은 도전에 직면 - 사람들은 모바일 기기에 PC와 같은 수준의 기능과 성능을 요구하면서 배터리 수명 시간 연장을 원하지만, 배터리 수명 증가 속도는 매우 느리므로 결국 고성능일지라도 프로세서의 전력 소모를 감소시키거나 증가를 최소한으로 억제해야 함 - 오늘날 모바일 CPU는 HD 비디오 재생, 스트리밍 AV 서비스, 멀티태스킹, 웹브라우징, 3D 게임 등 싱글코어 프로세서로는 감당하기 어려운 성능이 요구됨 인텔 vs. ARM CPU 시장은 PC환경에 적합한 인텔의 고성능 x86계열과 모바일환경에 적합하고 저 전력 특성을 가지는 ARM 계열로 양분 - PC용 CPU 시장에서는 인텔이 86%, AMD 12% 등 x86 계열 프로세서 업체들이 독점적 시장지배를 가지는데, 이는 MS의 OS 독점 구조가 인텔의 CPU 독점 구조로 연결되어 신규 업체들의 진입이 사실상 어려운 상황임 인텔 x86프로세서는 CISC(Complex Instruction Set Computing)방식으로 출발했고 ARM은 처음부터 RISC (Reduced Instruction Set Computing) 방식을 사용 * CISC는 RISC에 비해 동일한 태스크를 더 적은 개수의 명령어로 처리할 수 있는 보다 다양한 명령어를 가진 반면, RISC는 자주 사용되는 명령어 위주의 단순화를 통해 하드웨어 구조의 복잡도를 감소시켜 고속 파이프라이닝 처리에 용이한 장점을 가짐 * 지난 30년간 RISC와 CISC는 서로의 장점을 흡수하여 진화 발전하면서 경계가 모호해져 현재 시점에선 두 아키텍처의 구분은 큰 의미가 없음 두 계열의 주요한 차별성은 캐시, 레지스터 등의 프로세서 리소스의 배치 및 명령어의 구성 등과 관련한 마이크로 아키텍처이며, 이는 인텔과 ARM 사이의 시장 주도권 경쟁의 주요 승부처이기도 함 - 최신 고성능 프로세서들은 Out-of-Order 실행을 지원하는데 이런 방식은 웹 검색 같은 어플리케이션에서 성능 대비 전력소모에 매우 큰 영향을 끼칠 수 있음을 보여줌 * Out-of-Order 수행이 가능한 서버용 인텔 Xeon 프로세서에 비해 In-Order 수행만 가능한 인텔 Atom 프로세서가 웹서치 벤치마킹에서 2.5배 우수한 성능 대 전력소모비를 보임 [2] ARM 기반 서버용 프로세서 제조사들은 복잡한 연산을 위한 고성능이 아닌 단순 작업 위주의 웹호스팅용 시장을 추구 * 페이스북 등 빅데이터 기업들의 서버는 단지 컨텐츠를 업로드하는 등의 간단한 작업을 수행하기 때문에 단일 서버의 성능 보다는 서버의 개수가 더 중요함 - Calxeda의 ARM기반 듀얼코어 서버 칩의 경우, 비슷한 인텔의 Xeon 칩에 비해서 1/10 이하에 해당하는 1.5W 전력을 소모하며, 낮은 전력소모로 인하여 열 방출이 적어 보다 저가의 컴팩트한 패키징이 가능한 장점이 있음 56

57 ISSUE 3 모바일 CPU 기술 동향 및 산업 전망 * Calxeda 첫 번째 고객인 HP는 8개의 인텔칩이 차지하는 공간에 288개의 Calxeda 칩으로 대체가 예상될 정도로 발열 및 공간적인 면에서 ARM 프로세서가 장점을 지님 인텔은 서버 프로세서가 高 수익을 창출하는 시장이기 때문에 적극적인 방어를 취할 것으로 예측됨 - 또한, 인텔은 경쟁사 대비 3-4년 이상 앞선 공정 미세화와 3D 트랜지스터 기술을 강점으로 활용할 수 있음 모바일 기기는 PC와 같은 고성능의 프로세서를 요구하지 않으며, 다양한 OS가 존재하여 업체 간 경쟁이 심화되고 있음 - AP시장은 ARM 社 가 설계 기술을 제공하고, 각각의 반도체 업체(삼성전자, 엔비디아, 퀄컴, 마벨, TI 등 600개 기업)들이 ARM 코어 설계기술을 공유하여 자사 경쟁력과 타겟 시장 니즈에 커스터마이즈한 AP를 생산하고 있음 인텔은 노트북/넷북 이외의 모바일 시장에 진입하기 위해서 x86 아키텍처 엔지니어링을 강력하게 추진하고 있으나 ARM계열의 시장을 좀처럼 잠식하지 못하고 있음 - 인텔의 새로운 x86아키텍처로 구현된 Medfield 칩은 CPU, GPU, 메모리 컨트롤러, I/O 컨트롤러를 모두 집적한 것으로 2012년도에 출시될 스마트폰에 탑재될지 여부는 불투명하지만 22나노 공정의 3D Tri-gate 트랜지스터 기술로 제조된 Medfield의 후속 제품이 2013년도에는 출시될 것으로 예상됨 - 근본적인 아키텍처상의 이유로 여전히 ARM이 인텔 CPU보다 전력효율에서 우위에 있으며, 반면 인텔은 제조와 설계를 모두 갖춘 IDM(Integrated Device Manufacturer)으로서 반도체 소자 공정기술 면에서 배타적 우위에 있음 인텔과 마이크로소프트 간의 굳건한 동맹관계의 대명사인 윈텔(Win-Tel) 은 MS가 ARM을 지원하는 Windows 8 버전인 Windows RT(RunTime)을 출시하면서 사실상 폐기될 것이며 CPU시장은 새로운 판도로 전개될 것으로 예측됨 - Windows 8(Windows RT)가 ARM CPU를 지원하더라도 기존 Windows용 SW는 새로운 ARM 프로세서에서 再 컴파일해야하는 문제가 발생하나, MS의 Silverlight, Adobe는 Flash10과 AIR를, Mozilla의 Firefox도 Windows 8에서 ARM을 지원하기로 하는 등 SW 제공 기업의 ARM계열 CPU 지원이 확산될 것으로 예상됨 - 인텔에 호의적인 애널리스트들도 2015년까지 인텔이 스마트폰 시장의 13%를 차지할 것으로 예측하고 있으며, 모바일 PC(노트북/넷북)에서는 ARM 프로세서가 8%의 시장 점유율을 차지할 것으로 예측하고 있음 * 모바일 PC용 CPU 단가는 평균 107$인데 비해 스마트폰이나 태블릿 프로세서 가격은 20$에 불과하므로 오히려, 인텔은 2015년까지 매출에서 2.2B$의 이익 감소가 예상됨 57

58 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 모바일 CPU 시장 현황 IT기기의 스마트 化 에 따른 AP 시장 성장 AP는 스마트폰, 태블릿 등 다양한 디지털기기에 채용되고 있는 모바일 CPU기반의 SoC로 향후 5년간 반도체 제품 중 가장 높은 성장세를 보일 전망 - AP 시장은 연평균 45.0% 성장하여 2015년에는 362억$에 이를 것으로 전망됨 - 성능이 강화된 신제품들이 빠르게 등장하면서 평균 판매가격이 상승하는 AP시장의 특성으로, 2015년에는 AP 시장이 PC용 CPU시장(약 342억$) 규모를 넘어서 시스템반도체의 주력으로 자리 매김할 것으로 예상됨 최근 디지털기기들은 인터넷, 동영상, 3D 게임 등 고성능을 요구하는 어플리케이션을 위해 PC 수준의 CPU가 필요 스마트폰, 태블릿 등에 한정된 현재의 AP시장은 2011년 스마트폰(4.9억 대), 태블릿(5,500만 대), 디지털 TV(700만 대) 정도에서, 2015년 스마트폰(9.6억 대), 태블릿(2.6억 대), 스마트 TV(0.9억 대) 정도로 지속적인 확대가 전망됨 8비트 및 16비트 MCU(Micro Controller Unit)로 기능 구현이 가능했던 가전, 자동차 등에 스마트 기능이 부가되면서 AP를 장착할 것으로 예상되며, 전력효율 및 가격 경쟁력에 의해 PC용 CPU도 일부 대체할 것으로 예상됨 - 가전기기의 원격제어와 같은 스마트 가전기기 분야 및 편의성과 안전성 강화를 위한 자동차 분야 등에서도 AP가 필요할 것으로 예측되며, 2015년 냉장고 등 스마트 가전(0.3억 대), 자동차(0.3억 대), 헬스케어 기기 시장과 스마트 그리드(0.2억 대) 분야에서의 AP 시장이 확대될 것으로 예상됨 AP 시장은 PC용 CPU 시장과 달리 소수 업체의 독점이 아닌 다양한 업체가 다양한 영역에서 입지를 구축하는 등 새로운 경쟁구도를 형성하고 있으나, 장기적으로 AP 시장도 소수 업체에 의한 과점 체제가 형성될 것으로 예상됨 1 스마트폰 - 휴대폰 시장에서 스마트폰 비중은 2009년 13%에 2015년에는 48% 수준까지 확대되면서 연간 9.6억 대 생산이 예상되며, 가격이 저렴한 대중적인 제품 출시 등으로 스마트폰 시장이 치열한 경쟁으로 인해 빠르게 성장해 나갈 것으로 예상됨 58

59 ISSUE 3 모바일 CPU 기술 동향 및 산업 전망 주요 Device 출하량 (백만 대) AP 장착 비율 AP 적용 시장 (백만 대) Device 당 장착량(개) [표 3-1] AP 시장 규모 E 2012E 2013E 2014E 2015E Total 890 1,125 1,384 1,615 1,848 2,022 2,276 YoY 11.9% 26.5% 23.0% 16.7% 14.5% 9.4% 12.5% PC 스마트폰 태블릿 디지털 TV 가전 자동차 기타 PC % 8% 12% 15% 스마트폰 80% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 태블릿 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 디지털 TV - 1% 3% 8% 15% 25% 35% 가전 % 3% 12% 18% 자동차 1% 3% 4% 7% 10% 16% 25% 기타 % 100% 100% 100% Total ,198 1,461 YoY 43.5% 121.4% 67.8% 38.3% 30.9% 20.3% 21.9% PC 스마트폰 태블릿 디지털 TV 가전 자동차 기타 PC 스마트폰 태블릿 디지털 TV 가전 자동차 기타 Total ,005 1,213 1,509 YoY 43.5% 121.4% 67.8% 38.3% 32.1% 20.7% 24.4% PC 스마트폰 태블릿 AP 출하 디지털 TV (백만 대) 가전 자동차 기타 ASP(달러) YoY -10.0% -11.1% -6.3% 20.0% 11.1% 10.0% 9.1% AP 시장규모(억 달러) CPU 시장규모(억 달러) YoY(%, AP) 29.2% 96.8% 57.3% 66.0% 46.8% 32.8% 35.7% YoY(%, CPU) -1.8% 9.8% 8.2% 6.1% -2.2% -7.3% -7.3% * 출처: Gartner, 메리츠종금증권 리서치센터 59

60 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 태블릿 - 태블릿은 기존 PC 및 노트북을 상당 부분 대체하면서 새로운 디지털 기기로써 수요를 창출하고 있으며 PC 用 CPU보다 훨씬 저렴한 AP를 채용 전력소모량이 20W 이상인 인텔의 x86칩에 비교할 경우 ARM CPU기반 AP의 전력소모는 0.5W에 불과하여 배터리의 중량을 낮출 수 있으며, 성능도 지속적으로 향상되고 있음 - 태블릿 시장은 연평균 46.9% 성장하여 2015년 노트북 시장과 비슷한 수준인 2.6억 대규모를 형성할 것으로 예상됨 3 자동차 - 차량용 전장부품은 차량 자체 진단 등 사고 예방 기능, 차량의 편의성 향상을 위한 인포테인먼트 시스템, 차내 정보 전달 및 무선망을 통한 차량 간 통신 등을 지원하는 방향으로 발전할 전망으로 다양한 기능을 구현하기 위한 OS 및 AP가 요구됨 자동차 생산량은 연간 7천만 대 수준으로 스마트기기에 비해 적지만 인포테인먼트, 차체 제어, 주요 안전과 관련된 메인 AP의 오류발생에 대비한 보조 AP 등이 필요하여 차량 1대당 5개 이상의 AP가 소요될 전망임 4 스마트 가전기기 - 가전제품에 원격제어, 인터넷과 연동된 각종 인터넷 검색 등 편의기능이 부가되면서 AP 및 OS가 필요하게 되었고 가전시장은 연간 1.7억 대 수준의 포화 상태에 있으나 새로운 수요 창출이 가능한 시장으로 여겨짐 현재 가전제품의 AP 적용은 초기단계이나 2015년에는 가전제품의 18%정도(3.6천만 대)가 AP를 내장할 것으로 예측됨 5 PC - PC에서 AP 적용은 다른 제품군과는 달리 Windows 8(Windows RT)부터 ARM CPU를 지원함에 따라 넷북 등 일부 시장을 AP가 대체하는 방식으로 이루어질 것으로 판단됨 현재 PC용 CPU는 클럭 속도가 3.0GHz, 쿼드코어, 64비트 방식을 적용하는 반면, ARM 계열의 AP는 클럭 속도가 1.5 GHz, 쿼드코어, 32비트 방식으로 5년 정도의 성능격차를 보이고 있으나, Windows 8(Windows RT)부터는 저가의 ARM 코어 사용이 가능해지기 때문에 태블릿과의 가격 경쟁이 가능한 중저가 노트북시장 진입을 위하여 ARMv7 아키텍처 기반의 Cortex-A15가 적용되면서 동작 속도도 2GHz 이상으로 향상 가능하며, 메모리 사용량도 증가할 것으로 예상됨 - ARM 코어 기반 AP는 인텔 CPU에 비해 저가 저 전력이고 주변 칩셋과 SoC 형태로 제작되어 가격경쟁력을 가지므로, 저가형 노트북시장을 잠식할 것으로 예상됨 인텔 CPU를 사용한 노트북의 평균 제조원가는 608$이지만, AP를 장착할 경우 499$에 불과해 18%의 원가 절감이 가능하며, SoC 형태로 제작되어 칩수가 감소되어 20$ 가량의 추가 비용 및 배터리 가격 등도 절감할 수 있음 60

61 ISSUE 3 모바일 CPU 기술 동향 및 산업 전망 따라서, 주요 타겟은 노트북 시장의 40% 정도를 차지하는 600$ 이하의 저가형 노트북으로, 인터넷 검색 위주의 개인 사용자를 위한 제품임 - 웹호스팅이나 클라우드 서비스에 사용되는 기업용 서버 이외에는 고성능을 요구하지 않고 전력소모가 더 중요한 서버에는 ARM 코어 기반 AP가 활용될 것으로 예측됨 CPU에 맞먹는 AP 성능 강화 전망 PC의 경우와 마찬가지로 사용자들은 스마트폰, 태블릿 등 AP를 내장하는 스마트기기를 통하여 다양한 어플리케이션과 HD급 고화질 영상 등을 요구하게 되어 AP 성능은 수년 내에 현재 PC CPU에 버금가는 성능을 가질 것임 - AP 내의 멀티코어 CPU와 고성능화(그래픽 기능 강화 등)로 더 많은 트랜지스터가 집적되면서 칩 크기가 증가하게 되어 평균 생산 원가의 상승이 수반됨 * 애플의 듀얼코어 AP인 A5(122mm 2 )는 싱글코어인 A4(53mm 2 ) 보다 2배 이상의 면적 3. 모바일 CPU 시장을 위한 인텔의 시도 인텔 CPU 아키텍처 Intel Architecture(IA)는 1978년 출시된 인텔의 PC용 CISC(Complex Instruction Set Computing) 마이크로프로세서인 8086에 뿌리를 두고 있으며 32비트 버전인 IA-32와 64비트 버전인 x86-64가 현재 시장의 주류임 [3] * IA는 명령어집합 아키텍처(ISA: Instruction Set Architecture) 차원에서 x86 아키텍처와 동일한 의미이나 x86 ISA 호환 프로세서는 AMD, Via 등에서도 제조하기 때문에 인텔의 ownership을 강조하기 위해 IA로 명칭을 구분하고 있음 * IA-32는 x86 아키텍처의 32비트 명령어 확장 버전으로 1986년 발표된 마이크로프로세서에 처음 도입되어 2000년대 초반 Pentium4까지 이어짐 [4] * IA-64는 1994년 인텔과 HP가 공동으로 개발한 VLIW(Very Long Instruction Word) 계열의 EPIC(Explicit Parallel Instruction Computing) 64비트 마이크로프로세서인 Itanium의 아키텍처를 지칭함. IA-64는 x86과 호환성이 없으며 이러한 요인으로 시장에서 성공하지 못한 이유이기도 함 * 따라서 x86 호환성을 갖는 64비트 아키텍처는 IA-64가 아닌 x86-64이며 AMD에 의해 AMD64라는 명칭으로 처음 구현되어 Athlon 64, Opteron 등에 채용됨. 인텔은 AMD64를 따라가게 되었고 이름을 IA-32e, EM64T로 부르다가 2006년 이후 Intel 64로 변경하였으며 Intel 64는 2004년 Xeon 프로세서에 최초로 적용됨 [5] - 인텔의 모바일용 CPU는 Atom 프로세서로 x86 아키텍처 호환성을 가지고 있으며 저 전력 타겟으로 설계됨 61

62 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 가장 최근에 발표된 Atom 프로세서는 자사의 Core2Duo 아키텍처와 동일한 데이터 흐름을 채용하고 전력 효율 향상을 위해서 I/O Controller Hub(ICH) 및 Memory Controller Hub(MCH)기능을 System Controller Hub(SCH)로 집적함 Atom 프로세서는 인텔의 IA-32 및 x86-64 지원 CPU로 2008년 처음 출시되면서 45나노 CMOS 공정으로 제조되었으며, UMPC, 스마트폰 등을 위한 저 전력 휴대성에 초점을 맞추었고 최근에 32나노 High-K Metal Gate (HKMG) 공정으로 제조되고 있음 [6] - 모바일 인터넷이 가능한 기기 적용을 목적으로 고성능보다는 소형 및 저 전력 특성을 가지며, x86과 호환이 가능하여 대부분의 PC 애플리케이션 사용이 가능함 Atom 프로세서들은 기본적으로 2-issue 수퍼스칼라로 다른 x86프로세서들처럼 CISC 명령어를 단순한 RISC 스타일의 마이크로동작으로 변환하여 실행하며 In-order로 수행하는 Bonnell 마이크로아키텍처를 따르고 있음 - 또한 Bonnell 마이크로아키텍처의 내부 마이크로동작은 ALU와 연결된 메모리 load/store를 포함하고, 하나 이상의 마이크로동작을 유발하는 명령어 수가 P6 및 Netburst 아키텍처 보다 현저하게 줄어드는 장점을 가짐 - 성능 대비 전력소모비를 제고하기 위해서 인텔의 이전 CPU 아키텍처인 P5 및 i486의 기본 구조를 부분적으로 활용하고 있으며, 저 전력 hyper - threading 구현이 가능한 구조임 [그림 3-3] 인텔 아키텍처별 시스템 구성도 System Memory Peripherals System Memory Peripherals CPU FSB Memory, GFX & High Speed I/O Controller DMI Legacy and Lower Speed I/O Controller CPU Intel OPI High Speed I/O Controller IOH DMI Legacy and Lower Speed I/O Controller ICH High Speed I/O BIOS High Speed I/O BIOS 인텔 Core 2 Duo Processor 적용 시스템 인텔 Core i7 Processor 적용 시스템 CPU FSB System Memory Peripherals Memory, GFX, High Speed I/O, Legacy and Lower Speed I/O Controller High Speed I/O BIOS Components : IOH I/O Hub ICH I/O Controller Hub SCH System Controller Hub MCH Memory Controller Hub Interfaces : FSB Front Side Bus QPI Quick Path Interconnect DMI Direct Media Interface 인텔 Atom Processor 적용 시스템 1세대는 45나노 공정기반의 UMPC/MID 用 Silverthorne(Atom Z5xx)과 넷탑 Classmate PC 넷북 用 의 Diamondville(Atom N2xx) 이 있음 62

63 ISSUE 3 모바일 CPU 기술 동향 및 산업 전망 - Atom 프로세서 자체의 전력소모는 낮으나 노트북에 들어가는 주변 회로의 전력소모량이 매우 많아, Sony와 같이 저 전력의 Atom 주변 칩셋 설계 기술을 가진 제조사들에 의해 수요가 발생하였음 2세대는 넷북 용도로 45나노 공정으로 제조된 Pineview 프로세서는 HD기능이 없는 GMA X3100을 축소한 GMA 3100 GPU를 내장하면서 프로세서 및 칩셋의 소모전력을 7W로 40% 절감하여 6셀 배터리 기준으로 10시간 이상의 배터리 사용이 가능해짐 - 인텔의 넷북 플랫폼인 Pine Trail-M은 Atom 프로세서인 Pineview-M과 Tiger Point라는 Platform Controller Hub를 활용하며, 그래픽과 메모리 컨트롤러를 프로세스에 통합하여 기존 3칩 보다 전력효율이 우수한 2칩으로 구현 년 1월부터 넷북/넷탑에 사용된 N4xx 프로세서들은 싱글 채널 DDR2 메모리컨트롤러 및 GPU 내장, hyper- threading 등의 특징을 가지며, 기존 Menlow 플랫폼의 Atom 프로세스보다 1/2 전력소모 및 작은 크기를 가지게 됨 2011년 5월 Whitney Point 칩셋과 함께 Moorestown 플랫폼을 기반으로 하는 Oak Trail 플랫폼을 가지는 2세대 MID용 프로세서인 Lincroft 계열이 출시됨 32나노 공정을 적용한 넷북용 3세대 프로세스인 Cedarview를 2011년 11월 출시하며, NM10 Southbridge 칩과 함께 넷북용 Cedar Trail 플랫폼을 구현함 - 3세대 플랫폼은 Blu-ray 2.0 및 DirectX 9 지원 등 GPU 성능을 강화하고, 1080p 해상도 지원, HDMI 및 DisplayPort를 지원하도록 개선되었으며, 전력 소모와 TDP를 최소화하여 방열팬이 필요하지 않도록 설계되어 배터리 사용시간을 연장함 3세대 MID 및 UMPC용 프로세서인 Medfield는 3D 및 HD 구동을 위한 그래픽가속기능과 하루 이상 배터리 사용이 가능한 초기 모델이 2012년 5월 출시됨 - 低 光 量 으로도 240M pixels per second 처리가 가능한 ISP(Image Signal Processor), 프로세싱 부하에 따라서 코어의 주파수를 low frequency mode, high frequency mode, max frequency mode로 변환하는 기술을 적용한 저 전력 관리기술이 적용됨 [그림 3-4] 인텔 스마트기기용 ATOM 프로세서 로드맵 63

64 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 [그림 3-5] Medfield 초기 모델(Z2460) 프로세서 구성도 CPU 2D/3D Graphics L2 $ 512KB LP-DDR2 Ctrl I/O MIPI-HSI UART ULPI Video Decode 1080p30 Video Image Enhance Image Signal Processor Programmable IOSF - OCP Bridge Video Encode 1080p30 Display Ctrl 3 Pipes Security Programmable Execution Environment & Cryto Engine I/O LPDDR2 emmc MIPI-DSI HDMI 1.3a MIPI-CSI UART [표 3-2] 인텔 ATOM 프로세서 진화 프로세서 모델 공정 및 코어 수 Platform - Stealey A100 90nm - 1세대 Dimondville* ( ) Silverthrone** ( ) N2xx 45nm - 2xx 45nm - Z5xx 45nm menlow 특성 TDP: 3W 동작속도: 600, 800MHz TDP: -2.5W 동작속도: 1.6GHz FSB: -533MHz TDP: 4W 64 - bit 지원 TDP: 0.65 and 2.4W(유휴 0.1W) 동작속도: 0.8 to 2.0GHz FSB : 533MHz Dual Dimondville* ( ) 3xx 45nm, dual - TDP: 8W 동작속도: 1.6 to 1.66GHz(64-bit) FSB: -667MHz N4xx 45nm TDP: 6.5W 동작속도: 1.83GHz(64-bit) GPU: 200MHz 2세대 Pineview* ( ) D4xx N5xx 45nm 45nm, dual Pine Trail TDP: 10W 동작속도: 1.66GHz(64-bit) GPU: 400MHz TDP: 8.5W 64 -bit 지원 GPU: 200MHz D5xx 45nm, dual TDP: 13W 동작속도: 1.66GHz(64-bit) GPU: 400 MHz Lincroft** ( ) Z6xx 45nm Moorestown&Oak Trail TDP: 1.3-3W GPU: 400MHz 64

65 ISSUE 3 모바일 CPU 기술 동향 및 산업 전망 프로세서 모델 공정 및 코어 수 Platform 특성 D nm, dual TDP: 10W 64-bit 지원 GPU: 400MHz 3세대 Cedarview* ( ) D2700 N nm, dual 32nm, dual Cedar Trail TDP: 10W 64-bit 지원 GPU: 600MHz TDP: 3.5W 동작속도: 1.6GHz(64-bit) GPU: 400MHz N nm, dual TDP: 6.5W 동작속도: 1.86GHz(64-bit) GPU: 600MHz Medfield** ( ) Z24xx 32nm - 동작속도: 1.6GHz GPU: 400MHz * : 넷북/넷탑/Classmate PC용, ** : MID, UMPC, 스마트폰용 * TDP: Thermal Design Power로 기기안의 냉각시스템에 소요되는 전력 4. ARM기반 프로세스 시장 확대를 위한 변화 ARM 프로세서 진화 RISC 기반의 ARM 프로세서는 저 전력 핵심 feature인 Thumb 명령어를 지원하는 ARMv4아키텍처 기반의 ARM7- TDMI(ARM7-Thumb+Debug+Multiplier+ICE) 출시 후 산업계 전반에 확산되기 시작하였음 2011년 이후 모든 ARM 프로세서는 ARMv7 아키텍처 기반의 Cortex 패밀리 프로세서로 개발되면서, 모바일 디바이스 영역을 넘어서고 있음 년 10월 ARM이 출시한 Cortex-A7는 big.littel energy 라는 초기 시장용 스마트폰의 배터리 수명 극대화에 매우 우수한 구조를 도입함 - 고성능 지향을 의미하는 Application 의 A-Profile(ARMv7-A), 실시간 처리용의 Real-time R-Profile (ARMv7-R), 그리고 Mid-end및 Low-end용의 Micro-controller M-Profile(ARMv7-M)로 다양화되는 시장에 대응한 포트폴리오를 갖추고 있음 - A-Profile의 최초인 Cortex-A8과 다음 버전인 Cortex-A9은 SMP(Symmetric Multi-Processor)기반으로 스마트폰, 태블릿에 대규모로 채용되어 왔고, ARM926급 성능의 Cortex-A5 프로세서는 저가, 저 전력 인터넷 디바이스에 적용되고 있음 - ARMv7 아키텍처의 채택과 관련 ecosystem의 성장과 더불어, 이전 버전보다 새로운 향상된 기능들은 기존 SW가 새로운 버전의 추가된 기능을 사용하지 못하지만 기존 버전에서 사용될 때보다는 향상된 성능을 가지도록 backward compatible하게 설계되어있음 65

66 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 컴퓨터 산업계에선 역사적으로 이전 아키텍처 위에 새로운 기능들을 추가함으로써 향상을 이루어왔음 - 기존 아키텍처가 가지는 이슈들을 제거하고 새로운 아키텍처에 기반해 이전 아키텍처가 가지는 문제점들과의 단절을 이루는 것이 새로운 아키텍처의 출발점이 되고 있음 역사적으로 ARMv7, ARMv8 도입 등에서와 같이, ARM 계열은 새로운 아키텍처에 기반하여 PC용 CPU의 전력 소모량 대비 성능비 등 기존 제품이 가지는 이슈 및 문제점들을 완전히 해소하는 차원에서 새로운 아키텍처를 도입하고자 함 - Cortex-A9 기반의 모바일 디바이스가 보여준 성능은 ARM의 솔루션이 훨씬 더 적은 전력소모로 PC사용자 요구 사항을 만족시킬 수 있음을 시사하였으며, ARM 프로세서가 엔터프라이즈 디바이스와 서버에도 적용되어 전력소모 대비 성능비를 대폭 향상시킬 수 있을 것으로 예상하고 있음 또한, ARM 계열은 더 높은 성능과 더 복잡한 어플리케이션 영역에서 32비트 주소 공간 문제를 해결하고자 ARMv7기반의 Cortex-A15는 LPAE(Large Physical Address Extensions)와 가상화(Virtualization) 기능이라는 선택적 확장성을 도입함 - 다수의 32비트 가상 주소 공간을 4KB 단위의 페이지를 갖는 40비트의 물리주소 공간으로 매핑해주는 LPAE 적용으로, CPU와 GPU가 같은 메모리 주소 공간을 공유하여 디스크 스왑 없이 개별 프로그램이 4GB 메모리까지 액세스 가능한 어플리케이션을 동시에 수행할 수 있어 저 전력 및 저가의 솔루션 제공이 가능해짐 - 또한, 하드웨어 가속 가상화를 지원하여 정보기기에 유용한 feature인 SW를 독립적인 유닛으로 분할하여 컨트롤하기 에 유리한 기술을 제공하고 있음 ARMv8 아키텍처 개요 [7] ARMv8 아키텍처는 현재 시장의 주력인 Cortex-A9와 Cortex-A15 프로세서에 적용된 32비트 ARMv7 아키텍처 기술을 바탕으로 64비트 연산이 가능하고 확장된 가상 주소방식(virtual addressing)이 가능하도록 개선됨 - ARMv7 아키텍처가 Real-time(R-Profile)과 Micro-controller(M-Profile)의 수요를 충분히 지원할 수 있기 때문에 ARMv8 아키텍처는 Cortex A-Profile(ARMv7-A) 제품군에 포커스하여 개발 정의되었음 - 사실상 A-Profile 시장의 상당부분은 Cortex-A15의 LPAE 기능보다 더욱 확대된 주소 공간 지원을 요구하고 있으나, LPAE는 40비트의 물리적 주소 공간에 대한 가상 주소 페이지 테이블 매핑 지원을, ARMv8-A에서는 48비트까지 지원 가능하게 설계되었으며, Cortex-A15을 위해 개발된 SW에 대한 부작용도 최소화함 ARMv8은 기존 명령어 집합에 64비트 시스템에서 어플리케이션 활용을 가능하게 하는 A64라는 새로운 명령어 집합을 추가함으로써 적은 전력 소모로 코드를 수행할 수 있으며, SW 예외처리 모델을 최적화함으로써 효율적 칩 면적 구현에 따른 시스템 전체적인 전력소모도 최적화함 - Backward compatibility를 완전히 지원하며, 64비트 SW를 수행할 때 기존 하드웨어 영역 전체를 활성화할 필요없이 64비트 지원을 위한 추가된 하드웨어 영역만을 활용하도록 설계되어있음 66

67 ISSUE 3 모바일 CPU 기술 동향 및 산업 전망 A64의 각 명령어는 고정된 32비트 길이의 명령어 내에 정의되었으며, 명령어상의 피연산자(operand)와 상수 값을 위한 연속적인 비트 필드를 가진 깔끔한 복호를 위해서 복호기 공유를 배제하였음 - 상기 구조는 하드웨어에서 복호 테이블을 단순화하는 데 그치지 않고 웹브라우징을 포함한 어플리케이션 수행의 열쇠가 되는 JIT(Just-in-Time) 컴파일러의 중요한 가속 기능을 제공하는 효과를 얻을 수 있으며, 독립적인 복호 기능은 고급 분기 예측기술 사용을 용이하도록 31개의 64비트 범용 레지스터를 추가함 - 또한, LDM/STM(load/store multiple)을 제거함으로써 실질적인 명령어 집합을 단순화하여 프로세서 메모리 및 시스템을 효율화하였으며, 구현 복잡도 대비 상대적인 이득이 작은 조건부 명령어를 줄임으로써 효율성을 증대함 - 마지막으로 부동소수점 연산기를 필수 요소로 두어 SW가 부동소수점 유닛의 존재유무를 체크하는 오버헤드를 해소하였으며, SIMD 데이터 엔진을 이용하는 명령어 집합은 기본 아키텍처의 일부가 되어 새로운 64비트 명령어를 위해 보완됨 ARMv8 64비트 아키텍처에서 예외(Exception) 처리 수준은 OS 커널 모드와 TrustZone 모니터 모드 사이에 Hypervisor 지원을 위한 HYP 모드를 추가함으로써 ARMv7-A의 Cortex-A15과 동일하도록 구현함 - 디바이스에 액세스하는 어떤 VM이 예외에 트래핑 되었을 때 hypervisor가 어떤 동작이 가상화 대상인지에 대한 원활한 판단이 가능하도록 예외처리 계층은 32비트와 64비트 동작 사이에 어떤 전환이 유효한지에 대한 엄밀한 규정을 정의하고 있음 AArch64에서 정의된 MMU(memory management unit)는 48비트의 가상 및 물리 주소 지원 외에는 Cortex- A15와 근본적으로 동일하며, 48비트 지원은 페이지테이블 변환을 4단계로 제한하여 하드웨어 단순화 및 검증 복잡도를 낮추는 장점을 가짐 - AArch64는 기존의 4KB 페이지 외에 64KB 페이지를 지원함으로써 4단계 주소 변환을 2단계까지로 줄일 수 있으며, 64비트 주소공간 상에서 가상주소공간은 4GB부터 256TB 크기까지 지원 가능하게 함 - Cortex-A15와 같이, ARMv8 MMU는 가상주소(VA: Virtual Address), 중간물리주소(IPA: Intermediate Physical Address), 물리주소(PA: Physical Address)까지 두 단계의 변환 단계를 제공함 A64 명령어에 대해 어셈블러와 컴파일러 상의 주요 차이점은 30개의 범용 레지스터 액세스에 관한 것으로, 각 레지스터는 X0-X30으로 명명된 64비트 크기이며, - 이때, X30 레지스터는 PLR(Procedure Link Register)로 사용되므로 엄밀한 의미에서 범용이 아니며 모든 32비트 레지스터는 각 64비트 레지스터의 하위 32비트에 직접 매핑될 수 있어 64비트 OS나 Hypervisor가 32비트 환경을 처리할 수 있음 새로운 명령어의 도입 시 핵심적인 문제는 하드웨어 자체가 아니라 ecosystem상의 개발 tool과 SW이며, ARMv8 아키텍처 도입은 OS의 수가 제한된 개방형 플랫폼을 수행하는 A-Profile에 초점을 맞추고 있음 - 동일한 파일시스템에 저장된 32비트와 64비트 어플리케이션을 지원하기 위한 Linux OS 개발은, 이미 Linux가 64비트 아키텍처를 지원하도록 미리 잘 준비되어 있어 어렵지 않으며, 대부분의 ecosystem의 변화가 많지 않으면서 64비트 새로운 OS가 쉽게 현재의 32비트 어플리케이션들을 지원하게 됨 67

68 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 [그림 3-6] ARM계열별 아키텍처 로드맵 ARMv8 - A-profile only (at this time) - 64-bit architecture support VFPv2 Jazelle ARMv5 Thumb -2 TrustZone SIMD ARMv5 ARMv6 VFPv3/v4 NEON Adv. SIMD ARMv-7A/R CRYPTO A32+T32 ISAs including: - Scalar FP (SP and DP) - Adv SIMD (SP Float) AArch32 ARMv8-A CRYPTO Key feature ARMv7-A compatibility A64 ISA including: - Scalar FP (SP and DP) - Adv SIMD (SP+DP Float) AArch64 big.little 프로세싱 기술을 이용한 저 전력 특성 강화 고성능 CPU 코어(big) 및 저 전력 CPU 코어(LITTLE)을 조합하여 전력 사용량을 저감시키고자 고성능 코어 Cortex-A15와 저 전력 코어인 Cortex-A7를 조합한 멀티코어 기술을 도입하고 있음 [그림 3-7] big.little 에서의 Cortex-A7과 Cortex-A15 비교 Performance and Energy-Efficiency LITTLE Most energy-efficient processor from ARM - SImple, In-order, 8 stage pipeline - Performance better than today's mainstream, high-volume smartphones Cortex-A7 Highest performance in mobile power envelope Cortex-A15 big - Complex, out-of-order, multi-issue pipeline - Up to 5x the performance of today's mainstream, high-volume smartphones - Cortex-A 계열 아키텍처는 각각의 CPU 클러스터에 1-4개의 CPU코어와 공유 L2 캐시, SCU(Snoop Control Unit)로 구성되나, 현재 big.little 버전은 2코어 Cortex-A15 클러스터와 2코어 Cortex-A7 클러스터로 구성됨 68

69 ISSUE 3 모바일 CPU 기술 동향 및 산업 전망 - Cortex-A7은 마이크로아키텍처를 단순화해 전력사용량을 낮추었으며 명령어 및 마이크로동작 등은 Cortex-A15와 호환이 되며, 혼합 구성으로 인하여 Cortex-A15 가상화나 LPAE도 지원가능하게 됨 [그림 3-8] big.little 시스템 개념도 Interrupts GIC-400 Interrupts Cortex-A15 Core L2 Cortex-A15 Core Cortex-A7 Core L2 Cortex-A7 Core IO Coherent Master CCI-400 (Cache Coherent Interconnect) Memory Controller Ports System Ports big.little의 특징은 하드웨어 coherency로 Cortex-A15와 Cortex-A7은 서로의 L1과 L2 캐시를 참조할 수 있고, 코어 간의 작업 전환이 이루어지는 것임 - 두 개의 아키텍처가 메모리 및 시스템 coherency를 유지할 수 있도록 ARM의 새로운 시스템 버스인 CCI-400 및 양쪽 클러스터의 인터럽트를 프로그래머블하게 제어하는 GIC(Generic Interrupt Controller)-400 기술이 적용되고 있음 작업 전환에 따른 전력최적화 모델에는 전원관리기술을 이용하여 기존 OS가 그대로 사용가능한 Task Migration Model이 현재 선보이고 있으며 - Task Migration은 OS의 절전 기능을 연장하는 것으로 클럭과 전압을 변경하는 DVFS(Dynamic Voltage and Frequency Scaling)의 동작점(클럭과 전압)을 기준으로 다른 코어로 작업을 전환하는 방식으로, 데이터 전환할 때를 제외하고는 Cortex-A15와 Cortex-A7 중 하나의 클러스터만을 사용하게 됨 * 동작 例 : Cortex-A15에서 오퍼레이팅 포인트의 하한선에 도달하면 가상화 스위칭 소프트웨어를 시작하여 Cortex-A15의 모든 상태를 Cortex-A7로 전환하여 실행 - Inbound 프로세서가 작업을 시작한 후에도 Outbound쪽의 L2 데이터를 계속 참조 및 가져올 수 있게 되어 메모리에서 읽는 것보다 빠르게 Inbound 프로세서 캐시로 데이터가 저장될 수 있게 되며, 일정한 시간이 지난 후 Outbound 프로세서의 캐시가 비워지고 Outbound 프로세서가 동작을 멈추게 됨 69

70 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 [그림 3-9] Cortex-A15, Cortex-A7 DVFS Curves Overdrive condition Highest Cortex-A15 Operation Point Power Cortex-A15 Cortex-A7 Lowest Cortex-A15 Operating Point Highest Cortex-A7 Operating Point Lowest Cortex-A7 Operating Point Performance 작업 부하별 CPU를 할당하는 MP 모델은 부하가 높은 작업을 Cortex-A15에서 실행하고 부하가 낮은 작업은 Cortex-A7에서 실행할 수 있도록, OS의 작업 Dispatcher를 big.little에 최적화하는 방법으로 OS가 변경 되어짐에 따라서 보급이 다소 지연 될 것으로 판단됨 저 전력으로 효과적인 시스템을 구현할 수 있는 big.little에 대한 라이센스는 현재 삼성전자, LG전자, TI, 브로드컴, 후지쯔, ST에릭슨, 프리스케일 등이 체결한 것으로 알려져 있음 [그림 3-10] ARM 社 의 CPU-GPU 코어 로드맵 25 Scalable Mobile Processor Evolution 20 Relative Performance Dual Cortex-A16 Dual Cortex-A7 Eight Mali-T Dual Cortex-A15 Dual Cortex-A7 Superphone Quad Cortex-A9 Quad Mali-T658 Quad Mali-T604 Cortex-A15 10 Dual Cortex-A9 Cortex-A7 Quad Mali-400 MP Dual Mali-T604 Mid Range Cortex-A8 Quad Cortex-A7 Mali-300 Quad Mali-400 MP 5 Cortex-A5 Cortex-A8 Mali-300 Mali-200 Cortex-A8 Entry Level Mali-400 MP Cortex-A5 Dual Cortex-A7 Mali-400 MP Dual Mali-400 MP

71 ISSUE 3 모바일 CPU 기술 동향 및 산업 전망 [표 3-3] ARM계열별 아키텍처 및 코어 계열 아키텍처 버전 코어 Cache(I/D), MMU Typical MIPS ARMv6 ARM1136J(F)-S variable, MMU 740@ MHz(i.MX31 SoC), MHz ARMv6T2 ARM1156T2(F)-S variable, MPU - ARM11 ARMv6Z ARM1176JZ(F)-S variable, MMU+ TrustZone 965 DMIPS@772 MHz, up to DMIPS with four processors ARMv6K ARM11 MPCore variable, MMU - Cortex-A5 (MPCore) 4-64KB/4-64KB L1, MMU+TrustZone 1.57 DMIPS / MHz per core Cortex-A7 MPCore 32KB/32KB L1, 0-4MB L2, L1&L2 have Parity&ECC, MMU+TrustZone - Cortex-A ARMv7-A Cortex-A KB/16-32KB L1, 0-1MB L2 opt ECC, MMU+TrustZone up to 2,000(2.0 DMIPS/MHz in speed from 600 MHz to greater than 1 GHz) Cortex-A9 MPCore 16-64KB/16-64KB L1, 0-8MB L2 opt Parity, MMU+TrustZone 2.5 DMIPS/MHz per core, 10,000 DMIPS@2 GHz on Performance Optimized TSMC 40G(dual core) Cortex-A15 MPCore 32KB/32KB L1, 0-4MB L2, L1&L2 have Parity&ECC, MMU+TrustZone At least 3.5 DMIPS/MHz per core (Up to 4.01 DMIPS/MHz depending on implementation) Cortex-R4 0-64KB/0-64KB L1, 0-2 of 0-8MB TCM, opt MPU with 8/12 regions - Cortex-R ARMv7-R Cortex-R5 (MPCore) 0-64KB/0-64KB L1, 0-2 of 0-8MB TCM, opt MPU with 12/16 regions - Cortex-R7 (MPCore) 0-64KB / 0-64KB L1, 0-128KB of TCM, opt MPU with 16 regions - Cortex-M ARMv6-M ARMv7-M Cortex-M0 No cache, No TCM, No MPU 0.9 DMIPS/MHz Cortex-M1 Cortex-M3 No cache, KB I-TCM, KB D-TCM, No MPU No cache, No TCM, opt MPU with 8 regions 136 DMIPS@170 MHz, (0.8 DMIPS/MHz FPGA-dependent) 1.25 DMIPS/MHz ARMv7-ME Cortex-M4 No cache, No TCM, opt MPU with 8 regions 1.25 DMIPS/MHz 71

72 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 ARM 기반의 AP 성공의 이유 Windows가 PC시장의 OS를 독점하고 있는 상황과는 달리, 모바일 기기는 OS의 다양성이 가능 - 모바일기기의 OS는 2010년 기준 심비안이 38%, 안드로이드 23%, 블랙베리에 장착되는 RIM이 17%, ios가 16%, Windows Mobile 4% 등이며, 2015년에는 안드로이드 43.8%, ios 16.9%, Windows 20.3%, RIM OS 13.4% 등의 다양한 OS가 경쟁을 이룰 것으로 예상됨 동일한 제조공정을 적용한 ARM 칩은 인텔의 x86 칩보다 훨씬 낮은 전력 소모를 가지며 IP 라이센싱이 가능하므로 스마트기기 제조 기업은 ARM계열의 AP를 선호함 [표 3-4] x86 vs. ARM 계열 가격 비교 x86 계열 모바일 Atom칩 ARM 계열 Cortex-A9 AP 가격/칩 35$ 15$ 칩 사이즈 70mm 2 및 45nm 공정 55mm 2 및 45nm 공정 생산량/웨이퍼 950개 및 8인치 웨이퍼 1,150개 및 8인치 웨이퍼 ARM 라이센싱 방식 ARM 라이센싱은 미리 설계된 프로세서 IP 코어를 라이센싱하는 일반 방식과 마이크로 아키텍처를 변경 설계할 수 있는 자유도를 가지는 아키텍처 라이센싱 방식이 있음 - 아키텍처 라이센스를 보유하는 기업은 독자적인 명령어 세트 개발 및 기본 회로 변경이나 확장 등의 자체적으로 마이크로아키텍처를 설계할 수 있는 자유도는 높지만, ARM 명령어 세트의 전체버전과 호환성을 유지해야하는 등의 칩 설계상의 문제가 증가함 * 마벨, MS, 엔비디아, 퀄컴 등이 아키텍처 라이센스를 보유 ARM 계열 AP 간 경쟁 구도 현재 ARM 계열의 AP 시장은 다양한 업체가 다양한 영역에서 입지를 구축하는 등 새로운 경쟁구도가 형성되고 있으며, 장기적으로 AP 시장도 경쟁력을 가지는 소수 업체가 과점 체제를 형성할 것으로 예상됨 - PC용 CPU 시장과 달리 소수 업체의 독점 체제가 아닌 다양한 업체가 시장을 점유하고 있으며, 2010년 기준 삼성이 52%로 1위, TI가 23%, 르네사스가 13%로 2, 3위의 시장을 점유하고 있는 것으로 파악됨 - 삼성전자는 2007년 애플 제품에 AP를 독점 공급하는 동시에 自 社 스마트폰에도 적용하여 AP 시장 점유율 1위를 차지할 수 있었으며, 그래픽 칩의 강자인 엔비디아는 2010년 하반기 세계 최초 듀얼코어 제품을 출시하고, 퀄컴은 AP와 Baseband를 통합한 제품을 출시하면서 AP시장에서의 경쟁을 펼치고 있음 72

73 ISSUE 3 모바일 CPU 기술 동향 및 산업 전망 * 퀄컴은 전통적으로 베이스밴드모뎀과 AP를 통합하는 전략을 취했으나, 현재는 별도의 AP도 판매하는 전략을 병행하고 있음 - AP 시장의 주요 기업인 TI는 애플의 아이폰 출시 이전까지 노키아의 스마트폰에 AP를 공급하면서 AP의 초기시장을 선점하였으나, 노키아의 스마트폰 사업의 열세로 인하여 TI의 AP점유율도 낮아지고 있음 각 업체의 AP제품은 ARM의 설계를 기본으로 하기 때문에 성능에서의 우위 관계는 뚜렷하지 않으며, 고객사의 적용 제품에 최적화된 AP를 제공하는 설계 기술의 차별화가 시장점유율을 위한 핵심 경쟁력이 되고 있음 - 현재 대부분 AP들은 멀티코어를 적용하고 있고, 동작 속도도 GHz 등 성능면에서는 유사한 수준으로, 경쟁력 포인트는 성능보다는 고객의 기기에 맞는 요구사항을 파악하고 고객의 요구를 최고로 수용할 수 있는 설계 기법임 5. 모바일 프로세서 제품 현황 아키텍처별 모바일 CPU 제품 AP의 CPU로는 현재 Cortex-A 시리즈가 대부분이며, 인텔의 Atom 모바일 프로세서는 주로 노트북/넷북/ 울트라북에, MIPS는 DTV 등에 사용됨 [표 3-5] 모바일프로세서 코어 및 제품 품목 모바일프로세서 코어 모바일 AP 모바일기기 제조업체 (스마트폰 등) 제조사(대표제품) ARM(Cortex-A8/A9/A15), MIPS(MIPS32), IBM(PowerPC), 인텔(Atom), ITC(Godson, 중국), Ceva(Ceva-X), Tensilica(Xtensa), ADChips(EISC) 애플(A4, A5), 퀄컴(SnapDragon), 삼성(S5PC111, Exynos), Freescale(i.MX53), AMD(Au1250), 엔비디아(Tegra2/3/4), 엠텍비젼(MV8657), ADChips(EAGLE) 애플(iPhone, ipad), 삼성(Galaxy S/S2), HTC(Desire), LG(옵티머스Q), RIM(Blackberry), 노키아 (N95), 모토롤라(Moto QRTY), MS(KIN) [표 3-6] ARM 기반 CPU 코어 아키텍처 비교 ARM11 ARM Cortex-A7 ARM Cortex-A8 ARM Cortex-A9 퀄컴 Scorpion 퀄컴 Krait Decode single-issue partial dualissue 2-wide 2-wide 2-wide 3-wide Pipeline Depth 8 stages 8 stages 13 stages 8 stages 10 stages 11 stages Out of Order Execution N N N Y Partial Y Pipelined FPU Y Y N Y Y Y 73

74 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 ARM11 ARM Cortex-A7 ARM Cortex-A8 ARM Cortex-A9 퀄컴 Scorpion 퀄컴 Krait NEON Process Technology Typical Clock Speeds N/A Y (64-bit wide) Y (64-bit wide) Optional MPE (64-bit wide) Y (128-bit wide) Y (128-bit wide) 90nm 40nm/28nm 65nm/45nm 40nm 40nm 28nm 412MHz 1.5GHz 600MHz/1GHz 1.2GHz 1GHz 1.5GHz 애플 iphone 3GS까지는 삼성으로부터 AP를 공급받은 애플은 2008년 저 전력 프로세서 설계업체인 P.A.Semi를 인수하고, 2009년 고성능 모바일 프로세서 설계사인 Intrinsity를 인수하여 자체적으로 모바일 프로세서 설계를 위한 기술을 확보 - Intrinsity은 Dynamic logic기술을 기존 EDA SW에 접목한 Fast14기술을 적용하여 1GHz급의 Cortex- A8코어를 설계하였으며, 해당기술은 Intrinsity가 애플에 인수되기 전에는 삼성의 S5PC111에 사용되었고, 애플사의 A4프로세서에 적용되어 ipad 및 iphone4, 애플 TV 등의 CPU로 채택되었음 - 또한 2011년 2월 ipad2에 ARM 社 의 Cortex-A9 듀얼코어 CPU를 채택하고 A4 프로세서에 비해서 향상된 PowerVR 545 GPU를 장착한 A5 프로세서를 채용하였음 - 애플의 A시리즈 AP는 iphone과 ipad의 요구사양에 따라 개발되고 있음 애플은 ipad 3(The new ipad)의 출시와 함께 ARM Cortex-A9보다 한 단계 업그레이드된 코어를 A6에 선보일 것으로 예상되었으나, 제품 출시 일정 등의 사정으로 Cortex-A9 듀얼코어 기반으로 출시 [그림 3-11] Apple의 AP(A4, A5, A5X) die size USB GPIO GPIO Processor Data Path 2 Processor Data Path 2 GPIO GPU Core GPU Spine (preliminary) GPU Core Processor Data Path 1 I/O Arm Core Processor Data Path 1 Arm Core Digital Logic Blocks I/O GPU Core GPU Spine (preliminary) ARM Cortex9 Core GPU Core Chipworks Apple A4 Polysilicon Chipworks Apple A4 Polysilicon DDR SDRM Interface Video DAC Audio WiFi ARM Cortex9 Core Apple A5x Polysilicon Die Photo source: chipworks A4(53.3mm 2 ) 7.3mmx7.3mm A5(122.2mm 2 ) 10.09mmx12.15 mm A5X(165mm 2 ) 12.90mmx12.79mm * 출처: 74

75 ISSUE 3 모바일 CPU 기술 동향 및 산업 전망 년 2월 ipad2 및 iphone 4S에 내장된 AP인 A5(S5L8940)는 삼성의 45나노 공정으로 제조되고 1GHz ARM Cortex-A9 듀얼코어 CPU와 A4 프로세서에 비해서 향상된 PowerVR543-MP2 GPU를 장착하였으며 die 크기는 122.2mm 2 임 년 3월 A5계열 2번째 제품인 S5L8942가 애플 TV 및 ipad2의 2번째 버전에 내장되기 시작하였으며, 삼성의 32나노 공정을 사용하여 S5L8940 제품보다 41% 축소된 69.6mm 2 의 die 면적을 가짐 년 3월 ipad3에 1 GHz ARM Cortex-A9 듀얼코어 CPU와 PowerVR543-MP4 GPU를 포함한 S5L8945를 적용하는데, 이는 45나노 공정으로 회귀하면서 GPU 코어의 증가로 인하여 약 210% 이상의 면적이 증가함 삼성전자 1990년대 중반 DEC의 알파칩 개발을 시작으로 MPU 시장에 진입하였으며, 2000년대 후반 애플 iphone에 자체 AP가 장착되면서 AP 시장에 성공적으로 진입 년 iphone 2G, 3GS까지 자체 설계 및 생산한 AP를 애플에 공급하였으며, iphone4와 ipad용 AP부터는 애플이 설계한 AP에 대한 파운드리 역할만 수행 [그림 3-12] 삼성전자 Exynos 구조도 Display / Camera CortexA9 Dual core Memory I/F Single WXGA Dual WSVGA HDMI v1.3a output TV out : Composite 2-ch MIPI CSI input CPU 0 1.0GHz 32KB / 32KB NEON SCU and ACP CPU 1 1.0GHz 32KB / 32KB NEON LPDDR2 / DDR2 / DDR3 OneNAND / SLC SRAM / ROM/NOR emmc4.4 DDR 8-bit Modem I/F HSIC, DPSRAM Secure RAM 1MB L2 Cache Secure ROM Multi-Layer AXI/AHB Bus Graphic / Video / ISP 1080p 30fps codec 3D / OpenVG / 2D HW JPEG HW codec Crypto Engine PPMU Wireless BB GPS External Peripheral SD2.0 / MMC4.3 UART HS-SPI I2C/PCM AC97/S/PDIF I2C MIPI Slimbus 14x8 keyboard System Peripheral Dynamic addressing CPU cache coherence LP co-processor Memory Interleaving 4PLLs 32x DMA Timers / 4x PWM High speed I/F USB Host 2.0 USB Dev 2.0 HSIC SATA 1/2 PCI Express (SCP) 75

76 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 삼성전자는 영국의 Imagination Technologies의 3D GPU를 장착하고, Intrinsity의 기술을 이용하여 2009년 4월 1GHz ARM Cortex-A8을 장착한 Hummingbird 프로세서(S5PC110 또는 S5PC111)를 출시하였음 [8] - S5PC111의 MMP는 MFC(Multi-Format Video Codec) 및 메모리 컨트롤러는 삼성전자가 자체 개발함 삼성전자는 2010년 말에 S5PC111 후속으로 45나노 공정의 Cortex-A9 듀얼코어 프로세서와 Mali-400 MP GPU를 장착한 Exynos 4210을 출시하였음 - 자사의 AP제품의 브랜드화를 위하여 Exynos라는 명칭을 사용하였으며, 애플의 Imagination Technologies사 지분보유량이 늘어나면서 PowerVR GPU 대신 ARM의 Mali GPU를 채택하고 있음 년에는 삼성의 Exynos 시리즈는 기존 4210에 32나노 HKMG LP공정을 적용하여 칩 면적 및 발열 성능을 향상시킨 4212와, Cortex-A15 코어 아키텍처와 Mali-T400의 후속인 Mali-T604 GPU 코어가 포함된 5250이 발표되었으며, Cortex-A9 쿼드코어와 Mali-T604 GPU로 설계된 4412가 갤럭시 S3에 장착되어 출시되고 있음 - Mali-T604 GPU는 4개의 Shader 코어와 Tri-pipe 아키텍처로 구성되어 OpenVG 1.1, OpenGL 1.1, 2.0 및 DirectX11을 지원하여 기존의 Mali-400보다 5배 향상된 성능을 제공함 엔비디아 엔비디아는 최근 PC시장의 수익성 악화에 따라서 메인보드 칩셋 사업보다 모바일 시장으로의 비중을 높이고자 소형 시스템 칩 개발에 착수함 - ARM CPU 기반에 자사의 GeForce 그래픽기술이 적용된 Tegra 칩셋은 저 전력 및 고성능 그래픽 처리가 가능해 메인스트림 노트북보다는 작고 스마트폰보다 큰 MID 시장으로 본격적인 진출을 모색하고자 하였으나, MID 시장의 조기 쇠퇴로 인하여 스마트폰 및 태블릿 시장에 중점을 두게 됨 년 무선, 저 전력, 그래픽 및 멀티미디어 기술을 보유한 Mesia Q, 2005년 칩셋 기술 기업인 ULi Electronics, 2006년 모바일 기기의 2D/3D 그래픽 개발업체인 Hybrid Graphics, 2007년 개인 미디어플레이용 반도체, 펌웨어 및 소프트웨어 개발기업인 PortalPlayer 인수 등으로 모바일 CPU 관련 원천기술을 지속적으로 확보함 전 세계 그래픽 칩 시장의 60%를 점유하는 엔비디아는 기존의 그래픽 프로세서 기술을 바탕으로 AP에 듀얼코어를 최초 도입하였으며, 3D 그래픽 등 멀티미디어 성능을 강화한 제품을 출시하고 있음 - 모바일 기기용은 Tegra, 서버용은 Tesla, PC용은 GeForce 등의 라인업을 보유하고 있음 - ARM CPU 코어 외의 다른 IP는 자체적으로 개발한 IP들이며, ARM11기반의 Tegra600 등을 개발하다가 ARM Cortex-A8기반의 싱글코어 프로세서를 개발하지 않고, ARM Cortex-A9기반 듀얼코어 AP인 Tegra2를 업계 최초로 출시함 - 그래픽기술의 최강자로서, 프로그래머블 Shader와 3D가속 하드웨어 IP가 접목된 GPU를 사용하는 등의 자사의 Shader 기반 그래픽 기술을 적용하며, 데이터 흐름 제어 및 전력관리용 ARM7 코어를 Tegra 2에 집적하였음 76

77 ISSUE 3 모바일 CPU 기술 동향 및 산업 전망 [그림 3-13] 엔비디아 Tegra2 구조도 Cortex-A9 Dual-Core Cortex-A9 Processpor Cortex-A9 Processpor Image Processpor Image Processor - Still/Video Camera driver Video Encoder/Decoder - Encoding of 1080p H p HP H.264 decode (NVIDIA says no one else can do 1080p decode power-efficiently like them) HD Video Encode Processor HD Video Decode Processor Audio Processor ARM7 2D/3D Graphics Processor Chip management - Dataflow, power management and other similar tasks GPU - OpenGL ES 2.0 support - 32b 333MHz LPDDR2 Audio decoder (Tech, by acquiring Portalplayer 2007) Tegra 3에는 Cortex-A9 쿼드코어와 저 전력 작업환경에서 메인 쿼드코어를 대신하여 저속으로 동작하는 Cortex-A9 Companion 코어를 추가하고, 동영상 호환성 개선을 위해 MPE(media processing engine) 기능을 구현하였음 [9] - Tegra 3는 TSMC 40나노 LPG 공정을 사용하였는데, 고성능 Cortex-A9 쿼드코어는 G(generic) 트랜지스터를, Companion 코어를 포함한 나머지 부분은 누설 전류가 적은 LP 트랜지스터를 이용해 작업 부하에 따라 누설전류를 최소화 함 * TSMC 40나노 공정을 이용하는 다른 경쟁 업체들은 40나노 LP공정을 사용함 [그림 3-14] 40nm LP(CPU B) 및 G(CPU A) 코어의 전력 소모 vs 성능 CPU B CPU A CPU on low power processhas lower leakage power but consumes more power at hihger perfromance ranges Companion Core = OFF Main Cores = ON Max Quad Core Performance POWER POWER CPU on Fast Process-has higher leakage power in active standby Companion Core = ON Main Cores = OFF PERFORMANCE PERFORMANCE - 또한, Variable SMP 기술은 OS를 변경하지 않고도, DVFS 및 CPU Hot-Plug 관리 프로그램으로 작업량을 모니터링하며 부하량에 따라서 자동적으로 companion 코어와 메인 코어를 활성화 또는 비 활성화하여 전력소모량을 최적화할 수 있음 77

78 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 vsmp 기술은 메인 코어와 companion 코어를 동시에 activate하지 않으며 메인 코어들은 동기 클럭으로 동작함으로써 캐시 coherency와 OS 스케줄링에서 효율적일뿐더러, 프로그램 가능한 hysteresis 제어기능으로 코어 間 thrashing을 방지함 [9] * Thrashing은 다중 프로그래밍 환경에서 CPU가 프로세서 수행보다 페이지 교체에 더 많은 시간을 할애하는 현상으로 프로그램 크기에 비해 실기억 영역이 너무 작을 때 주로 발생하며 여기서는 코어 간 태스크 스위칭이 빈번하게 발생하는 현상을 의미 - Companion 코어와 메인코어들이 공유하는 L2캐시들은 수 nano sec. 내에 데이터를 재전송하도록 프로그램 되어 있으며, 두 종류의 코어가 동시에 구동되지 않기 때문에 캐시 동기화와 관련한 제약을 받지 않음 - 또한, vsmp기술은 안드로이드 OS의 스케줄링 최적화를 위해서 각각의 CPU 코어들이 비슷한 동기화된 동작 속도를 유지하게 하며, 이에 따라 각 동작속도에 따른 코어들의 동작전압 유지를 위한 voltage regulator 등이 요구되지 않게 되어 노이즈, 원가 및 전력 소모량이 상대적으로 감소하게 됨 [그림 3-15] 작업 부하에 따른 코어 관리 Core 1 Companion Core 1 Core 2 Core 3 Core 4 Single(Companion) core 백그라운드 작업, 동영상, 이메일 동기화, 쇼셜미디어 동기화 등 Core 1 Companion Core 1 Core 2 Core 3 Core 4 Single core performance 이메일, 2D 게임, 기본 브라우징, 지도 등 Core 1 Companion Core 1 Core 2 Core 3 Core 4 Dual core performance 플래시 지원 브라우징, 멀티태스킹, 화상 채팅 등 Core 1 Companion Core 1 Core 2 Core 3 Core 4 Quad core performance 콘솔급 게임, 고속 브라우징, 미디어프로세싱 등 Tegra 3에서는 vertex shader는 4개로 유지하면서 픽셀 연산 성능과 밀접한 3D 성능을 강화하고자 pixel shader를 4개에서 8개로 강화된 GPU를 내장하였음 - ARM 프로세서에서 멀티미디어 App.를 구동하는 NEON 명령어가 탑재되지 않아 멀티미디어 재생에 한계를 가졌던 Tegra 2의 단점을 Tegra 3에서 개선하였음 78

79 ISSUE 3 모바일 CPU 기술 동향 및 산업 전망 [그림 3-16] vsmp 기술에 따른 전력 소모 절감비율 100% Tegra 2 Project Kal-EI 80% 60% 40% 28% 14% lower 61% lower 34% lower 20% LPO* MP3 Playback HD video playback Gaming * LP0: 최소 전력 소모상태 모바일 CPU 시장에의 입지강화를 위해 스마트폰의 핵심 프로세서인 AP와 베이스밴드 프로세서를 동시 제공 가능하도록 관련 원천기술 확보 년 5월 모바일사업부의 강화를 위해 무선통신장비와 USB모뎀에 탑재되는 3G/4G 베이스밴드 프로세서 전문기업인 Icera를 인수하여, 퀄컴 및 인텔과 함께 스마트기기 시장에서 모바일 CPU 및 베이스밴드 솔루션을 제공하는 Tgra+Icera 제품을 출시할 예정임 - 단일 버전을 가지는 안드로이드 OS의 특성과 태블릿용 안드로이드 OS인 안드로이드3.0 허니컴의 레퍼런스 플랫폼으로 Tegra 2가 사용되면서 Tegra는 안드로이드에 최적화된 AP로 자리 잡았으며, 또한 Windows RT의 출시에 따라 Tegra 3의 클럭 속도를 높인 kal-el+및 Wayne 등 다양한 OS기반의 제품을 출시할 예정임 [그림 3-17] Tegra Roadmap Tegra Roadmap Tablets Smartphone Superphone clamshells T2 Kal-EI T2 Kal-EI + Tegra+Icera Wayne Grey Tegra+Icera

80 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 퀄컴 Baseband 칩 전문 생산업체로서 AP와 Baseband를 one-chip으로 통합 생산하는 MSM 시리즈를 공급하던 기술력을 바탕으로, 최근 SnapDragon 칩을 공급하고 있음 SnapDragon 시리즈는 안드로이드, 블랙베리, 심비안, Windows 등 모든 OS에 광범위하게 활용할 수 있는 AP이며, 최초의 1GHz 프로세서이면서 통신용 Baseband 칩과 AP가 통합되어 시스템개발이 용이하다는 장점을 가짐 - 듀얼 코어 SnapDragon MSM8660은 1.5GHz까지 클럭 주파수를 올릴 수 있고, 코어 단위로 전력을 조절할 수 있어서 일을 하지 않는 코어에는 전력 소모를 최소화하는 등 전력소모의 장점을 가지고 있음 퀄컴사는 ARM의 아키텍처 라이센스를 보유하고 있어 ARMv7(Cortex-A8 ISA) 아키텍처를 개선한 Scorpion 프로세서 등 자체 커스텀 ARM 코어 개발 역량을 보유 - SnapDragon의 CPU에 ARMv7 아키텍처 기반의 자체 설계 개선을 통해 동작속도를 1.5GHz의 Cortex-A8급의 프로세서를 개발하였으며, AMD의 모바일 사업부를 인수하여 Adreno GPU라는 독자적인 GPU기술도 보유하고 있음 년 듀얼코어 Krait 및 Adreno225 GPU를 장착한 AP를 Krait라는 코드네임 아래 28나노 공정으로 출시 하였으며, 최근에는 최대 1.7GHz의 속도를 가지는 Cortex-A9급의 Krait CPU 기반의 쿼드코어와 Adreno320 GPU를 장착한 APQ8064를 출시하여 LG 전자의 스마트폰에 적용됨 - 65나노 공정을 적용한 S1은 보급형, 45나노 공정을 적용한 S2와 S3는 각각 하이엔드와 프리미엄 시장을 타겟으로 하여 개발하였으나, Krait CPU 아키텍처가 들어가는 SnapDragon S4 브랜드부터는 보급형에서 프리미엄 시장까지를 타겟으로 하고 있음 [그림 3-18] 퀄컴의 스마트기기용 SnapDragon S4 통합도 모뎀, AP 각각에 필요한 메모리도 한 개로 통합됨 Memory (MCP) Memory (MCP) NAND Flash NAND Flash 퀄컴 Snapdragon: (모뎀+AP 통합 원칩) SDRAM SDRAM Bluetooth Multi-core CPU WiFi Mobile Broadcasting 2G/3G/4G Cellular A/D D/A Digital Basdband Modem (2G/3G/4G Celluar + WiFi/BT/FM/GPS) 2D/3D Graphics DSP Multimedia Codec Display/imaging/ Memory Support GPS Connectivity RF Frontend (Antenna, LNA, PAs) RF Transceiver 모뎀 (Analog + Digital) AP (Application Processor) 80

81 ISSUE 3 모바일 CPU 기술 동향 및 산업 전망 [그림 3-19] SnapDragon S4 구조도 Modem Subsystem Multicore Subsystem Multimedia Subsystem LTE World Modem Krait CPU VeNum Krait CPU VeNum Adreno GPU GPS/WiFi/BT/FM L1 Cache L1 Cache Audio/Video HW Accalerators Hexgon DSP Hexgon DSP L2 Cache Hexgon DSP Multimedia Processor Snapdragon System Fabric Dual Channel Memory Snapdragon Adaptive Power Technologies SnapDragon S4 계열의 MSM8960은 LTE모뎀 및 Krait 아키텍처의 CPU를 내장한 SoC이며 TSMC 28나노 LP공정을 적용하여 S3보다 발열 및 소비전력이 낮아짐 - 미세공정 적용 및 새로운 파이프라인 아키텍처를 적용한 Krait CPU 아키텍처는 기존의 Scorpion 아키텍처에 비해 성능이 1.6배 향상되었으며, S4 쿼드코어 제품은 S1(싱글코어)에 비해 8배까지 성능이 향상됨 [10] [그림 3-20] 공정에 따른 thermal vs. performance POWER 40G ARM hits thermal limit, starts throttling and results in lower performance Thermal Limit 40nm G 28nm LP Krait in 28LP sustains higher performance with better thermal performance PERFORMANCE 전력 효율 및 성능 최대화을 위하여 Krait 아키텍처는 각각의 코어에 L2 캐시를 포함하여 별도의 전압과 클럭을 가지는 비동기식 대칭구조의 멀티프로세서(aSMP: asynchronous Symmetrical Multi-Processor) 시스템 구조로 설계되었음 81

82 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 작업 부하에 따라 각각의 CPU코어가 적정 전력수준(전압 및 클럭 속도)에서 동작하며, 유휴상태에서 개별 코어의 전력소모를 차단할 수 있기 때문에 동기식 아키텍처보다 25-40%의 전력 소모량이 감소된다고 함 - 또한 Krait 아키텍처는 double-precision 부동 소수점 연산을 위한 VFP(Vector Floating Point) 및 SIMD(Single Instruction Multiple Data) 기능을 제공하며, 멀티코어 시스템에 필요한 넓은 대역폭을 제공하기 위한 듀얼 채널 메모리를 지원하도록 설계됨 [표 3-7] SnapDragon S4 계열 AP S4 Play S4 Plus S4 Pro S4 Prime CPU 1.7 GHz Dual ARM Cortex A5 CPU 최대 1.7 GHz Dual Krait CPU 최대 1.7 GHz Dual or Quad Krait CPU 최대 1.7 GHz Quad Krait CPU GPU Adreno 230GPU 최대 Adreno 305GPU Adreno 320GPU Adreno 320GPU Video FWVGA 최대 1080p HD 비디오 1080p HD 비디오 1080p HD 비디오 Modem 3G/4G 월드/다중 모드 LTE 3G/4G 월드/다중 모드 LTE 3G/4G 월드/다중 모드 LTE 3G/4G 월드/다중 모드 LTE Camera 8 MP 최대 20MP, 입체 3D 키트 최대 20MP, 입체 3D 키트 최대 20MP, 입체 3D 키트 GPS gpsone Gen 7 gpsone Gen8A gpsone Gen8A gpsone Gen8A USB 고속 USB 2.0 USB 2.0 고속 OTG(480Mbps) USB 2.0 고속 OTG(480Mbps) USB 2.0 고속 OTG(480Mbps) Bluetooth 개별 솔루션 최대 BT3.x 통합 디지털 코어BT4.0 통합 디지털 코어BT4.0 통합 디지털 코어BT4.0 Wifi 개별 솔루션 n(2.4/5GHz) 통합 디지털 코어 n(2.4/5GHz) 통합 디지털 코어 n(2.4/5GHz) 통합 디지털 코어 n(2.4/5GHz) 공정 기술 45nm 28nm 28nm 28nm Individual Chips MSM8625 MSM8225 APQ8060A MSM8960 MSM8660A MSM8260A APQ8030 MSM8930 MSM8630 MSM8230 MSM8627 MSM8227 APQ8064 MSM8960T MPQ 8064 App. 스마트폰, 태블릿 울트라북 TV, 셋톱박스 Vertex, pixel 및 geometry shader를 통합한 Unified Shader 아키텍처를 AMD GPU 사업부를 인수하여 처음 출시한 Adreno 200 GPU에 적용 및 지속적으로 개선하여, 82

83 ISSUE 3 모바일 CPU 기술 동향 및 산업 전망 - SnapDragon S4에는 기존 Adreno 220 모델의 50% 향상된 성능을 가지는 Adreno 225 GPU가 포함되고, Windows RT를 겨냥하여 Adreno 320 GPU와 LTE기능이 통합된 S4로 구동되는 태블릿을 CES2012에서 선보인바 있음 TI(Texas Instruments) TI는 2011년 Cortex-A9 기반의 OMAP4 시리즈를 출시하였고, 올해에는 Cortex-A15 기반의 OMAP5 시리즈를 출시할 예정으로 ARM의 최신 아키텍처기반의 AP 제품 로드맵을 제시하고 있음 - 노키아의 스마트폰 부진으로 인해 주요 수요처를 확보하지 못한 TI는 모뎀 통합이라는 강력한 차별성을 가지는 퀄컴이나, 자사의 SoC 수요에 사용하는 삼성과 애플을 제외하면, 개발 로드맵은 다르지만 엔비디아의 Tegra 시리즈와 경쟁 가능성이 높을 것으로 보여지고 있음 [11] [그림 3-21] OMAP5430 SoC 구성도 OMAP5 시리즈는 스마트폰 및 태블릿 등 스마트기기용 OMAP5430 모델과 모바일 컴퓨팅 및 소비 가전용의 OMAP5432 모델을 28나노 LP 공정의 Cortex-A15 듀얼코어 아키텍처 기반의 Symmetric Multi-processing (SMP)구조로 개발하였음 - TSMC 40나노 공정으로 1.3 GHz Cortex-A9 쿼드코어를 사용하는 엔비디아의 Tegra 3 보다 최대 2GHz로 동작하는 Cortex-A15 듀얼코어가 DMIPS 기준으로는 우수한 성능을 가지기 때문에 OMAP5 시리즈를 Cortex-A15 듀얼코어 기반으로 설계하였다고 함 - OMAP5430에는 Cortex-A15 듀얼코어 외에도 저 전력의 ARM Cortex-M4 듀얼코어가 추가되어 저 전력 구현 및 빠른 응답성을 가지는데, big.little 등의 타 저 전력 기술과 다른 점은 Cortex-M4 듀얼코어는 16비트인 Thumb/Thumb-2 명령어 전체와 일부 32비트 명령어(1-cycle 32비트 곱셈, 일부 SIMD 및 부동소수점)만을 지원한다는 것 83

84 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 OpenGL ES, OpenGL, OpenVG 및 DirectX를 지원하는 PowerVR SGX544-MPx GPU를 탑재 - 일반적으로 모바일 AP내의 GPU 클럭은 MHz내로 제한되기 때문에 그래픽 성능향상을 위해서는 1-16개의 멀티코어 GPU를 구성하게 되며, 애플은 ipad 3에 내장되는 듀얼코어 Cortex-A9 기반의 A5X 모델에 SGX543-MP4 GPU를 적용하였으나, TI는 OMAP5430 모델에 SGX544-MP2 GPU를 적용하고 있음 년 6월 MWC 2012에서 TI는 OMAP5430이 내장된 태블릿과 ipad 3와의 1080p 해상도 GLBenchmark 2.5를 실행하여 ipad3이 34 FPS(on-screen)과 43 FPS(off-screen), OMAP5430 태블릿은 각각 38 FPS와 45 FPS 성능 측정결과를 제시하며, SGX543 4코어보다 클럭 속도가 빠른 SGX544 2코어의 성능이 우수함을 제시한바 있음 [표 3-8] OMAP5 시리즈(5430, 5432) 성능 OMAP5430 OMAP5432 타겟 시장 Area-sensitive(스마트폰, 태블릿) Cost-sensitive(모바일컴퓨팅, 컨슈머) 공정 ARM Cortex -A15 Clock Speed (two) 2D &3D Graphics Video performance(2d) Video Performance(3D) 28나노 저 전력 Up to 2 GHz 멀티코어, 하드웨어가속 1080p60 multi-standard 1080p30 multi-standard Imaging Performance Up to 24 MP(MIPI CSI-3+ 3x MIPI CSI-2+ CPI interfaces) Up to 20MP(3x CSI-2+ CPI interfaces) Memory Support 2xLPDDR2 2xDDR3/DDR3L Peripheral Support 패키지 UART(6x), HSIC(3x), SPI(4x), MIPI UniPortSM-M, MIPI LLI, HSI (2x) 14mmx14mm PoP 980 balls 0.4mm pitch(240-ball, 0.5mm PoP) UART(5x), HSIC(2x), SPI(3x)MIPI UniPortSM-M, MIPI LLI, HSI 17mmx17mm BGA 754 balls 0.5mm pitch (w/depop) 모바일 프로세서 핵심 IP 모바일 AP에 있어 CPU와 GPU가 핵심적인 IP로 가장 큰 면적을 차지하며, CPU는 2011년 듀얼코어 Cortex-A9가 가장 많이 채택됨 - GPU의 경우 엔비디아는 독자적인 GeForce GPU, 퀄컴은 Adreno GPU, 애플사의 경우 PowerVR 을 장착하고 있으나, 삼성은 ARM 社 의 Mali를 장착하고 있음 84

85 ISSUE 3 모바일 CPU 기술 동향 및 산업 전망 [표 3-9] AP제조사별 핵심 IP 현황 AP Embedded CPU GPU Fab. A4(Apple) Cortex-A8(single core) PowerVR SGX 535 Samsung 45nm A5(Apple) Cortex-A9(single core) PowerVR SGX 543MP2 Samsung 45nm S5PC110(Samsung) Cortex-A8(single core) PowerVR SGX540 Samsung 45nm Exynos(Samsung) Cortex-A9(dual core) ARM Mali Samsung 45nm Tegra2(엔비디아) Cortex-A9(dual core) GeForce ULP (4 core) TSMC 40nm OMAP5(TI) Cortex-A15(dual core) PowerVR SGX544-MP2 TSMC 28nm MSM8655(퀄컴) Scorpion(ARMv7, single) Adreno 205 TSMC 45nm MSM8960(퀄컴) Cortex-A9(quad core) Adreno GPU TSMC 28nm [표 3-10] 모바일 GPU 비교 Adreno 225 PowerVR SGX 540 PowerVR SGX 543 PowerVR SGX 543MP2 Mali-400 MP4 GeForce ULP Kal-El GeForce SIMD Name - USSE USSE2 USSE2 Core Core Core # of SIMDs MADs per SIMD /2 1 1 Total MADs GFLOPS 3.2 GFLOPS 6.4 GFLOPS 12.8 GFLOPS 7.2 GFLOPS 3.2 GFLOPS 4.8 GFLOPS 19.2 GFLOPS 4.8 GFLOPS 9.6 GFLOPS 19.2 GFLOPS 10.8 GFLOPS 4.8 GFLOPS 7.2 GFLOPS 2012년 Windows RT용 태블릿 생산에 채택될 수 있는 모바일 CPU는 AP는 삼성의 Exynos와 퀄컴의 Snapragon S4, TI의 OMAP 5 및 엔비디아 Tegra 3로 예상됨 - 삼성전자의 Exynos는 자사의 스마트기기에 공급 물량 외의 공급 가능한 물량에 일정 부분 한계가 있을 것으로 보이며, TSMC의 28나노 공정의 수율 문제로 TSMC 28나노로 제조되는 Snapragon S4, OMAP 5에 비하면, TSMC의 40나노 공정을 사용하는 Tegra 3가 현재로서는 유리한 것으로 판단됨 [12] - 인텔의 Atom Z2460은 22나노 공정 도입시 저 전력 및 발열 등에서 유리할 것으로 보임 85

86 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 [표 3-11] 모바일 CPU 비교 SnapDragon S4 OMAP6430 Exynos 5250 Tegra 3 Atom Z2460 사용 공정 28nm LP 28nm LP 32nm HKMG LP 40nm LPG 32nm HKMG LP CPU 아키텍처 Krait Cortex-A15 Cortex-M4 Cortex-A15 Cortex-A9 x86 Atom CPU 코어 듀얼 코어 듀얼 코어 듀얼 코어 쿼드 코어(+1) 싱글 코어(w/HT) CPU 클럭 1.2GHz 2.0GHz 2.0GHz 1.4GHz 1.6GHz L2 캐시 2MB 1MB - 1MB 512KB 메모리 LPDDR LPDDR LPDDR2 1600? LPDDR LPDDR2 800 메모리 채널 듀얼 채널 듀얼 채널 듀얼 채널 싱글 채널 듀얼 채널 메모리 용량 - 8GB - 2GB 1GB 메모리대역 8.5GB/s 8.5GB/s 12.8GB/s 4.26GB/s 6.4GB/s GPU 사양 Qualcomm Adreno 305 PowerVR SGX544MPx ARM Mali-T604 NVIDIA ULP GeForce PowerVR SGX540 HD 멀티미디어 1080p p p p p30 이미지 프로세싱 20MP 24MP - 32MP 24MP 디스플레이 2560x x x x1536 (1280x1024) 상태 2012 Q Q Q Q Q2 * 출처 : 모바일 프로세서 발전 방향 차세대 모바일 프로세서 진화방향은 3세대 AP와 같이 다수의 고속 프로세스 코어를 장착한 CPU, 고품질의 멀티미디어 지원 및 에너지 효율성이 중요시됨 - 또한, 지능인식, 홀로그래피, AR(Augmented Reality)와 같은 실시간의 고속 정보처리가 필요한 어플리케이션을 지원하기 위한 아키텍처, OS 및 미들웨어 등이 핵심 기술임 [그림 3-22] AP 발전 방향 3세대 AP Smart AP (복합미디어 스마트폰) - 모바일 멀티프로세서 - 고속, 고품질, 에너지 고효율 - Sensing, AR, Recognition 6. 결론 2세대 AP MPU+DSP+MMP+GPU (스마트폰, MID) 삼성: Hummmingbird(단말+생산 연계) Qualcomm: Snapdragon NVIDIA: Tegra 1, 2 (GPU 강점) 1세대 AP AMP+DSP (피쳐폰)

87 ISSUE 3 모바일 CPU 기술 동향 및 산업 전망 6. 결론 CPU 패러다임의 변화 모바일 IT 확산으로 CPU의 경쟁력은 성능 보다는 전력소모 대비 성능, 또는 비용 대비 성능으로 변화하고 있음 지난 20년간 무어의 법칙에 의한 집적도, 속도, 마이크로아키텍처, 메모리 계층구조에서 마이크로프로세서는 1천배의 성능향상을 이루는 경이적인 발전을 이루어왔으나 향후 20년은 전력소모 제한에 의해 발전이 둔화될 것으로 전망 [13] - 클럭 속도 향상은 더디어지고 대규모 병렬 구조와 이종 코어(Heterogeneous core), 또는 소수의 고성능 코어와 다수의 저성능 코어의 조합이 될 가능성이 높음 - 커스텀 하드웨어 가속기 사용을 병행하여 에너지 효율을 극대화하고 효율적인 메모리 계층구조, 새로운 인터커넥션 방식, 특화 SW를 통한 데이터 이동 최소화 등의 추세로 발전될 전망 인텔 vs ARM 간의 모바일 CPU 경쟁 서로 다른 영역의 CPU 시장에서 각각 독점적 위치를 차지하던 인텔과 ARM의 시장 경계가 허물어지면서 전면적인 경쟁에 돌입 - ARM 프로세서는 전력소모 대비 성능 및 가격 측면에서 우위를 가지며 최근 v8 아키텍처와 big.little 등 아키텍처적 혁신을 지속하고 있고, 인텔은 IDM(Integrated Device Manufacturer)으로서 압도적인 소자/공정 기술과 기존의 PC SW 호환성이 강점임 모바일 CPU기반의 AP 시장은 다양한 OS가 경쟁하고 있고, 배터리 소모가 중요한 디지털 기기 특성상 인텔 x86 CPU보다 전력효율이 뛰어나 ARM 코어를 대부분 채택하고 있어 다양한 기업이 시장을 분산 점유하고 있음 - AP 시장은 올해 82억$에서 2015년에는 362억$을 기록하며, PC용 CPU 시장을 넘어설 것으로 예상됨 - ARM의 코어 설계 기술 공유로 인하여 AP는 다양한 업체가 다양한 영역에서 입지를 구축하는 등 새로운 경쟁구도가 형성되고 있으며, 삼성전자, TI, 엔비디아 등이 선두를 형성하고 있지만, 장기적으로 소수 업체가 과점 체제를 형성할 것으로 전망됨 87

88 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 [참고문헌] 1. Chipmakers ARM for Battle in Traditional Computing Market, Sixto Ortiz Jr., 2011년 4월, IEEE Computer 2. The high stakes of low power, Rachel Courtland, 2012년 5월, IEEE Spectrum 3. White Paper: Introduction to Intel Architecture, Todd Langley and Rob Kowalczyk, 2009년 1월, Intel Press 4. Online, 5. Online, 6. Online, 7. White Paper: The ARM v8 Architecture, John Goodacre, 2011년 11월, ARM Processor Division 8. 모바일프로세서 산업동향, 권영수/엄낙웅, 2010년 10월, 전자통신동향분석 제25권 제5호 9. White Paper: Variable SMP (4-PLUS-1TM) - A Multi-Core CPU Architecture for Low Power and High Performance, NVidia, 2011년, NVdia 10. White Paper: Snapdragon S4 Processors: System on Chip Solutions for a New Mobile Age, Qualcomm, 2011년, Qualcomm 11. White Paper: Going beyond a faster horse to transform mobile devices, Brian Carlson, 2011년 5월, Texas Instruments 12. AP에 주목하라, 이선태, 2011년 9월, 메리츠종금증권 리서치센터 13. The future of Microprocessors, Shekhar Borkar/ Andrew A. Chien, 2011년 5월, Communications of the ACM 88

89 ISSUE 3 모바일 CPU 기술 동향 및 산업 전망 [국내 외 주요 기술개발 현황] 연구기관명 프로젝트명 개요 연구기간 한양대학교 고성능 고신뢰도 Multi-core 설계 기술 연구 다양한 멀티미디어 처리를 위한 Multi-core 구조개발 Application algorithm을 architecture에 맵핑하는 기술개발 Target 컴파일러, RTOS 기술 개발 등 (주)넥셀 OpenGL ES 2.0, OpenVG 1.1, OpenCL 1.1을 동시에 지원하는 GPU를 포함한 SoC개발 Multi-threading Processor를 기반으로 한 OpenGL ES 2.0, OpenVG, OpenCL 통합 SoC 개발 전자부품연구 원 멀티 Shader GPU 통합형 멀티 코어 퓨전(Fusion) 프로세서 기술 개발 저 전력 Unified Shader 코어 개발 퓨전 프로세서를 위한 저 전력 멀티 Shader 및 CPU와 멀티-Shader의 퓨전을 위한 Architecture 및 SoC 개발 퓨전 프로세서용 통합 컴파일러 개발 한국전자통신 연구원 에너지 스케일러블 벡터 프로세서 선행 기술 멀티코어 기반 16GOPS급 임베디드 프로세서 기술 성능조절 스케일러블 에너지 소모량 제어 기술 모바일 프로세서 코어 지원 병렬컴파일러 포함 SDK 구축 한국전자통신 연구원 MPCore 플랫폼 기반 다중 포맷 멀티미디어 SoC 멀티미디어 처리에 적합한 ASIP 코어 기술 다중포맷 비디오 코덱 기술 (SVC, H.264, MPEG-4/2, VC-1, AVS 지원) C/SystemC 기반 Virtual Platform 및 SDK 개발 한국전자통신 연구원 오디오/비디오 신호처리용 임베디드 DSP 플랫폼 저 전력 고성능 임베디드 DSP architecture 및 코어 기술 오디오/비디오 처리용 확장기능 블록 설계 기술 C/C++ compiler, Hardware debugger 포함 SDK 기술

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91 증강현실과 스마트안경 기술 및 제품 동향 l저자l 박재득 PD / KEIT SW PD실 송승익 선임 / KEIT SW PD실 SUMMARY 목적 구글의 project glasses, Apple의 iglass로 대표되는 스마트안경(증강현실 응용제품) 기술 및 제품 동향을 파악하여 미래 신 시장 개척에 강자가 되기 위한 방향을 제시함 주요현황 최근 Google의 Project Glass 소개( )와 Apple의 iglass 특허 획득( )으로 스마트 안경(증강현실 기술)에 대한 관심과 연구가 미국, 유럽, 일본 등 선진국에서 활발히 진행 중에 있음 또한, 스마트폰의 폭발적 성공으로 인하여 증강현실을 위한 다양한 어플리케이션의 개발로 모바일 증강현실의 빠른 사회적/기술적 확산이 이루어지고 있음 시사점 및 정책제안 1838년 찰스 휘트스톤(Charles Wheatstone)에 의해 stereo-scope라는 초보적인 입체감 표현 기법이 소개된 이래 200년이 지난 지금, 우리는 증강현실이라는 초현실 정보 서비스 기술로 발전시켜왔으나, 교육, 국방, 산업제조, 의료, 관광 등 무궁무진한 활용 가치를 창출하기 위해서는 단순한 기술적 발전 보다는 증강현실이 추구하는 현실의 사용자 니즈가 기술적 진보를 이끌어야 함 그리고, 현실적 니즈에 충실한 기술의 확보만이 스마트 안경이라는 혁신 기술과 제품이 창출해낼 거대한 미래 Blue Ocean에서 Google, Apple을 뛰어넘는 유일한 강자가 될 지름길임

92 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 증강현실 기술동향 (정의) 증강현실은 현실과 가상정보를 혼합하여 실시간으로 소통할 수 있는 현실 증강현실은 현실세계에 존재하는 특정 객체 또는 특정 사람의 주변환경과 관련된 다양한 정보가 컴퓨팅 기술을 이용하여 현실세계에 존재하는 사람과 끊김없이 실시간으로 소통이 가능하도록 하는 정보가 혼합된 현실 임 [그림 4-1] Human-Computer Interface * 출처: 컨버전스 경제에서 가상현실 기술의 의의와 산업구조 변화( , KISDI), Rekimoto&Nagao(1995) - 반면에, 가상현실은 다양한 정보가 현실이 아닌 가상공간(Cyber 등)에서 컴퓨터를 통하여 사람과 소통할 수 있도록 하여 정보가 가상으로 현실처럼 표현되는 비현실임 Wikipedia - 증강현실이란? 증강 현실은 사용자가 눈으로 보는 현실세계에 가상 물체를 겹쳐 보여주는 기술이다. 현실세계에 실시간으로 부가정보를 갖는 가상세계를 합쳐 하나의 영상으로 보여주므로 혼합현실(Mixed Reality, MR)이라고도 한다. 증강현실, 가상현실 등 컴퓨터와 인간 사이의 상호 정보 교환 기술은 아래의 표에서 제시된 바와 같이 해당 기술을 실현하는 Human-Computer Interface 특징에 따라 기술적 구성요소를 달리함 92 한국산업기술평가관리원

93 ISSUE 4 증강현실과 스마트안경 기술 및 제품 동향 [표 4-1] Human-Computer Interface의 특성 분석 구분 기술적 특성 인프라스트럭처 (예시) 현실(GUI) 가상성이 배제된 사실공간의 미디어 환경으로 인간의 시지각으로만 인지되는 3차원의 유클리드공간으로 표현되는 현시매체 환경 인쇄 장치, 출력장치, 가공장치 등의 아날로그적 기술체계로 구성되나 최근 LED등의 다양한 소재와 간단 한 전자장치를 이용한 디지털 기술체계로 전환되고 있음 (여수엑스포 Big O쇼) (일반적 증강현실) 증강현실 (Augmented Reality) 현실 세계와 가상 세계의 결합, 실물형 인터페이스 (Tangible User Interface:TUI))를 통한 조작성이 강화됨 (모바일 증강현실) 스마트폰과 애플리케이션 (application)의 개발로 웨어러블 컴퓨팅(Wearable Computing) 등의 가능성으로 자리 잡고 있음 디스플레이 장치기술, 추적기술, 영상정합, 사용자 인터랙션, 시각화, 3차원 그래픽 가속이 가능한 하드웨어, GPS 시스템, See-through Head-worn 디스플레이 장치, 통신장치 등으로 구성되어 있음 (삼성당 공룡이살아있다) (Google 안경) 증강가상 (Augmented Virtuality) 가상의 공간에 다양한 multi-modal, 3D real experience와 같은 기술의 사용으로 보여질 수 있는데 웹캠과 같은 현실 공간의 연속적인 비디오를 통해서 가능하며, DIVE나 3차원 물체의 디지털화에서도 확인할 수 있음 AV유저 인터페이스, 모달 인터페이스, 렌더링기기, 모델링기기. 해드마운팅, 모델링 데이터 등이 있음 (뉴질랜드 Art Mixed Reality) 가상현실 (Virtual Reality) 가상현실은 사람들이 일상적으로 경험하기 어려운 환경을 직접 체험하지 않고서도 간접적으로 가상환경에 들어와 현실공간과 동일한 체험을 할 수 있게 하는 기술체계 광각 디스플레이 화면, 착용식 컴퓨터와 디스플레이, 이미지를 느끼게 해주는 촉각 조이스틱 장치 등이 있음 (영화 아바타) * 출처: 혼합현실공간(MRS)의, 미디어환경 특성연구( , 한국콘텐츠학회논문지, 2010 vol.10 No.1, 한정엽, 안진근) 한국산업기술평가관리원 93

94 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 (요소기술) 증강현실은 다양한 IT 기술의 종합 오케스트라 증강현실을 가능하게 하는 기술적 요소는 현실공간과 정보공간 그리고 사람과의 관계에서 정보의 흐름에 따라 정보의 생성 제공 소통하는 기술로 설명할 수 있음 - 정보를 만드는 기술: 융합형 콘텐츠 제작기술, 실시간 통신기술, 데이터관리기술 등 - 정보를 제공하는 기술 : Display, 영상정합 1) 및 영상합성 2) 기술 등 1) 영상정합기술: 실제 영상과 가상 영상을 정확하게 일치시켜주는 기술(Registration) 2) 영상합성기술: 영상정합을 통하여 가상 객체를 실제 영상에 합성하는 기술 - 현실과 소통하는 기술: 음성/제스처 인식, 마커 3) 객체 트래킹 기술, 사용자 인터랙션 등 3) 마커: 컴퓨터 비전 기술로 인식하기 쉬운 어떤 물체 증강현실 서비스의 사용자 이용 품질에 밀접한 영향을 미치는 영상정합 및 합성은 정합 기준이 되는 방법에 따라 아래와 같이 이용 특성을 보임 [표 4-2] 영상정합 방법의 비교 정합방법 적합성 초기화 정확도 실패경우 모바일환경 LED, DOT - No 매우 정확 매우 낮음 Yes 평면마커 경계선 마커 사용이 가능한 경우 강한 경계선 또는 간단한 배경 No 정확 마커가 가려질 경우 Yes Yes 노이즈 가능성 매우 빠른 동작일 경우 Yes 템플릿매칭 작은 평면 물체 Yes 매우 정확 물체가 겹칠 경우 No * 출처: 모바일 혼합현실 기술(전자통신동향분석 제22권 제4호( ), 김기홍 외) (활용) 증강현실은 실제세계에 부가 정보가 필요한 모든 곳에서 활용할 수 있음 증강현실은 현실세계에 필요한 부가 정보를 의미있게 전달한다는 측면에서 다음과 같은 다양한 분야에서의 응용이 가능함 -(박물관 등) 정보의 객체(전시품)가 고정되어 있으며, 박물관이라는 제한된 공간이 역사, 미술, 문화 등 융합콘텐츠의 증강현실 정보를 보다 정교하고 다양하게 안정적으로 제공 가능 -(교육) 일상생활에서 가장 활용성이 큰 분야중 하나인 교육분야의 접목은 증강현실이 감각적 몰입의 증대, 직접 조작에 의한 경험중심학습 가능, 맥락인식의 촉진, 협력학습 환경 구축이라는 측면에서 매우 효과적임 94 한국산업기술평가관리원

95 ISSUE 4 증강현실과 스마트안경 기술 및 제품 동향 [그림 4-2] 박물관 및 교육산업의 증강현실 이용 사례 (박물관: 스마트폰 어플리케이션) 형태가 완전하지 않은 전시물에 스마트 폰의 어플리케이션을 이용 하면 본래 모습이 복원되어 나타나고 설명도 추가되면서 전시물에 대한 이해를 높여줌 (교육: Washington 대학의 지리학 프로젝트) 증강 현실기법을 활용함으로써 학생들의 사실적 개념에 대한 이해가 증진되었으며, 학습내용에 대한 오개념도 줄일 수 있었던 것으로 나타났음 * 출처: 증강현실을 이용한 복원영상의 박물관 교육분야 활용방안( , 한국콘텐츠학회논문지, 2010 vol. 10 No. 6, 원강식) 증강현실 기반 체험형 학습 모델 해외 연구 동향(KERIS 이슈리포트) -(산업제조) 공장/수리 등 산업제조 현장에서는 작업자의 기술 숙련향상 및 표준화된 공정처리에 매우 효과적 이어서 생산 제품의 품질과 작업 안전도를 향상 -(교통/자동차) 내비게이션은 GPS, 경로탐색 및 안내, 안전정보, POI 및 주변정보 등 다양한 기술 및 서비스의 복합체로서, AR 기능의 적용 및 활용으로 운전자 및 탑승자의 안전하고 편리한 주행환경을 개선 [그림 4-3] 산업제조 및 교통/자동차산업의 증강현실 이용 사례 (일본: 에어스카우터 응용 사례) 안경의 전방에 부착된 망막주사 방식의 디스플레이 장치를 이용하여 안경을 통해 투과된 영상과 프로젝션된 영상을 사용자가 볼 수 있도록 함 (일본: 세계 최초의 길안내 AR 내비게이션) 일본 파이오니아사 자동차 탑재 카메라로 촬영한 실사 영상에 도로 안내 정보를 겹쳐서 표시해주는 AR형 내비게이션 출시 * 출처: 파이오니아 홈페이지( Brother 홈페이지( 한국산업기술평가관리원 95

96 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 스마트 안경 기술 동향 (정의) 스마트안경은 증강현실 서비스를 사용자에게 제공하는 안경 형태의 단말 증강현실은 그 구현방법에 따라 아래와 같이 4가지 type으로 구분됨 - Optical See-Through 방식의 증강현실: 투명한 유리에 비치는 실제 화면(Real)에 이미지 영상(Augmented Contents)을 혼합하여 보여주는 방식(보통 투명한 HMD를 사용) * 실제 장면은 그대로 눈에 보이고 합성영상을 짧은 시간에 제공해야 함. 사용자는 투명 유리를 통해 실제 화면을 보면서 활동할 수 있음 - Video See-Through 방식의 증강현실: 카메라로부터 얻은 실제 화면 영상과 가상정보를 혼합한 후에 비디오 영상으로 보여주는 방식(보통 불투명한 HMD를 사용) * 실제 화면과 가상영상을 최종 합성한 영상을 보여주므로 실제와 가상화면의 해상도가 같음 - Projector-Based 방식의 증강현실: 프로젝트를 이용하여 실제 객체 위에 가상의 정보를 직접 투사하여 보여주는 방식 - Monitor-Based 방식의 증강현실: 데스크탑 모니터 또는 휴대단말기 화면으로 증강 현실을 보여주는 방식 (카메라 영상에 합성된 가상 정보를 보여주는 방식) [그림 4-4] 증강현실 구현 방식 비교 HMD HMD Video Monitor Video Monitor Opticalmerging Real world Real world Virtual Head position features Camera Head position Real Video Augmented Video Graphics system (a) Optical See-Through AR Projector Graphics system Virtual features (b) Video See-Through AR Mergnig Video Camera Augmented View Patient used for display Real world Camera Camera Position Graphics system Real Video Virtual features Merging Augmented Video (c) Projector Based AR (d) Monitor Based AR * 출처: 혼합현실공간(MRS)의, 미디어환경 특성연구( , 한국콘텐츠학회논문지, 2010 vol.10 No.1, 한정엽, 안진근) 96 한국산업기술평가관리원

97 ISSUE 4 증강현실과 스마트안경 기술 및 제품 동향 스마트 안경은 이 4가지 방식 중 see-through type을 이용한 증강현실 구현 방법으로써, 안경 형태의 단말을 이용하여 실시간 증강현실 서비스를 다양한 방식의 사용자 인터랙션으로 제공한다 [그림 4-5] See-Through 방식의 스마트 안경 유형 LUMUS (DK-32) Brother (Airscouter) Laster Technolgy (Pro-mobile Display) 올림푸스 (Mobile Eye-Trek) (기술 및 제품) 사용자 중심의 안경, 비전, UI/UX 기술개발 진행 중 (국내) 국내는 착용안경보다는 비전 및 사용자 인터랙션 원천기술 연구가 학연을 중심으로 진행 중이며 스마트폰용 증강현실 어플리케이션 상용 제품이 출시되고 있음 - 아큐픽스는 비투시(see-closed) 방식의 안경형 디스플레이를 개발하여 시판중이나, 증강현실을 위한 투시 (see-through) 방식의 스마트 안경을 개발한 사례는 없음 - 한국전자통신연구원(ETRI)은 2004년부터 웨어러블 플랫폼 및 사용자 인터렉션 기술을 개발하고 있으며, KIST, 포항공과대학교 등 학연을 중심으로 원천기술 위주의 다양한 연구가 진행 중에 있음 [그림 4-6] 아큐픽스 인경형 디스플레이와 Pick and Drop 기술 (아큐픽스 비투시 안경형 디스플레이) 스마트폰, 콘솔게임기 등 다양한 IT제품에 연결해 4미터 거리에서 100인치 대형화면(852X480)을 구현하는 안경형 디스플레이 기기 (Pick and Drop 기술) 가속도, 자이로 및 압전 센서를 이용한 제스처 입력 장치와 손가락의 힘줄 변화를 센싱하여 손가락의 움직임을 입력 인터페이스로 사용하는 기술 * 출처: 아큐픽스 홈페이지( SBS방송 등 SW컴퓨팅산업융합원천기술개발사업, 시스루스마트안경과제 내 관련 기술 분석 내용( ) 한국산업기술평가관리원 97

98 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 또한, 최근 스마트폰의 대중화로 모바일 증강현실에 대한 관심이 집중되어 많은 업체들이 관련 앱 기반 증강현실 응용 및 서비스 개발 중 [표 4-3] 모바일 휴대폰 앱을 이용한 증강현실 사례(국내) 구분 개발 배포 제공정보 올라웍스 하늘을 비추면 날씨 정보가, 거리를 비추면 각종 가게 정보들이, 책이나 음반 표지를 카메라로 찍으면 해당 정보들이 뜨는 지역 검색에서 스캔 검색까지, 범용 증강현실 서비스로는 가장 폭넓은 기능을 자랑하는 국산 애플리케이션 스캔서치 KT 사용자 위치 주변의 음식점, 병의원, 약국 및 11종 편의시설 관련 DB를 제공 해 줄 뿐 아니라, 사 용자가 올린 이용후기 및 이벤트, 할인정보, 쿠폰 등의 부가 정보를 제공함 쿡타운 미니게이트 & 한국석유공사 한국석유공사(오피넷)가 보유한 주유소 관련 정보를 근간으로 일일유가, 전국 지역별 유가, 최근 유가추세, 주변 주유소 검색 등 운전자에게 유용한 정보 제공 되며 사용자 위치에서 유가별, 거리별 주유소 조회가 가능함 오피넷 오브제 키위플 & SKT 사용자가 휴대전화 카메라로 보는 실제화면 위에 실시간으로 다양한 정보를 결합하여 보여주는 증강현실(Augmented Reality) 정보를 제공함. 예를 들어 세종문화회관 앞에서 관련 정보가 궁금하다면, 휴대폰 카메라 화면을 세종 문화회관에 비추기만 하면 바로 세종문화회관 예약 전화 연결, 오브제 內 세종문화회관 홈페이지 연결, 공연 관련 인터넷 사이트 검색 등이 가능함. 즉, 문자를 입력하여 검색하던 기존 인터넷 검색 방식과 달리, 기본 정보가 전혀 없이 도 사물 기반으로 관련 정보 검색이 가능해진 것임 스페이스 인베이더 제니텀 세계 최초의 마커리스(Markerless) 모바일 증강현실 어플리케이션으로 A4용지에 출력된 사진을 스마트폰 카메라로 바라보면 3차원으로 나타나는 지구와, 지구를 공격하는 젱기(Zengi) 우주선을 다양한 각도에서 관찰 할 수 있음. 게임 유저는 직접 몸을 움직여 다양한 각도에서 우주선을 격퇴하는 우주대전 게임 * 특징점 기반의 트래킹 기술이라고도 하며, 마커를 이용하지 않고 특징점을 이용하여 증강현실을 구현 * 출처: Semiconductor Insights, 증강현실 AR, Augmented Reality(정석희) 디지털데일리, 제니텀, 마커리스 모바일 증강현실 앱 출시( , 이민형) 98 한국산업기술평가관리원

99 ISSUE 4 증강현실과 스마트안경 기술 및 제품 동향 (국외) 특정 환경에서 사용편의 및 정보의 활용성을 극대화하기 위하여 안경, 영상디스플레이, 사용자 UI/UX 등 관련 연구 및 제품 출시가 활발히 진행 중에 있음 - 미국 구글, 프랑스 Laster, 이스라엘 Lumus, 핀란드 Nokia, 일본 Epson 등에서 다양한 type과 용도의 seethrough 안경이 개발 상용화 되고 있음 - 최근, 구글의 스마트안경 사업진출 선언에 따라 시장성 및 수요확보 어려움으로 주춤해 왔던 스마트 안경 기술개발 및 제품 출시가 활발히 추진 중 [표 4-4] 국외 스마트안경 기술개발 동향 국가 기관 기술현황 제품 Google Project Glasses명으로 착용자의 눈을 통해 실시간으로 데이터를 전송하는 HUD로 제품/서비스 제시 미국 Vuzix 3D 정보를 보여주는 안경인 Wrap 902AR eyewear를 CES 2012에 선보임. 생활에서 선글라스로 사용할 수 있도록 제작 예정 핀란드 Nokia 동공의 움직임으로 시선을 추적하고 Haptic Feedback과 Fetch 기능을 가진 손목 디바이스로 See through HMD를 조정하는 디바이스 연구 중 프랑스 Laster SmartVision spectacles-제안과제 결과물과 가장 유사한 형태를 갖추고 있으나 독립형 시스템이 아닌 PC연동형 구조로 휴대가 불가능함 이스라엘 Lumus 29g의 3D와 720p 해상도를 가지는 See through HMD 개발 킷을 2012년 CES에 발표하고, 그 후 10g의 640x360 해상도의 다양한 프레임에 적용 가능한 See through HMD 디바이스 개발 중 일본 Epson 시스루 안경 멀티미디어 플레이어-MOVERIO 상용화 * 출처: SW컴퓨팅산업융합원천기술개발사업, 시스루스마트안경과제 내 관련 기술 분석 내용( ) 한국산업기술평가관리원 99

100 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 특히, 미국 MIT 등 사용자 인터랙션을 지속적으로 연구해온 연구기관들의 핵심원천기술이 스마트안경과 접목하여 보다 많은 유형의 진보된 증강현실 제품 출시 기대 [표 4-5] 국외 사용자 인터랙션(UI/UX) 기술개발 사례 국가 기관 기술현황 제품 MIT 모바일 프로젝터와 카메라를 이용하여, 디스플레이와 인터랙션 공간을 실세계로 확장하여 다양한 웨어러블 컴퓨팅 응용의 가능성을 제시한 Sixth sense 미국 Microsoft Kinect와 피코 프로젝터를 이용하여 어디든 투사하고 맨손으로 터치 및 다양한 제스처를 사용할 수 있는 Wearable Multi-touch Projector를 연구 중 Department of Homeland Security 실제 소방관들의 요구사항에 맞추어 소방관의 생존과 생명 구조에 도움이 될 정보(산소 보유량, 주변 온도, 탈출구 위치, 팀원들의 상태와 교신 등)를 HMD에 디스플레이하고 이를 효율적으로 제어할 UI 컨셉을 제안하고 연구 개발 중 유럽 ETH 눈의 움직임을 분석하여 의도를 파악하기 위하여 눈의 안전도를 이용한 Wearable EOG 고글을 개발하고 다양한 응용 모델을 구현 유럽 (핀란 드) OULU대학 PAULA(Personal Access and User Interface for Multimodal Broadband Telecommunication) 프로젝트의 일환으로 See through 디바이스를 이용하여 맨손을 통해 사용자의 입력을 받는 시스템(MARISIL: Mobile Augmented Reality Interface Sign Interpretation Language System) 개발 * 출처: SW컴퓨팅산업융합원천기술개발사업, 시스루스마트안경과제 내 관련 기술 분석 내용( ) (특허 및 표준화) 사용자 중심의 안경, 비전, UI/UX 기술개발 진행 중 (특허) 스마트비전 기능을 가진 개방형 시스루 스마트안경 플랫폼 개발 기술 분야는 최근 3D 입체영상 등의 멀티미디어 확산, 스마트폰 이후의 차세대 디바이스로서의 주목 및 관련 상용제품의 출시 등으로 활성화되고 있는 추세임 100 한국산업기술평가관리원

101 ISSUE 4 증강현실과 스마트안경 기술 및 제품 동향 - 전체적으로 2003년 3D 영상 기술의 사회적 이슈, MIT의 증강현실 연구개발, 이라크전에서의 증강현실 기술 적용 등으로 특허관심이 높아졌으나, 상품성이 있는 상용제품의 부재로 주춤하다가 3D시장 활성화, 스마트폰 팽창, 구글의 시장진출로 상승세로 접어들고 있음 [표 4-6] 주요 기술적 이슈별 지재권확보 가능성 분석 앱 제공정보 스마트 안경용 사용자 UX기술 HMD에 양안 카메라가 설치되고, 제스처를 인식하여 그에 대응하는 동작을 수행하는 유사한 기술이 국내 외에 공지되어 있음. 그러나, 양안 카메라가 HMD에 설치되어 착용향으로 사용자 손의 제스처를 인식하는 기술이라는 점에서 상당한 차이가 있고, 이러한 경우 착용향과 양안 카메라를 이용하여 제스처를 인식하기 위해서는 차별화된 기술이 필요하다는 점에서 해외특허 확보가 가능할 것으로 사료됨 영상기반 다중객체 인식기술 두부 이동 시 화상이 가변되도록 하는 기술이나 자연 특징점을 이용하여 객체를 인식하는 기술이 국내 외에 공지되어 있음. 그러나, 두부 이동 시에도 영상을 정확하게 처리하기 위한 기술이고, 스마트 안경과 관련하여 다중 객체인식을 위한 조립형 프레임워크에 관한 기술들이 검색되지 않았고, 이러한 기술 구현을 위해서는 종래 기술에 비해 차별화된 기술이 필요하다는 점에서 이러한 기술이 제시되는 경우 국내 외 공지 특허들과는 차별성이 있으므로 원천 특허 확보가 가능할 것으로 보임 시스루 혼합현실 정보표현 기술 흔들림이 심한 환경에서 다중객체를 추적하여 추적된 객체의 정보를 표현하기 위해서는 머리의 움직임 및 흔들림에 강하고 양안 카메라를 기반으로 하는 특화된 객체추적 기술 기반의 혼합현실 기술이 필요하다는 점에서 이러한 기술이 제시되는 경우 국내 외 공지특허들과는 차별성이 있으므로 cross-license 가능할 것으로 사료됨 객체검색 및 조립형 프레임워크를 위한 프로그래밍 환경기술 양안카메라를 사용하는 스마트 안경 환경에서는 영상인식 분야에 특화된 컴포넌트 구조가 만들어져야 하고, 이를 조립하여 사용할 수 있는 테스트 환경 및 실제 시스템으로 바로 사용이 가능한 조립형 프레임워크 기술이 필요하다는 점에서 이러한 기술이 제시되는 경우 국내 외 공지 특허들과는 차별성이 있으므로 해외특허 확보가 가능할 것으로 사료됨 * 출처: 특허기술동향조사 보고서(R&D특허센터, ) (표준화) 모바일 증강현실 시장이 본격화되는 단계에 앞서 증강현실 데이터 포맷 및 콘텐츠 간 상호운용성을 담보할 수 있는 표준 정립과 함께 표준화 협력이 필요함 - 웹 기술 표준화를 위한 국제표준화 단체인 W3C는 증강현실 브라우징과 같이 효과적으로 인터넷 정보자원을 브라우징 할 수 있도록 하는 웹 기반 증강현실 기술 표준 개발을 목표로 활동 중 * W3C의 POI WG에서는 2010년 이후에 AR을 위한 POI 데이터 표현 기술 표준 개발과 함께, AR 기술 현황에 대한 분석을 포함한 웹 기반의 AR 서비스를 위한 국제 표준화를 추진하기 시작함 - 이동통신 응용 기술 표준화 단체인 OMA에서는 LG전자와 엔소프트가 2008년부터 모바일 증강현실 관련 표준화 이슈를 제안하기 시작하여, 2010년 8월 Budapest 회의에서 모바일 증강현실 관련 WI를 신규로 제안하였고, 이후 2010년 10월 서울 회의를 통해 WI로 채택이 되었으며, 2011년 3월 LG전자, Telecom Italia, ZTE, Qualcomm 등이 중심이 되어 사용 시나리오와 요구사항을 정리하고 있음 한국산업기술평가관리원 101

102 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 컴퓨터 그래픽스, 영상처리 및 환경 데이터 표현 등을 다루는 ISO/IEC JTC1 SC24에서는 WG6, WG7, WG8의 3개의 작업반이 활동 중에 있음. 이중 멀티미디어 표현 표준화를 목표로 하며, X3D, H-Anim, VRML와 같은 가상현실과 3D 가상객체 표준을 다루는 WG6에서 X3D 기반의 증강현실 표준화 논의를 진행하고 있음 - 국내 TTA SSM에서는 모바일 AR 표준, 사물인식 및 식별기준 표준, 3D 객체 표현 기술표준, AR 마크업 언어 표준, AR 데이터 표준, 모바일 코드 및 마커 기술 표준 분야 6개 항목을 중점표준화 항목으로 선정 - UI/UX 관련 국제 표준화 기구 ISO JTC1/SC35는 컴퓨팅 기기를 위한 사용자 인터페이스에 대한 표준을, ISO TC159/SC4 (Ergonomics in Human-System Interaction) 그룹은 인간공학적 측면에서의 휴먼 시스템 인터랙션을 위한 사용자 인터페이스 표준을 개발 하고 있음 년에 시작된 유럽의 WearIT@work 프로젝트를 근원으로 하는 OWCG(Open Wearable Computing Group)에서는 wearable computing Interface and Interaction에 대한 표준을 정립하고 학계로부터 산업계로까지 표준권고안을 제시하고자 하는 활동을 시작함 * 출처: 모바일 증강현실 기술 표준화 동향, 전자통신동향분석 제26권 제2호( ) 3. 증강현실, 스마트안경의 선결과제 기술적 가치의 실현을 위해 사용자 중심의 현실적 니즈를 반영 필요 1838년 찰스 휘트스톤(Charles Wheatstone)에 의해 stereo-scope라는 초보적인 입체감 표현 기법이 소개된 이래 200년이 지난 지금, 우리는 증강현실이라는 초현실 정보 서비스 기술로 발전시켜왔으나 교육, 국방, 산업제조, 의료, 관광 등 무궁무진한 활용 가치를 창출하기 위해서는 단순한 기술적 발전보다는 증강현실이 추구하는 현실의 사용자 니즈가 기술적 진보를 이끌어야 함 [그림 4-7] Charles Wheatstone이 고안한 stereoscope(1838) vs Google Project Glass(2012) [stereoscope(1838)] [Project Glass(2012)] * 출처: 사용자 중심형 3D 입체 디스플레이 기술(전자통신동향분석 제27권 제3호 2012년6월, 양웅연 외) 특히, 신체 부착형 컴퓨팅 제품이라는 점에서 사용성 및 편의성과 동시에 안전성과 사회성을 같이 고려하여야 하며, 이는 일반적인 웨어러블 컴퓨터가 지양해야 하는 기본 기능의 충실성과 어느 정도 일맥상통하는 부분이 있음 102 한국산업기술평가관리원

103 ISSUE 4 증강현실과 스마트안경 기술 및 제품 동향 -(예시) 교육분야의 증강현실 도입에는 아래와 같은 현실적용 문제들의 해결이 필요 1 고가의 스마트안경을 많은 학생이 장시간 사용해야 하는 비용적/가용적 문제 2 마커 인식 등 혼합현실을 제공하는 기술적 불안정성으로 인한 교육 역효과 문제 3 교육 효과가 검증된 다양한 콘텐츠 개발/확산/운영의 문제 웨어러블 컴퓨터의 기본 기능 일반 사용자를 위한 범용의 웨어러블 컴퓨터는 우리가 일반적으로 입고 다니는 옷이나 액세서리와 같은 형태로 자연스럽게 착용할 수 있어야 하고, 사용자의 요구에 즉각 반응해야 하며, 기기 사용에 따른 안정성을 보장해야 하고, 착용에 따른 문화적 이질감을 극복할 수 있어야 하며, 장치를 사용하는 것보다는 장치와 융합할 수 있는 사용자 인터페이스 기능을 지원해야 한다. * 출처: 웨어러블 컴퓨터 기술 및 개발 동향전자통신동향분석(제23권 제5호 , 손용기, 김지은, 조일연) [표 4-7] 웨어러블 컴퓨터의 기본 요구 기능 기능 착용감 항시성 사용자 인터페이스 안정성 사회성 요구 내용 일상생활에서 사용하는 의복, 액세서리와 같이 착용을 의식하지 않을 정도의 무게감과 자연스러운 착용감 제공 사용자 요구에 즉각적인 반응을 제공하기 위하여 컴퓨터와 사용자 간 끊임없는 통신을 지원할 수 있는 채널 존재 인간의 신체적, 지적 능력의 연장선상에 있어야 하므로 사용자와의 자연스러운 일체감과 통합감 제공 장시간 착용에 따른 불쾌감과 신체적 피로감을 최소화하고 전원 및 전자파 등에 대한 안정성 보장 착용에 따른 문화적 이질감을 배제하고 사회 문화적 통념에 부합되는 형태와 개인의 프라이버시 보호 * 출처: 웨어러블 컴퓨터 기술 및 개발 동향전자통신동향분석(제23권 제5호 , 손용기, 김지은, 조일연) 사용의 편의성과 개인의 사생활이 보호될 수 있는 기술 및 제도 확립 필요 휴대형(스마트 안경)이라는 단말 특성과 안경형태로 눈과/머리에 직접적으로 착용하여 사용함으로써 발생할 수 있는 안전문제 등을 기술적으로 보호하고 해결할 수 있는 뒷받침 필요 - 배터리: 디스플레이, 통신, 영상 음성 인식/합성 등 다양한 기능을 일상생활 또는 특수 환경에서 일정시간동안 지속하기 위해서는 전원관리 및 배터리 문제 해결 필수 - 무게: 안경형태로 얼굴에 착용하면서도 카메라, 배터리 등 다양한 장치가 포함되어 있어야 하므로 가벼운 소재의 개발과 더불어 고집적 장치 기술의 개발 필요 한국산업기술평가관리원 103

104 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 안전: 눈과 머리에 착용함으로써 사람의 시력 또는 전자파 발생에 의한 뇌영향 등 사용자 건강 및 안전이 보장될 수 있는 기술개발 또는 검증 필요 일상생활 속에서의 증강현실 기술의 활용이 확산됨에 따라, 표현되고 제공되는 증강정보에 대한 제한이나 규제가 없어 개인 프라이버시 및 정보의 보안 등 부가적으로 발생할 수 있는 이슈 해결을 위한 기술개발 및 제도적 안전 장치 마련 필요 디자인 등 사용자 패션/활동/생활에 친화적 제품의 개발 보급 필요 사용자 친화적 디자인이 강결합되어 개인의 개성을 살리되, 착용 시 사회 문화적 또는 시각적으로 거부감이 없도록 인간공학, 디자인, 사회과학 등 비 IT분야의 적극적인 참여 필요 4. 결론 및 시사점 새로운 혁신제품(스마트 안경)의 출현은 이미 예고되었음 Google, 샌프란시스코 개발자 포럼 구글I/O에서 구글 글래스 공개( ) - 미국 내 거주자 한정 1500달러 예약 접수 및 2013년 제품 제공 예정 - 사진이나 동영상 촬영 위주의 기능을 구글 공동창업자 세르게이 브린이 직접 시연 - 탑재된 소형 스크린이 사용자 감각을 차단하지 않고도 정보 제시 Apple, 스마트 안경 제품에 대한 특허권 획득( ) - 미국 특허청은 웨어러블(wearable) 디스플레이 제품에 대한 Apple의 특허권 신청 승인 - 2개의 액정 화면을 통하여 주변 시야를 모두 채워 사용자에게 이미지를 투사하는 방식으로 현실감 있는 증강현실 서비스를 제공할 수 있을 것으로 예상 [그림 4-8] Google vs Apple vs? vs vs? (Google Project Glass) (Apple iglass) 104 한국산업기술평가관리원

105 ISSUE 4 증강현실과 스마트안경 기술 및 제품 동향 그러나, 승자는 제품의 trend보다 현실적 니즈에 기반한 기술을 가진 자일 것 Google, Apple 등 현재 가장 잘 나간다고 하는 거대 기업의 스마트 안경 사업 진출 및 관심 집중은 스마트 안경(증강현실)이 그만큼 기술적으로나 경제적으로도 미래 가치가 크다는 사실만을 전달할 뿐임 사용자 환경을 고려하지 않은 혁신제품은 그 기술이 아무리 뛰어나고 우수하다 하더라도 인간의 문화적/사회적/ 개인적 장벽에 부딪혀 기술적 성장은 할지언정 제품의 성숙은 어려울 것임 따라서, 착용감, 항시성, 사용자 인터페이스, 안정성, 사회성 등 현실적 니즈에 기반을 둔 그 기본에 충실한 기술을 확보한 자가 스마트 안경이라는 혁신 제품의 미래 거대 시장에서 유일한 강자가 될 것임 [참고] 지경부 R&D 수행 과제 소개(see-through 관련과제) 과제명: 스마트 비전 기능을 가진 시스루(see-through) 스마트 안경용 개방형 플랫폼 개발 수행기간: (3년) 연구목표 - 혼합현실 서비스를 제공하기 위한 영상인식/추적/검색 등의 스마트 비전 기술 및 사용자 인터랙션 기술을 적용하여 객체 검색/정보제공 서비스를 제공하는 개방형 소프트웨어 플랫폼, 시스루 스마트 안경 하드웨어 플랫폼 및 응용 서비스 개발 세부연구내용 -스마트비전 SW플랫폼 및 개방형 Open API 개발 -스마트비전용 시스루 스마트 안경 하드웨어 플랫폼 및 가속 SoC개발 -스마트안경 플랫폼 기반 스마트 비전 어플리케이션 서비스 개발 [그림 4-9] 스마트안경 플랫폼 전체 구성도 <모바일 연동형> Open API 스마트안경 소프트웨어 플랫폼 General Application 스마트 안경 Application Open API <포터블 독립형> General Application 서비스 플랫폼 Application Framework Application Framework Kernel/Runtime Driver Kernel/Runtime Driver 지식정보 관리 Framework 검색정보 관리 Framework 탑재 탑재 Wired/ Wireless Network DB 지식정보 생성 Framework DB 검색정보 생성 Framework <모바일 연동형> <가속 SoC> <포터블 독립형> 스마트안경 하드웨어 플랫폼 학습 Parameter 생성 Framework S/W 개발 Framework 시스루 스마트 안경 하드웨어 플랫폼 에뮬레이터 구현 도구 GUI 개발 도구 형상 관리 도구 배포 도구 코드 테스트 도구 Information Source 한국산업기술평가관리원 105

106 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 본과제는 해외에서 출시되고 있는 일반적인 스마트 안경의 3D영상, 위치기반서비스, 사진/비디오 촬영, 음성인식 등 IT기반 서비스를 넘어, 카메라(두부) 흔들림에 강인한 객체 및 손가락 인식/추적, 얼굴인식, 자연특징점기반 사용자 인터랙션 등 고수준의 핵심기술을 적용한 증강현실용 스마트 안경이라는 점에서 경쟁력 있음 [표 4-8] 현재 출시 제품과 지경부 R&D과제 비교 현재 제품 및 기술 향후 전망 현재 판매되고 있는 스마트 안경 제품 및 기술 현재 판매 되고 있는 스마트안경 제품 및 기술 현재 출시되고 있는 스마트 안경은 통신 및 위치를 기반으로 원격영상의 프로젝션과 안경을 이용한 사진/비디오 촬영, 음성 인식/처리, 3D 영상 투시 등 능동적인 증강 현실보다는 안경 type의 첨단 스마트 기기 에 현재 존재하는 다양한 기술/제품을 융합 하여 제공하고 있음 (ex) Google의 Project Glass 현재기술은 영상프로젝션과 사진/비디오촬영, 음성인식 등 현재 스마트폰에서 관심이 높은 기술의 안경 Type 구현으로 볼 수 있음(증강현실 컨셉을 제시하여 향후 관련 기술 및 제품의 출시 예측) 스마트 안경에서 보여지는 혼합현실 의 정보가 다양한 사용자 인터랙션을 이용하여 상호 소통되고, 증강된 현실 정보를 실시간으로 끊김 없이 안전 하게 이용할 수 있을 것으로 전망 (ex) 가까운 미래에는 현재 컴퓨터와 인터넷이 할 수 있는 모든일을 음성 및 적외선 센서 동작 인식을 통해 스마트 안경으로 서비스할 것이며, 먼 미래에는 구글이 가진 모든 정보자 원을 다양한 사용자 인터랙션을 통해 서비스할 것으로 전망 현재 수행중인 지경부 R&D 과제 현재 연구개발 시작단계로 통합된 스마트 안경은 없지만, 아래와 같은 기반 기술을 확보하고 있음 - 3D 안경 개발 기술 - 영상분석/검색 기술 - 위치기반 모바일 증강현실 기술 - 멀티포인트 실감 인터랙션 기술 - 착용형 맨손 인터페이스 기술 - 웨어러블 컴퓨팅 플랫폼 기술 - 스테레오카메라기반 제스처 인식 - 얼굴인식 및 추적기술 - 자연 특징점 기반 트래킹 기술 * 시장 조기 선점 및 경쟁에 적극적으로 대응 하기 위하여 컨셉 시제품의 개발 및 홍보 도 필요한 전략일 수 있음 모바일 연동형, 독립형 2가지 type의 스마트 안경을 개발하고, 카메라(두부) 흔들림에 강인한 객체 및 손가락 인식/ 추적과 위치, 얼굴인식, 자연특징점 기반 사용자 인터랙션으로 다양한 증강현실 서비스를 편리하고 혁신적인 방법으로 제공 예정 (ex) 가까운 미래에는 스마트폰, 스마트 TV 등 타 기기와 융합된 증강현실 서비스가 가능하며, 먼 미래에는 일상 생활 속에서 사용자와 생활 속의 일반 객체 간 끊김 없는 인터랙션을 통하여 다양한 증강 정보 서비스가 가능할 것 으로 전망 106 한국산업기술평가관리원

107 ISSUE 4 증강현실과 스마트안경 기술 및 제품 동향 [참고문헌] 1. The World through the Computer: Computer Augmented Interaction with Real World Environments,, Rekimoto, J. and K. Nagao(1995), Symposium on User Interface Software and Technology(UIST 95) ACM Press. 2. 컨버전스 경제에서 가상현실 기술의 의의와 산업구조 변화, 손상영, 김사혁, 석봉기(2010), KISDI 3. 모바일 증강현실 기술 표준화 동향", 2011년 4월, 전자통신동향분석 제26권 제2호 4. 혼합현실기반 이러닝 기술동향, 김용훈, 이수웅, 이준석, 노경희, 2009년 2월, 전자통신동향분석 제24권 제1호 5. MEMS 디스플레이의 기술과 전망, 최윤석, 김나래, 손희주, 주병권, Display Technology-MEMS디스플레이 6. 증강현실 기반 체험형 학습 모델 해외 연구 동향, 류지헌, 조일현, 허희옥, 김정현, 한국교육학술정보원, KERIS이슈리포트 7. 모바일 혼합현실 기술, 김기홍, 김홍기, 정혁, 김종성, 손욱호, 2007년 8월, 전자통신동향분석 제22권 제4호 8. 증강현실 AR, Augmented Reality", 정석희, Semiconductor Insights 9. 사용자 중심형 3D 입체 디스플레이 기술, 양웅연, 류성원, 김기홍, 이길행, 2012, Electrics and Telecommunications Trends 10. 혼합현실공간(MRS)의 미디어환경 특성연구, 한정엽, 안진근, 2010년 6월, 한국콘텐츠학회논문지 2010 vol.10 no 특허기술동향조사 보고서(스마트비전 기술을 가진 개방형 시스루 스마트안경 플랫폼 개발 과제), 월, R&D특허센터 한국산업기술평가관리원 107

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109 터치기반 스마트 단말 UX 기술 SUMMARY l저자l 나연묵 PD / KEIT 차세대컴퓨팅 PD실 경기욱 실장 / 한국전자통신연구원 박선택 책임 / 한국전자통신연구원 윤성률 선임 / 한국전자통신연구원 목적 촉각 입출력을 제공하는 터치스크린 연동 UX 기술의 개발 동향 및 향후 전망을 살펴보고, 시장에서 파급 효과가 클 것으로 예측되는 기술의 선점을 위한 정책적 투자에 관하여 논함 주요현황 터치 센서는 정보통신기기의 가장 주요한 입력 수단으로 순수 부품으로만 1조 원 이상의 시장 규모를 갖으며, 2017년 2조 원 이상으로 예측되는 반면, 국내 산업체의 생산량은 많은 반면에 독자적 기술권 확보는 미진한 편임 햅틱 액추에이터는 터치스크린의 가장 주요한 UX 출력 수단으로 기대되고 있음에도 불구하고 현재 공진 발생 중심의 촉각 출력 액추에이터만 상용화 되어 촉각 출력 효과가 기대에 미치지 못하고 있음. 정밀한 촉각 액추에이터는 선진국에서 선도 중임 시사점 및 정책제안 디스플레이 분야는 유연 디스플레이, 투명 디스플레이를 중심으로 차세대 디스플레이 연구 개발에 정책적인 투자가 진행되고 있음 유연 디스플레이, 투명 디스플레이 시장은 5-10년 후로 예측되는바 관련 시장에 대응할 수 있는 차세대 촉각 입출력 수단, 즉 유연, 투명, 다 포인트 터치센서 및 유연, 필름형, 투명 액추에이터 등 선도 대응 기술 연구 개발이 현 시점에서 필요함

110 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 멀티 터치 센서 기술 주요 동향 기술 개발 동향 - 터치 입력 기술이란 컴퓨터 및 디지털 기기의 원활한 이용을 위해 버튼, 키보드, 마우스 등으로 입력하던 방식에서 디스플레이에 직접 손이나 펜을 터치하여 정보를 입력하는 기술로써, 사용자가 직감적이고 편리하게 사용할 수 있어 그 활용 분야가 더 확대되고 기술은 고도화되고 있음 - 버튼 같은 단순 터치 기능에 적용되었던 터치 센서 기술은 20인치 급 이상의 디스플레이에 적용 가능한 대형 터치 센서 기술, 여러 개의 터치 신호를 동시에 감지할 수 있는 멀티 터치 센서 기술, 플렉시블 디스플레이에 적용 가능한 플렉시블 터치 센서 기술, 그리고 햅틱 피드백이 가능한 촉각 센서 기술 등 다양한 기술들에 대한 연구가 활발히 진행되고 있음 [그림 5-1] 터치 센서 기술 적용 분야 및 발전 전망 단순 터치(1-point) 멀티 터치(2-point) 다기능터치(Many-point, 대면적, 유연, 압력인식) 터치 기술의 진화 - 터치 센서 기술은 애플의 아이폰을 시발점으로 휴대폰뿐 아니라 태플릿 PC, 노트북, 모니터, DID(Digital Information Display) 제품에 이미 적용되고 있으며 향후 Surface 컴퓨터, 전자종이, 플렉시블 OLED 디스플레이 등에 탑재될 것으로 예상됨 - 터치 센서 기술 구현 방식으로는 크게 저항막 방식, 정전용량 방식, 적외선 방식 등 다양한 기술이 있으나 부드러운 터치와 멀티 터치 기능 구현이 용이한 정전용량 방식이 향후 확대될 것으로 예상됨 년 기준으로 저항막 방식이 전체의 66%, 정전용량 방식이 33%로 정전용량 방식은 제스처 터치, 멀티 터치 및 부드러운 터치가 가능하다는 점에서 모바일 기기에서의 채용이 증가하고 있으며, 최근 7인치, 10.1인치 등 중형 어플리케이션에서도 정전용량타입이 채택되고 있어 2013년에는 점유율이 40% 이상 늘어날 것으로 기대됨. 또한 PC 모니터 및 대형 애플리케이션으로의 적용이 예상되므로 점유율은 더욱 증가할 것으로 전망됨 110 한국산업기술평가관리원

111 ISSUE 5 터치기반 스마트 단말 UX 기술 [그림 5-2] 터치패널의 기술 방식별 시장 점유율 Others Others 0.2% 0.2% SAW SAW 1R 0.2% 1R 0.1% 0.4% 0.7% Capacitive Capacitive 33.3% 43.3% Resistive Resistive 66.0% 55.6% * 출처: Displaybank, 최근 터치패널 이슈와 향후 전망(2010) - 대형 멀티 터치센서 제품 개발 동향을 살펴보면, 대만의 대표적인 터치제조사인 TPK는 2011년 CES에서 21인치 급 정전용량 방식의 멀티 터치센서 제품을 발표하였고(그림 5-3-a), 삼성전자는 2012년 CES에서 마이크로소프트와 공동 개발한 40인치 급 멀티 터치 테이블 디스플레이(그림 5-3-b)를 발표하였고 현재 예약 판매 중임 [그림 5-3] 대면적 멀티 터치패널 시제품 (a) 21인치 급 TPK사 멀티터치 시제품 (b) 삼성전자 40인치 멀티터치 테이블 디스플레이 시제품 - 적외선 터치스크린 국내 전문업체인 넥시오와 PulseIR은 멀티 터치 기능에 있어 취약한 것으로 평가 받아온 적외선 분야에서 최초로 멀티 터치 및 면적인식 기술을 개발하여 특허권을 보유하고 있으며, 멀티 터치 기능이 가능한 100인치 이상의 대면적 터치 패널을 개발하였음 - 이스라엘의 N-trig와 미국의 Cypress Semiconductor 등은 투영 정전용량 방식 기반의 멀티터치 터치스크린 컨트롤러 솔루션을 개발하였으며, 미국 Perceptive Pixel 및 3M 등에서 멀티터치 기술을 바탕으로 소프트웨어 및 하드웨어를 통합한 대면적 멀티터치 스크린 복합 솔루션을 개발하였음 - 터치센서는 현재 단순 터치만 인식하고 있으나 삼성 LG등 국내 업체 뿐 아니라 Apple, NOKIA 등 해외 기업 및 연구기관에서도 터치 뿐 아니라 압력, 즉 누르는 힘을 동시에 측정할 수 있는 터치 패널에 관한 연구 개발이 적극적으로 진행되고 있음 한국산업기술평가관리원 111

112 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 압력을 동시에 측정할 수 있는 투명 터치센서는 향후 유연 디스플레이와도 결합될 수 있도록 개발 중이며, 국내에서는 전자통신연구원, 전자부품연구원, 표준과학연구원 등 연구기관을 중심으로 초기 연구 단계에 있음 [그림 5-4] 투명 유연 압력센서 (a) Stanford University (b) 전자통신연구원 시장 동향 - IT 기술의 발달에 따라 다양한 용도의 제품이 개발되고 있으며, 손쉽게 기기를 작동시킬 수 있는 입력장치의 필요성은 더욱 증가하고 있음 이러한 기술 구현을 위하여 터치센서를 적용한 디스플레이 디바이스의 개발은 필연적임 터치센서 기술을 적용한 대형 디스플레이 디바이스는 소비자의 편의성을 극대화하면서 동시에 입력장치 = 터치스크린 이라는 시대적 트렌드를 부합시켜 지속적인 시장 성장이 예측됨 - 디스플레이서치에 따르면 전 세계 터치스크린 모듈 시장은 휴대전화, 휴대용 게임기, 태블릿 시장의 급격한 성장에 따라 터치스크린 모듈 시장 매출은 2011년 134억 달러에서 2017년에는 약 2배인 239억 달러에 이를 것으로 전망함 - 터치스크린 중 순수 터치 패널이 차지하는 비중을 10%로 감안할 경우에도 현재 1조 5천억 원, 5년 후에는 2조원 이상의 시장으로 예측됨 [그림 5-5] 전세계 터치스크린 모듈 시장 매출 추이 전망( ) 매출(단위: 십억 달러) 전년대비 성장률(%) (연도) * 출처: DisplaySearch( ) 112 한국산업기술평가관리원

113 ISSUE 5 터치기반 스마트 단말 UX 기술 - 앞으로 수년 동안은 올인원 PC, 노트북, 게임콘솔 등 보다 큰 사이즈의 디스플레이 수요에 의해 터치스크린 모듈이 높은 시장 성장을 지속할 전망이며 높은 송신율, 저 전력 소비, 멀티터치 또는 동작 인식을 제공하는 터치스크린 기술 중심의 시장 성장이 이루어 질 것으로 예상된다. 정책적 이슈 연구개발 투자 현황 - 지경부를 중심으로 IT Korea 5대 미래전략을 수립하여 메모리, 디스플레이, 휴대폰 품목에 대해 3대 품목 세계 시장 점유 1위 달성, 5대 IT 장비산업 국산화 등의 목표를 추진 중이며 디스플레이 제품은 차세대 디스플레이 기술 및 기술 표준 선점을 통해 세계시장 점유율 1위 위상의 계속적 유지를 추진하고 있음 - 터치스크린 관련 기술 개발은 2010년 지경부에서 100대 전략 제품기술로 미래형 터치스크린 기술을 포함시키고 플렉서블 터치, 3D 터치 및 관련 부품 연구 개발이 국가 지원으로 이루어지고 있다. 특히, 소재의 경우 WPM 사업을 통해 플렉서블 기재 필름 및 투명전극 등 국산화를 위한 지원이 이루어지고 있음 향후 정책적 지원 분야 및 필요성 - 우리나라 기반산업으로 세계 경쟁력 및 시장 점유율 1위의 타이틀을 가지고 있는 디스플레이 산업은 현재의 경쟁력 유지를 위해서 새로운 터치스크린 기술 개발을 통한 신 시장 창출은 필연적임 - 국내 업체가 LCD, OLED 패널 산업은 세계 시장에서 우위를 점하고 있으나 터치패널 산업은 전통적으로 대만, 일본보다 뒤져있는 상황이고 그 격차가 줄어들고 있지 않는 상황임 이는 지금까지 터치패널 산업이 모바일 위주의 시장형성으로 인해 국내에서는 관심이 낮았고 중소기업 산업구조가 강한 대만보다 경쟁력이 낮았기 때문임 - 그러나, 터치패널이 중대형 디스플레이에 적용되고 그 기능의 중요성이 강화됨에 따라 세계 디스플레이 시장에 미치는 영향이 커지고 있어 단시간에 해외 선진 국가와 기술격차를 줄이기 위해서는 산업체의 적극적인 기술 개발과 집중 투자 육성이 필요함 - 터치 패널 기술은 산업적 관점에서 중소기업 아이템으로 중소기업의 기술력 육성 및 경쟁력 확보와 디스플레이 패널 산업을 주도하고 있는 대기업과의 협력이 필수적이며 이를 위한 정부 지원 및 중재가 필요함. 기술적으로는 멀티 터치, 대형화, 고기능화의 발전 추세에 부합하며 기존의 터치 센서가 가지는 단점을 극복할 수 있는 새로운 형태의 터치 센서의 개발이 필요한 상황임 - 압력을 측정할 수 있는 터치패널 기술은 향후 새로운 터치 패널 시장이므로 정책적 투자를 통하여 선도 기술을 확보함으로써 현재 생산기지 역할로 국한된 국내 산업체를 개발 및 기술 주도 업체로 탈바꿈 하도록 하는 계기 마련이 필요함 한국산업기술평가관리원 113

114 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 기술개발 기대효과 기술적 기대효과 및 활용 분야 - 새로운 방식 또는 기술을 기반으로 하는 터치 센서 개발은 LCD 및 OLED 디스플레이의 경쟁력 확보 뿐만 아니라 터치 기술 적용에 따라 새롭게 성장하는 태블릿 PC, 모니터, DID 등의 산업에서 한국의 시장 점유율을 높이는 효과가 기대됨 - 특히, 터치 패널의 핵심기술 중 하나인 투명 전도막 기술의 개발은 터치 센서 분야와 더불어 태양전지, 투명 디스플레이 소재에 응용되어 원가절감 및 기술적 혁신을 가져올 것으로 예상됨 정책적 기대효과 - 터치센서 관련 부품, 소재, 패널 기술은 중소기업에 적합한 기술이나 패널을 이용한 디스플레이, PC, 휴대폰 등의 제품은 대기업이 세계적 경쟁력을 보유하고 있어, 터치 기술 관련 중소기업에 대한 국가적 투자는 중소기업의 경쟁력 향상 뿐만 아니라 중소기업과 대기업의 동등한 협력 및 상생의 효과가 기대됨 2. 촉각(Haptic) 피드백 액추에이터 기술 주요 동향 기술 개발 동향 - 최근 다양한 햅틱 기술들의 출현은 사용자가 시각적 인지 이외에 터치 감각을 함께 제공받을 수 있도록 하는 실감 인터페이스 기술의 현실화에 큰 기여를 하고 있으며, 모바일 기기 시장의 급격한 성장과 더불어 휴대용 전자기기에 실감을 전달할 수 있는 햅틱 피드백 기술 접목의 필요성이 크게 부각되고 있음. 이에 햅틱폰, 아이폰4, PMP 등과 같은 대중화된 모바일 기기에 햅틱 피드백 기술이 적용되고 있으며, 기능성 소자의 집적도의 증가에도 소형화 및 저 전력화를 추구하는 최근 모바일 기기의 기술적 추세를 만족시키는 햅틱 피드백 기술을 확보하기 위한 연구가 진행되고 있음 [그림 5-6] 햅틱 액추에이터 기술의 진화 현재 상용화 연구개발 투명 햅틱 액추에이터 투명 자가변형 선형공진모터(LRA: 공진, 임팩트 액추에이터 ) 편심모터(ERM: Diffused Vibration) 박막형 액추에이터(피에조, EAP등: 고정밀, 다기능) 햅틱 액추에이터 기술의 진화 114 한국산업기술평가관리원

115 ISSUE 5 터치기반 스마트 단말 UX 기술 - 최근 터치스크린의 사용이 증대되면서 터치스크린과 햅틱 인터페이스를 연동하기 위한 많은 연구들이 시도되고 있으며, 햅틱 느낌을 구현할 수 있는 출력 소자로서는 모터 및 압전 소재 기반의 액추에이터가 주로 사용되고 있음. Sony사는 압전 세라믹에 기반한 다중 bending 모터를 이용한 vibrotactile 액추에이터를 개발하여 Impulse, tapping, clicking 등의 촉감을 표현할 수 있는 TouchEngine이라는 휴대용 단말기 촉감 인터페이스를 구현하였고(그림 5-7-a), 모토로라에서는 압전 세라믹 액츄에이터를 압력 센서형 버튼 하부에 배치하여 터치 느낌을 구현한 ROKR E8 Phone을 개발하였으며(그림 5-7-b), NOKIA는 액체가 담겨있는 소형 포켓에 압전 액추에이터로 압력을 가해 터치스크린의 일부를 돌출되게 하는 기술을 개발을 시도 중임 [그림 5-7] 액추에이터 기술 (a) Sony 사의 터치 엔진 (b) 모토롤라사의 ROKR E8 Phone - 한국전자통신연구원(ETRI)에서는 스타일러스 펜 내부에 핀 방식의 액추에이터를 삽입해서, 스타일러스 펜이 디스플레이에서 움직일 때 촉감을 느끼게 하는 햅틱 인터페이스인 Ubi-Pen(그림 5-8-a)과 6 자유도 센서 및 화면상의 사용자 인터페이스를 따라서 진동이 발생되는 선형진동자를 이용하여 모션인식 및 사용자에게 보다 빠른 촉각 피드백을 제공하는 햅틱 리모콘(그림 5-8-b)을 개발하였음 [그림 5-8] 한국전자통신연구원의 액추에이터 기술 (a) Ubi-Pen (b) 모션 기반 햅틱 리모콘 - 위에서 언급한 모터 및 압전 소재 기반의 액추에이터 이외에 정전기력 또는 전기활성고분자(Electro-active polymer, EAP)도 햅틱 느낌을 구현하는 방법으로 심도 있는 연구가 진행되고 있음 한국산업기술평가관리원 115

116 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL EAP를 이용하는 방법은 양면에 전극을 도포한 유전탄성체(Dielectric Elastomer)에 전기장을 인가하였을 때, 두 전극 층 사이에서 작용하는 쿨롱 힘(Coulomb force)으로 인해 발생하는 정전기적 압력으로 변형이 발생하는 유전탄성체의 특성을 이용한 것임. 미국의 AMI(Artificial Muscle Inc)는 다양한 유전탄성체의 단층 및 다층구조에 교류 전기장을 가해 유전탄성체에 발생하는 변형으로 진동을 발생시켜 햅틱 느낌을 전달하는 기술을 개발하였음(그림 5-9). 이처럼 모바일 기기 시장의 급격한 성장으로 인해 모바일 기기의 기능적 혁신을 기대하는 사용자의 요구 중 부각되고 있는 실감 인터페이스 기술의 발전은 모터 및 압전소자 기반 액추에이터에서부터 소형화 및 저 전력화에 부합하는 다양한 햅틱 출력 소자 개발을 이끌고 있으며, 조만간 진동 모터 수준의 전력 소모만으로도 다양한 촉감을 발생시키는 소자 및 이를 이용한 실감 인터페이스 기술을 장착한 모바일 디바이스가 시장에 다양한 제품으로 등장할 것으로 기대됨 [그림 5-9] AMI사의 EAP 액추에이터 기반의 Vivi Touch - 정전기력을 이용하는 방법은 크게 손가락과 투명 전극 사이에 발생하는 정전기력(Electro-static force) 변화를 이용하는 방법과 전극이 도포된 두 장의 판 사이에 공간을 두고 양전극면을 대전시키는 방법을 사용하고 있음. 전자를 통해서는 Disney Research Pittsburgh의 Tesla Touch는 일반 터치 패널 위에 유리판과 투명 전극 및 절연판으로 구성된 구조물을 설계하여 Sticky, waxy, bumpy, smooth, pleasant, unpleasant, friction, vibration 등의 다양한 느낌을 표현할 수 있는 기술을 개발하였고(그림 5-10-a), Toshiba에도 이와 비슷한 질감 인터페이스인 SenSeg를 개발하였음(그림 5-10-b). - Pacinian사에서는 터치스크린 위에 Indium Tin Oxide(ITO)를 도포한 필름을 장착하고 대전을 통한 정전기력 변화를 이용하여 매우 사실적인 버튼감 등 다양한 느낌을 구현하는 햅틱 터치 필름을 개발하였음(그림 5-10-c) [그림 5-10] Disney Research Pittsburgh, Toshiba사, Pacinian사의 기술 (a) Tesla TouchSen (b) SenSeg (c) 햅틱 터치 필름 116 한국산업기술평가관리원

117 ISSUE 5 터치기반 스마트 단말 UX 기술 시장 동향 - 모바일 디바이스의 터치스크린 시장의 성장은 햅틱스 기술 발전의 가장 큰 동력임. ARC chart는 모바일 디바이스용 터치스크린 시장이 2010년 279만 개에서 2015년에는 887만 개로 성장할 것으로 내다보고 있음. 대부분의 사용자가 요구하는 얇고 소형인 모바일 디바이스 개발을 위해 많은 물리적인 인터페이스의 수를 회피하고 있고, 앞으로 Apple사의 iphone에서 사용하고 있는 몇몇의 물리적 버튼도 가까운 미래의 iphone 디자인에서는 배제될 것으로 판단하고 있음. 또한, 물리적인 컨트롤들이 터치스크린 상에 표현되는 가상의 인터페이스로 대체되는 추세이지만, 이러한 인터페이스들은 사용자가 실제로 콘트롤을 통해 상호작용을 실제 하고 있는지 알 수 있도록 하는 물리적 또는 촉감 피드백을 공급하지는 않음. 그러므로 햅틱 기술은 이런 가상 인터페이스가 가지고 있는 한계점을 극복할 수 있는 해결책을 제시하고 있으며, 스크린상에 세밀한 진동을 이용하여 물리적인 키나 콘트롤러를 슬라이딩하는 감각을 조합할 수 있어서 터치스크린 상의 타이핑 속도와 정확도를 향상시킬 수 있는 장점을 가지고 있음. - 현재, 디바이스 당 $ 로 제조 비용이 다른 햅틱스 소자에 비해 4-5배 저렴한 관성 기반 햅틱스 소자 기술이 지속적으로 모바일 핸드폰 시장을 점유할 것으로 예상하고 있음. 하지만, 빠른 반응속도 및 뛰어난 감각 구현성능을 보유한 압전소자 및 EPAM(Electractive Polymer Artificial Muscle) 기반의 촉감출력 소자 기술이 정교하게 촉감을 전달할 수 있는 고정밀 햅틱스(HD Haptics)를 구현할 수 있는 유망한 기술로써 부각되고 있으므로 ARC Chart는 상기 출력 소자들 기반의 햅틱스 기술과 햅틱 소프트웨어 및 콘트롤러 IC를 접목한 디바이스가 2011년부터는 모바일 게임 시장을 주도할 것으로 예상하고 있고, Immersion사도 2011년부터 immersion series 5000 기술에 압전 액추에이터 기술을 탑재할 것으로 예상하고 있음. 또한, 세계적 규모의 모바일 디바이스 제조사인 HTC, 삼성전자, Apple등은 고해상도 햅틱스 기술을 탑재한 단말기 개발을 하고 있으며, Nokia는 햅틱스 기술 개발에 초첨을 두고 있음 - 햅틱스 기술 가치의 상향화로 본 기술을 접목한 단말기 시장이 급속하게 성장하면서 햅틱스 기술을 접목한 단말기가 2010년에 1억 4,600만 개에서 2015년에는 6억 5,100만 개로 증가할 것으로 예상되고 있으며(그림 5-11-a), 모든 전자 디바이스의 22%, 2015년에는 50%로 그 사용 규모가 크게 확대될 것으로 예상되고 있는 터치스크린에도 햅틱스 기술을 접목하고자 하는 수요가 증가하고 있으므로 터치스크린 시장의 확대와 함께 햅틱스 시장도 동반 성장할 것으로 예상하고 있음(그림 5-11-b) [그림 5-11] 관련 단말기의 예상 성장 규모 Handset Unlts (millons) Non-Smartphone Smartphones Handset Unlts (millons) , Source : ARC chart Source : ARC chart (a) 햅틱스 기술을 탑재한 모바일 기기 (b) 터치스크린 단말기 한국산업기술평가관리원 117

118 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 [그림 5-12] 햅틱스 시장의 예상 규모 Component Sales ($millons) $800 $700 $600 $500 $400 $300 $200 $100 $0 Component Sales ($millons) $160 $140 $120 $100 $80 $706 $143 $60 $543 $417 $89 $40 $348 $241 $175 $20 $46 $9 $24 $ Source : ARC chart Source : ARC chart (a) 전체 햅틱스 시장 (b) 고정밀 햅틱스 시장 - 최근 ARC는 2010년 기준으로 작성한 햅틱스 기술 구성 소재 가격을 바탕으로 전체 햅틱스, 고해상도 햅틱스 및 콘트롤러 IC에 대한 글로벌 시장 성장 규모에 대한 예상치를 제시하였음. 고정밀도 햅틱스, 햅틱스 소프트웨어 및 콘트롤러 IC 시장을 포함한 전체 햅틱스 시장은 2010년 1.75억 달러에서 2015년에는 7.06억 달러로 약 32%가량 성장할 것으로 예상함(그림 5-12-a) - 고정밀 햅틱스 기반의 디바이스는 2011년에 상용화 제품이 나오기 시작하여 2013년 또는 2014년에 활성화될 것으로 예상하며, 2015년에는 고정밀도 햅틱스 디바이스가 2.74억 개 가량 생산되어 전체 단말기의 생산량의 15% 및 모든 햅틱스를 이용한 디바이스의 44%를 각각 점유할 것으로 예상하고 있으며, 고정밀도 햅틱스 소자 시장 규모는 매년 두 배 성장하여 2015년에는 1.43억 달러에 도달할 것으로 예상하고 있음(그림 5-12-b) 정책적 이슈 연구개발 투자 현황 - 햅틱스 기술은 차세대 컴퓨터 및 모바일 디바이스 인터페이스, 네트워크 기반 상호작용, 체험형 시뮬레이터, 오감 상호작용, 직관력을 높이는 장치를 현실화하는 데 핵심이 되는 것으로 차세대 컴퓨터, 지능형 로봇, 디지털 홈, 자동차, 텔레매틱스 등 많은 응용 분야에 인간과 기기 간의 자연스러운 인터페이스를 접목하기 위해 국내뿐만 아니라 세계적으로 많은 연구 개발 투자가 진행되고 있음 - 최근 시장의 고속 성장으로 지속적인 혁신을 추구하고 있는 모바일 디바이스 개발 기관들은 사용자에게 실감을 전달할 수 있는 햅틱 인터페이스 기술을 도입하기 위해 요구되는 핵심기술인 촉감 출력 소자 및 햅틱 소프트웨어, 콘트롤러 IC 분야의 투자를 확대해 나가고 있음. 촉감 출력 소자는 ERM, LRA, 압전 액추에이터, EPAM을 이용하여 Sanyo, 삼성(SEMCO), AAC Acoustics, Pacinian, AMI 등에서, 소프트웨어는 Immersion, Senseg 등에서, 콘트롤러 IC는 반도체 및 터치 콘트롤러 분야의 전문 기업인 Imagis, Texas Instrument, Cypris 등에서 많은 연구 개발 투자를 하고 있음. 또한, 삼성전자, Nokia, Apple, Motorola, HTC 등 글로벌 모바일 디바이스 제조 기업도 자체적으로 햅틱 인터페이스 기술을 확보하기 위해 투자를 아끼지 않고 있음 118 한국산업기술평가관리원

119 ISSUE 5 터치기반 스마트 단말 UX 기술 향후 정책적 지원 분야 및 필요성 - 우리나라 산업 중 세계 경쟁력 및 최상위 시장 점유율을 가지고 있는 모바일 디바이스 산업은 모바일 디바이스 시장의 빠른 성장과 사용자 요구의 고급화로 인해 지속적인 모바일 디바이스 기술의 혁신을 통해 세계적 경쟁력을 확보가 필연임. 그러나 현재 모바일 디바이스의 혁신을 주도할 기반기술 중 하나로 예상되는 햅틱스 기술에 대해 해외의 유수 업체들은 이미 세계적 경쟁력을 발 빠르게 확보해나가고 있으므로 본 기술력에 대한 동등한 경쟁력 또는 경쟁 우위를 빠르게 확보하지 못한다면 차후 햅틱 인터페이스를 탑재한 모바일 디바이스가 시장을 장악하는 시점에서 국내 기업이 경쟁 우위에 있기 어려워질 것임. 그러므로 햅틱스 핵심 기술인 촉감 출력 소자 및 햅틱 소프트웨어, 콘트롤러 IC 분야에서 국내 산업체의 적극적인 기술 개발과 집중 투자 육성이 필요함 기술개발 기대효과 기술적 기대효과 및 활용 분야 - 햅틱스 기술은 인간과 기기 간의 자연스러운 상호작용을 가능하게 하는 기술로 차세대 컴퓨터 및 모바일 디바이스 인터페이스, 네트워크 기반 상호작용, 체험형 시뮬레이터, 오감 상호작용, 직관력을 높이는 장치의 현실화를 통해 차세대 컴퓨터, 지능형 로봇, 디지털 홈, 자동차, 텔레매틱스 등 많은 응용 분야의 발전 및 시장 확대에 기여할 것으로 예상됨. 특히, 햅틱스 기술의 핵심기술 중 하나인 햅틱 인터페이스 기술이 지속적인 발전을 통해 모바일 디바이스에 탑재된다면 기존의 모바일 디바이스 기술의 혁신을 일으킬 수 있는 원동력이 될 것으로 기대됨 정책적 기대효과 - 햅틱스 기술의 발전은 촉감 출력 소자 및 햅틱 소프트웨어, 콘트롤러 IC 분야의 기술의 동반 성장을 통해 구현이 가능하며, 현재 전세계적으로 대기업이 아닌 중소기업들이 각 분야의 기술력 확보를 위해 많은 투자를 하고 있음. 이에 햅틱스 기술을 접목한 전자 디바이스 분야의 세계적 경쟁력 확보 및 시장 점유를 위해 각 분야 기술력을 국내 중소기업이 확보할 수 있도록 국가적 투자를 한다면 국내 분야 세계적 경쟁력을 보유한 대기업과 상호 협력으로 중소기업과 대기업의 상생의 효과가 기대됨 3. 향후 연구 개발 방향 유연 필름형 센서 및 액추에이터 - 유연 디스플레이(Flexible Display)는 LCD, LED, OLED에 이은 차세대 주요 디스플레이 시장으로 예측되고 있으며, 삼성전자, LG전자, 소니 등 주요 디스플레이 관련 기업들에서도 현재 활발한 기술 개발 투자 중에 있음 - 유연 디스플레이는 국가적으로도 R&D 기획단 및 주요 연구개발 기관에서 국가 주요 소재부품 연구 분야로 지정하여 연구개발 투자를 집중하고 있는 반면에, 유연 디스플레이가 등장하였을 때 입출력을 위한 방법에 관한 연구 개발 투자는 부족한 편임 한국산업기술평가관리원 119

120 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 예상되는 유연 디스플레이 입출력 인터페이스는 유연한 터치센서와 유연한 햅틱 액추에이터이며, 현재 관련 확보된 기술 투자가 외국에 비하여 국내는 거의 없는 편임 - 유연 터치센서, 유연 액추에이터는 필름(박막) 형태로 개발될 필요가 있으며, 박막형태의 터치센서 및 액추에이터는 유연 디스플레이 뿐 아니라 다양한 분야에서 활용될 가능성이 높음 투명 센서 및 액추에이터 - 투명 디스플레이(Transparent/See-through Display)는 유연 디스플레이와 함께 미래의 디스플레이 기술로 주목 받고 있음. 투명 디스플레이는 유리창과 같이 투명 전자기기를 구현하게 하므로 인류의 삶의 모습을 바꿀 중요한 기술로 주목받고 있음 - 투명 디스플레이의 장점을 유지하기 위해서는 투명 디스플레이의 입출력 인터페이스 또한 투명하게 설계 및 개발되어야 함. 특히 투명한 액추에이터나 투명한 센서는 세계적으로 개발된 사례가 매우 적으므로, 연구개발 투자가 이루어질 경우 국내 연구기관 및 기업이 선도 기술의 우선 확보를 기대할 수 있음 - 국내에서는 전자통신연구원, 인하대학교 등 일부 연구기관에서 투명한 촉각 액추에이터 및 투명한 터치/압력 센서를 연구하고 있으나 기초연구 단계 수준에 머물고 있다. 정책적인 투자를 통하여 향후 10년 후 시장에서의 파급효과가 큰 기술을 선도 개발할 필요가 있음 [그림 5-13] 멀티터치센서와 투명 액추에이터 일체화 연구(전자통신연구원) 120 한국산업기술평가관리원

121 ISSUE 5 터치기반 스마트 단말 UX 기술 [참고문헌] 1. 최근 IT 동향, 주간기술동향, , 정보통신산업진흥원 년 터치스크린 산업현황과 전망, 김윤지, 2011, Issue Briefing, Vol , 한국수출입은행 3. 햅틱스 기술개발 동향 및 연구 전망, 경기욱, 박준석, 2006, 21권, 5호, , 한국전자통신연구원 4. Haptics in Touch Screen Hand-Held Devices, Immersion, Next Generation Haptics: Market Analysis and Forecasts, Peter Crocker, Matt Lewis, 2011, ARCchart 6. Apple IPhone 4G, 7. Sony TouchEngine, 8. Motorola, 9. Ubi-Pen: Development of a Compact Tactile Display Module and Its Application to a Haptic Stylus, Ki-Uk Kyung, Jun-Seok Park, 2007, Second Joint EuroHaptics Conference and Symposium on Haptic Interfaces for Virtual Environment and Teleoperator Systems 10. A Motion-Based Handheld Haptic Interface, Ki-Uk Kyung, Jun-Seok Park, EuroHaptics 2010, Part II, LNCS 6192, pp , TeslaTouch: electrovibration for touch surfaces, Olivier Bau, Ivan Poupyrev, Ali Israr, Chris Harrison, 2010, UIST 2010 Proceedings of the 23nd annual ACM symposium on User interface software and technology 12. Senseg, Picinian Corp., Artificial Muscle Inc, Transparent and Flexible Force Sensor Array based on Optical Waveguide, Youngsung Kim, Suntak Park, Seung Koo Park, Sungryul Yun, Ki-Uk Kyung, Kyung Sun, Optics Express, Vol. 20 Issue 13, pp , 2012 [국내 외 주요 기술개발 현황] 연구기관명 프로젝트명 개요 연구기간 한국전자통신연구원 한국전자통신연구원 이미지랩(주) 삼원에스티 ATS엔지니어링 윈도우 일체형 30인치 급 터치센서 개발 시-촉각 융합 디스플레이 기술 및 렌더링 엔진 개발 20인치 급 1-glass방식의 멀티터치가 가능한 정전터치 패널개발 멀티터치가 가능한 정전용량방식의 대형 터치스크린 개발 금속박막을 이용한 T/P 제조기술 30인치 급 디스플레이 패널에 적용 가능한 정전용량 방식의 윈도우 일체형 터치센서 개발 터치센서, 디스플레이, 햅틱 기능이 융합된 디스플레이 기술개발 하나의 유리 기판에 멀티터치가 가능한 정전용량 방식의 20인치 터치패널 개발 멀티터치가 가능한 정전용량방식의 대형 터치스크린 개발 금속 전극을 이용한 터치패널 제조기술 개발 한국산업기술평가관리원 121

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123 클라우드 컴퓨팅 보안 기술동향과 산업전망 l저자l 차영태 PD / KEIT 지식정보보안 PD실 SUMMARY 클라우드 컴퓨팅 보안 개요 기존 IT 환경의 보안 위협을 그대로 상속하고, 클라우드 특성에 따른 가상화, 다중임차(Multi-tenancy), 원격지에 정보 위탁 사업자 종속, 모바일 기기 접속, 데이터 국외이전, 침해사고 대형화, 데이터센터 안전성 등 신규 공격 위협이 존재함 클라우드 컴퓨팅 환경 위협 공격에 대해 기존 보안 기술은 가상화의 구조적 특성 인식 한계, 하이퍼바이저 루트킷 등 진화하는 악성코드 탐지 한계, 빈번한 자원변동 및 물리자원 공유 특성으로 인한 가상머신 보안관리 어려움이 존재함 국내 외 기술현황 가상화 기법을 이용한 호스트 공격 탐지, 가상머신 상태 분석, 가상화 기반 루트킷 및 하이퍼바이저 루트킷 개념 증명 등의 연구가 진행됨 VMware, 트렌드마이크로, 주니퍼 등 해외 글로벌 보안 기업에서 가상화 안티바이러스, 방화벽, IPS/IDS, 보안 관리 솔루션을 출시하기 시작함 국내에서는 클라우드 보안 위협 분석, 데이터 보호 등의 솔루션이 출시되었지만, 하이퍼바이저 구조 특성을 이용한 가상화 기술 개발은 초기단계임 정책적 시사점 정부 기업에서 클라우드 컴퓨팅 환경 구축 및 도입 시 최대 걸림돌은 보안 문제로, 가상화 및 클라우드 보안 위협이 본격화될 것에 대한 대응 준비가 필요함 국내 기술개발 수준은 초기단계로 해외 글로벌 보안기업의 국내시장 잠식과 핵심기술에 대한 외국 의존도가 심화될 우려가 높아 정부 차원의 원천기술 개발 지원이 필요함

124 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 클라우드 컴퓨팅 보안 개요 클라우드 컴퓨팅 환경의 보안 취약성 및 보안위협 정부 기업에서 클라우드 구축 도입 시 최대 걸림돌은 보안 문제 - 국내 기업들의 클라우드 이전 준비는 미흡하고, 대다수 기업들은 클라우드 도입 시 장애요인 1순위로 악성코드, 기밀 데이터 해킹 및 유출 등 보안 문제를 가장 우려함 - 트렌드마이크로, 블루코드, 안랩 등 국내 외 주요 보안 업체들은 2012년 보안 위협으로 가상화 및 클라우드 보안 위협이 본격화될 것으로 전망함 기존 보안 위협을 상속하고 클라우드 특성에 따른 신규 보안 위협 존재 - 가상화, 다중임차(Multi-tenancy), 원격지에 정보 위탁 사업자 종속, 모바일 기기 접속, 데이터 국외이전, 침해사고 대형화, 데이터센터 안전성 등 이슈([그림 6-1], [표 6-1]) [그림 6-1] 클라우드 컴퓨팅의 유형별 보안 위협 개념도 멀티테넌시(Multi-tenancy) A기업 B기업 악의적인 공격자 서비스 장애 가상머신 간 해킹 VM VM 하이퍼바이저 클라우드 서비스 (IaaS, PaaS, SaaS) VM VM VM VM 하이퍼바이저 취약한 단말기에서 정보유출 단말 분실/도난에 의한 ID 도용 취약한 접속망에서 정보유출 스토리지/DB 스토리지/DB 악의적인 관리자에 의한 접근 IT자원 공유(스토리지/DB) 클라우드 환경에서 가상화 플랫폼의 하이퍼바이저를 통해 가상서버가 상호 연결된 구조적 특성에 따른 신규 공격 경로 존재 - 하이퍼바이저의 보안취약점을 이용해 전체 가상서버 해킹 또는 악성코드 확산이 가능하고, 가상화 플랫폼 (VMware, Xen, MS Hyper-V 등) 보안 취약성이 꾸준히 발견됨 클라우드 컴퓨팅에서는 특권을 가진 사용자의 접근제어, 데이터 무결성, 데이터의 분산관리, 서비스의 가용성 보장 등이 중요한 보안 요소 - 클라우드 컴퓨팅을 통해 데이터가 연동되고 자원을 다양하게 활용하는 것에는 데이터 보호와 자원의 관리 정책, 기업 비밀 관리나 개인의 프라이버시 측면에서의 문제점 해결이 필요함 124 한국산업기술평가관리원

125 ISSUE 6 클라우드 컴퓨팅 보안 기술동향과 산업전망 [표 6-1] 클라우드 컴퓨팅의 주요 보안 취약성 및 사고사례 특징 고객 정보의 제3자 위탁 저장 다수 고객 임차 환경 (Multi-tenancy) 가상화 (단일 물리자원을 복수의 논리자원으로 재분배) 정보 서비스 집중화 주요 보안취약점 및 사고 사례 고객 정보를 저장 관리하는 제3기관의 보안수준이 고객 정보 보안 수준을 결정 클라우드 사업자 내부 직원의 고의, 설정 오류 등의 관리부주의로 인한 정보 유출 가능 * 이메일, 온라인미팅시스템 등을 제공하는 MS 기업용 클라우드 솔루션의 권한 설정 오류 로 기업정보가 타인에게 열람( ) * 국내 K 社 관리자 실수로 고객 계정 및 가상 머신 삭제( ) 클라우드 서비스를 이용하는 모바일 단말기 분실, ID/PW 도용으로 타인 정보에 불법접근 가능 클라우드 인프라를 공격에 악용(좀비PC로 이용) * 아마존의 가상서버 임대 서비스(EC2)에 가명으로 가입, 가상서버를 대여해 소니 플레이 스테이션 네트워크 해킹( ) 가상화 시스템 취약점을 이용한 해킹공격 및 악성코드 확산 * 영국 클라우드 서비스가 사용하는 가상머신 관리 S/W의 제로데이 취약점(SQL 관련 취약점) 해킹으로 관리자 권한 획득한 후, 10만 고객 웹사이트 삭제( ) 클라우드 서버 내부의 가상머신 간 도청, 해킹 가능 * 경쟁사가 위치한 클라우드 서버를 파악한 후, 동일 클라우드 서버에 가입하여 경쟁사 정보탈취 가능 침해사고 발생 시 서비스 연쇄 중단 및 대규모 피해 *아마존 EC2, 정전에 의한 11시간 장애로 190개 서비스 동시 마비( ) 다수의 이용자, 기업 정보를 보유한 클라우드 서버 내 저장 정보 미암호화 시, 모든 이용자 정보 유출 가능 가상화 기술 개념 가상화 시스템은 한대의 컴퓨터에 스위치, 복수개 OS가 SW 형태로 통합된 구조를 가진 것으로, vmotion 기능과 같이 가상머신을 다른 물리적 컴퓨터로 이동시키는 특성이 있음([표 6-2], [그림 6-2]) [표 6-2] 가상화 특성 특성 하이퍼바이저 (Hypervisor) 가상스위치 (vswitch) vmotion 설명 1대의 컴퓨터에 복수개의 OS 동작시킬 수 있음(단, CPU, 메모리, 스토리지 공유) * 일반적으로 하나의 컴퓨터 당 1개의 OS만 동작하고 HW 자원을 독점함 물리적 NIC를 다수의 가상머신이 공유하며 ARP 등 네트워크 통신 프로토콜로 동작 가상머신에 가상 NIC가 부여 되고 가상 스위치를 통해 물리적 NIC와 연결 * 일반적으로 물리적 스위치와 컴퓨터들은 분리되어 있음 물리적 컴퓨터의 장애 발생, 과부하, 이용률 저조 시 중단 없이 서비스를 제공하기 위해 가상 머신을 power off 하지 않고, 다른 물리적 컴퓨터로 이동시키는 기술 * 가상머신의 모든 상태(CPU, 메모리, 스토리지 등)는 파일(이미지) 형태로 스토리지에 저장 한국산업기술평가관리원 125

126 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 [그림 6-2] 가상화 특성 개념도 기존 컴퓨팅 환경 클라우드 컴퓨팅 환경 고객A 가상머신 고객B 가상머신 고객C 가상머신 운영체제 운영체제 운영체제 응용 응용 프로그램 프로그램 운영체제 응용 프로그램 응용 프로그램 운영체제 운영체제 운영체제 하이퍼바이저(가상화 기술) 응용 프로그램... 가상머신 간 네트워크 패킷 가상 NIC (가상IP,MAC) 하드웨어 하드웨어 하이퍼바이저 가상 스위치 APP APP APP OS OS OS APP APP APP OS OS OS VMware 가상머신-외부 시스템 간 네트워크 패킷 물리적 NIC (IP,MAC) 단일HW, OS, 다수의 응용프로그램이 동작 단일 HW에서 가상화 기술(하이퍼바이저)을 통해 다수 고객의 운영체제(가상머신) 동작 물리적 스위치 하이퍼바이저(Hypervisor) 가상 스위치(vSwitch) <이용률 저조 또는 시스템 장애> <가상 머신 이동> 서비스 중단 없이 이동 이용률 저조 특정 요일/시간에 물리적 시스템 이용률 저조 고객 가상머신을 이동 후 Power OFF 해당 물리적 시스템 전원 OFF 가상머신 라이브 마이그레이션(vMotion) 하이퍼바이저 구축 모델은 호스트베이스 및 하이퍼바이저 방식의 2가지가 있으며, 기업 및 클라우드 사업자들은 고성능의 하이퍼바이저 방식 사용을 선호함([표 6-3]) [표 6-3] 하이퍼바이저 구축 모델 비교 구분 호스트베이스 방식 하이퍼바이저 방식 에뮬레이션 프로그램 웹서버 게스트 OS 웹서버 게스트 OS 응용 프로그램 응용 프로그램 웹서버 메일 서버 DB 서버 구조 호스트 OS 게스트 OS 게스트 OS 게스트 OS 하이퍼바이저 하드웨어 (CPU,메모리,I/O) 하드웨어 (CPU,메모리,I/O) 126 한국산업기술평가관리원

127 ISSUE 6 클라우드 컴퓨팅 보안 기술동향과 산업전망 구분 호스트베이스 방식 하이퍼바이저 방식 특징 주요 제품 HW - 호스트 OS - 프로그램 - 가상머신(OS) OS 상단에서 에뮬레이션 프로그램으로 실행 에뮬레이션 프로그램 실행으로 복수 OS 동작 오버헤드도 크고 상대적으로 느림 VMware Workstation, Virtual Server HW - 하이퍼바이저 - 가상머신(OS) HW 상단 별도의 하이퍼바이저 계층 HW 상단에서 동작하므로 오버헤드가 적음 가상화를 지원하는 프로세서(INTEL VT-x) 또는 가상머신 OS 커널의 수정이 필요 VMware ESX, Xen, MS Hyper-V, KVM 클라우드 컴퓨팅 보안 기술 개발의 필요성 클라우드 컴퓨팅 환경 위협 공격에 대응하기 위한 기존 보안 기술의 한계 존재 - 기존 보안 장비는 물리 컴퓨터 외부에서 네트워크 패킷을 감시하여 공격을 탐지하지만, 가상화 시스템 내부에서 발생되는 공격행위는 탐지 및 차단이 어려움 - 기존 보안 기술은 가상화 기술의 구조적 특성(vSwitch, Hypervisor, vmotion)을 인식하지 못하므로 가상화 시스템 내부에 그대로 적용하기 어려움([그림 6-3]) [그림 6-3] 기존 보안 기술의 한계 네트워크 장비(H/W) 방화벽(H/W) 서버팜 <기존IT환경> 네트워크 장비(H/W) 방화벽(H/W) 서버 가상화 시스템 <클라우드환경> 웹서버 1대의 물리적 컴퓨터에 복수개의 서버가 동작 라우팅 프로그램 OS (TCP/IP) H/W 방화벽 탐지 영역 송/수신 IP주소로 네트워크 패킷을 모니터링하여 공격을 탐지/차단 탐지/차단 프로그램 OS (TCP/IP) H/W 네트워크 패킷 응용 프로그램 DB서버 OS (TCP/IP) H/W 백신 백신탐지영역 응용 프로그램, 파일 메모리, OS 커널 API 등 분석 라우팅 프로그램 OS (TCP/IP) H/W 방화벽 탐지 영역 송/수신 IP주소로 네트워크 패킷을 모니터링하여 공격을 탐지/차단 탐지/차단 프로그램 OS (TCP/IP) H/W 네트워크 패킷 가상머신 [웹서버] 응용 프로그램 OS (TCP/IP) 백신 가상 스위치(SW) 가상머신 [DB 서버] 응용 프로그램 OS (TCP/IP) 백신 공격 패킷(DoS,스캔 등) H/W 가상머신 [이메일 서버] 응용 프로그램 OS (TCP/IP) 하이퍼바이저 백신 백신탐지 영역 미탐지 영역 기존IT 환경 클라우드 환경 하이퍼바이저 루트킷 등 진화하는 악성코드 탐지 및 대응의 한계 - 루트킷은 백도어 기능과 악성행위 은닉 기능을 가진 악성코드의 일종으로, 점차 부트킷, 하이퍼바이저 루트킷, 모바일 루트킷 등으로 진화하고 있음 - 가상화 시스템은 기존 OS 구조와는 다르게 하이퍼바이저 계층이 추가되면서 루트킷이 하이퍼바이저 영역에 위치할 경우, 가상화 시스템의 커널 영역보다 더 높은 권한을 갖기 때문에 가상머신 상의 유저영역에서 동작하는 백신을 무력화함 한국산업기술평가관리원 127

128 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 빈번한 자원변동, 물리자원 공유 특성으로 인한 가상머신 보안 관리의 어려움 - 클라우드 환경의 가상머신은 이미지 파일 형태로 존재하여 쉽게 생성 이동 삭제되므로 빈번한 자원변동이 발생, 이에 따른 보안정책 적용이 어려움 - 가상머신의 생성 이동 삭제가 빈번한 특성으로 인해 로그관리가 어렵고, 장기간 보안이 패치 되지 않고 방치된 가상머신 이미지 구동시 보안취약점이 발생함 - 동일 시스템 상에 보안 상태가 서로 다른 가상머신이 운영되어 단일 물리 시스템에 동일 보안 상태 유지가 어려움 다수의 사용자가 참여하는 클라우드 컴퓨팅에서는 기본적으로 데이터 관리의 안전성 확보와 유출방지, 통합인증과 권한관리 기술들이 다양한 보안요구를 만족시킬 수 있도록 확장성 있는 기술이 필요함 가상화 시스템 내부의 하이퍼바이저 가상화 취약성 공격 대응 기술의 부재로 전용 보안 장비 개발에 대한 클라우드 사업자 등 수요자의 요구가 큼 - 기존 보안업체는 가상화 시스템의 핵심 기술인 하이퍼바이저 원천기술이 확보되지 않아, 하이퍼바이저 기반의 보안 기술 개발 여력이 부족함 국내 기술개발 수준은 초기단계로 해외 글로벌보안기업의 국내시장 잠식과 핵심기술에 대한 외국 의존도가 심화될 우려가 높아 원천기술 개발이 필요함 - VMware, 트렌드마이크로, 주니퍼 등 해외 글로벌 보안 기업에서 가상화 시스템 전용 보안 제품을 출시하여 2011년 말부터 국내 시장 진출을 추진 중 - 해외 가상화 시스템 보안 제품은 상용 VM웨어 플랫폼을 채택하고 있으며, 오픈소스(Xen) 플랫폼 기반 가상화 보안 기술은 세계적으로도 초기 연구 단계임 - 국내 업체가 상용 VM웨어 플랫폼을 채택하여 개발할 경우, 해외 기술 종속이 심화될 것이므로 오픈소스를 활용한 보안 기술 개발 추진이 시급함 2. 국내 외 기술 및 표준화 현황 국외 기술 동향 스탠포드 대학에서는 2003년 가상화 기법을 이용하여 모니터링 하는 호스트의 외부에서 호스트에 대한 공격 탐지를 하는 기법 연구 - IDS가 모니터링하는 호스트의 내부에서 동작할 때에는 IDS 자체가 외부 공격에 취약하므로 호스트의 외부에서 호스트에 대한 공격을 탐지하는 기법을 연구함 - 모니터링하는 호스트는 가상머신 상에서 동작시키고, 가상머신모니터(하이퍼바이저)를 통하여 가상머신 내부 상태를 분석(VMI, Virtual Machine Introspection)하는 기법을 연구함([그림 6-4]) 128 한국산업기술평가관리원

129 ISSUE 6 클라우드 컴퓨팅 보안 기술동향과 산업전망 [그림 6-4] 가상머신 내부 상태 분석(VMI) 기반 IDS 구조 IDS Policy Engine Policy Modules Monitored Host Config File Guest OS Metadata Query Hardware State Policy Framework Response OS Interface Library callback or Response Command Virtual Machine Monitor Guest Apps Guest OS Virtual Machine 피사 대학에서는 2007년 가상머신 내부 상태 분석 기법을 이용하여 가상머신의 루트킷 감염 등의 악성 여부를 탐지하는 기법 연구 - 가상머신의 메모리에 있는 커널 데이터 구조에 대한 일관성 분석을 통해 가상머신 내의 커널 루트킷을 탐지하는 도구(Psyco-Virt)를 개발함 조지아 공대에서는 2007년 Xen 하이퍼바이저 상에서 가상머신 내부 상태 분석을 하기 위한 보안 라이브러리인 XenAccess 연구 - 현재 XenAccess의 개발은 중단되었지만, 오픈소스 보안 라이브러리인 LibVMI를 통하여 지속적인 연구 및 개발을 수행하고 있음([그림 6-5]) [그림 6-5] LibVMI(XenAccess) 개념도 Introspecting Virtual Machine (or Hypervisor) Introspection Applications User Virtual Machine VMI Tools Disk Memory Network Operating System and User Apps CPU Registers VCPU CPU H/W Evets Hypervisor Hardware 한국산업기술평가관리원 129

130 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 IBM T.J. Watson 리서치 센터에서는 2005년 하이퍼바이저에서 다중 레벨의 접근 제어를 통한 하이퍼바이저 보안 연구 - Xen을 위한 접근 제어 모듈(ACM, Access Control Module), shype ACM 개발 조지아 공대에서는 2009년 신뢰기반의 MAC 기법을 통한 접근제어 연구 - 각 가상머신이 기대되는 행위를 정의하고 이러한 행위 범위를 벗어날 경우, 해당 가상머신의 신뢰도를 낮춤으로써 가상머신별 악성행위를 탐지 노스캐롤라이나 주립 대학에서는 IBM T.J. Watson 리서치 센터와 함께 2010년 하이퍼바이저의 무결성 보장을 통한 하이퍼바이저 보안 연구 - 하이퍼바이저와 같은 권한레벨에서 무결성 테스트, 하이퍼바이저에 대한 공격에 노출되지 않도록 하이퍼바이저와는 고립된 구조, 독립된 구조이지만 하이퍼바이저의 상태 정보에 접근 가능한 구조를 연구함 가상화 기반 루트킷 개념은 2006년 중반부터 개념 증명(proof-of-concept)의 형태로 연구 - 가상화 기반 루트킷은 탐지 회피를 위해 실행 중인 타겟 OS를 가상화시키고, 루트킷 스스로가 하이퍼바이저로 동작하게 되므로, 실행 중이던 타겟 OS는 가상화 기반 루트킷의 존재를 알기 어려움([그림 6-6]) - 초기의 가상화 기반 루트킷은 소프트웨어 기반 가상화를 이용하였으나, 이후에는 인텔이나 AMD CPU의 하드웨어 기반 가상화 기능을 이용함 [그림 6-6] 가상화 기반 루트킷과 하이퍼바이저 루트킷의 비교 가상머신 가상머신 가상머신 유저 응용 프로그램 유저 응용 프로그램 유저 응용 프로그램 유저 응용 프로그램 게스트 OS 게스트 OS 게스트 OS 게스트 OS 루트킷 (하이퍼바이저로 동작) 하이퍼바이저 하이퍼바이저 루트킷 하드웨어 하드웨어 하드웨어 하드웨어 감염 전 감염 후 감염 전 감염 후 (a)가상화 기반 루트킷 (b) 하이퍼바이저 루트킷 가상화 기반 루트킷 연구 사례 - 미시건 대학에서는 2006년 SubVirt라는 가상화 기반 루트킷의 개념을 연구 * SubVirt : VMware와 VirtualPC의 전가상화 환경 상에서 시험적으로 구현한 루트킷 130 한국산업기술평가관리원

131 ISSUE 6 클라우드 컴퓨팅 보안 기술동향과 산업전망 - Joanna Rutkowska는 2006년 BluePill이라는 가상화 기반 루트킷의 개념을 BlackHat 컨퍼런스에서 발표 * BluePill: AMD Pacificat on AMD Athlon 64를 이용한 MS Windows Vista x64에서 동작하는 루트킷 - Dino Dai Zovi는 2006년 Vitriol이라는 가상화 기반 루트킷의 개념을 Microsoft BlueHat 컨퍼런스에서 발표 * Vitriol: VT-X on Intel Core Duo/Solo를 이용하여 Mac OS X에서 동작하는 루트킷 가상화 기반 루트킷에 대한 탐지 기법에 대한 연구는 크게 두 가지로 진행됨 - 부팅 순서가 고의로 변경되지 않게 예방 - 타켓 OS 상에서 현재 타겟 OS가 가상머신 상에서 동작하고 있는가를 탐지 하이퍼바이저 루트킷 개념은 2008년 Joanna Rutkowska(BluePill 개념 개발자)에 의해 발표 - 하이퍼바이저를 공격 대상으로 삼은 루트킷의 개념을 발표함([그림 6-7]) - Xen기반 하이퍼바이저를 공격 대상으로 DMA(직접접근메모리, Direct Memory Access) 설정을 통해 하이퍼바이저의 메모리 일부 내용을 실시간으로 바꿈 [그림 6-7] Joanna Rutkowska 연구 개념도 가상머신 운영체제 사용자 프로그램 디바이스 드라이버 3 하이퍼바이저 내부의 (DMA를 위해 확보된) 메모리에 읽고 쓰기가 가능해짐. 하이퍼바이저 루트킷을 이곳에 삽입함 하이퍼바이저 하드웨어 1 디바이스 드라이버를 통하여 디바이스에게 DMA 트랜스퍼를 요청 디바이스 2 DMA를 위해 하이퍼바이저 내부에 일정 메모리 할당 받음 브리티쉬 콜롬비아 대학에서는 2011년 동적으로 생성된 가상머신의 보안 관리 및 접근 제어 시스템에 관한 연구 - 부팅 시 서비스를 위해 생성한 가상머신들을 가상머신 사용자들의 서비스 시작 전에 안전하게 삭제함으로써 부팅과정의 보안 확립 - 서비스를 수행하는 가상머신과 일반 사용자들의 가상머신 간의 권한 분리 - 가상머신 간의 통신을 수행하는 모듈에 대한 고립성 강화를 통한 가상머신 간 데이터 유출 방지 한국산업기술평가관리원 131

132 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 미시건 대학에서는 2002년 가상머신의 로그를 통해 가상머신의 동작을 재현함으로써 공격 행위를 분석하는 기법에 대해 연구 - OS의 무결성에 의존하지 않는 로깅 기법 연구 - 하이퍼바이저에서 가상머신 상에 동작하는 OS의 로깅 기법 연구 CSA Security Congress 2011에서는 구글 및 트렌드마이크로 등 글로벌 업체뿐 아니라 신생 보안업체들이 클라우드 보안을 새로운 비즈니스 기회로 생각하고 제품을 대거 출시 - 40개 업체들이 전시회에 참여하였으며, 다중임차(Multi-tenancy) 환경을 고려한 ID 관리, 암호키 관리, 가상화 보안, 컴플라이언스 관련 제품들이 주를 이루었음 안티바이러스(루트킷 탐지 포함) 기술의 경우 안티바이러스 스톰(AV Storm)을 방지하기 위해 agentless 형태의 가상 어플라이언스(virtual appliance)로서 안티바이러스 프로그램을 구현하는 수준임 국외 기술은 크게 가상화 방화벽 및 IPS/IDS 기술과 가상화 환경 보안관리/관제 기능으로 분류 - 가상화 방화벽 및 IPS/IDS와 보안 관리 기능을 모두 포함한 제품 * VM웨어 vshield, 트렌드마이크로 Deep Security, 캣버드 vsecurity, 리플렉스 시스템 vtrust for Virtual Management Center, IBM Virtual Server Protection for VMWare - 가상머신 보안 관리 기능만을 포함한 제품 *비욘드트러스트 소프트웨어 Power Broker, 하이트러스트 어플라이언스 HyTrust 대부분의 클라우드 보안 제품들은 클라우드 보안 관리 기능 제공 - 정책기반 접근제어, 접근제어를 위한 정책 관리, 로깅, 감사(audit), 컴플라이언스 준수 공격 탐지/차단을 위한 가상화 방화벽, IPS/IDS, 안티바이러스 기술에 있어서의 제품들 간 차이 - 대표적인 트렌드마이크로의 Deep Security와 주니퍼 vgw Virtual Gateway도 기존의 방화벽, IPS/IDS 기능을 가상화 환경에 구현한 수준임 현재 클라우드 환경 구축시 필요로 하는 보안 기능 전반을 모두 충족시키며 시장을 독점하는 제품은 현재 없으며 클라우드 환경 보안을 위해서는 몇 가지 제품을 혼용하여 구축하는 실정임 - 가상화 플랫폼들이 일반적으로 제공하는 보안관리 기능은 가상머신의 고립화 (isolation), 관리자 인증, 역할에 기반한 접근 제어임 가상화 플랫폼들에서 보안 개발을 위해 Xen과 KVM은 오픈소스 기반의 라이브러리들을 사용할 수 있고, VMware와 MS Hyper-V의 경우는 벤더가 자체적으로 제공한 라이브러리 사용 - 오픈소스 가상화 플랫폼인 Xen과 KVM의 경우는 하이퍼바이저의 소스 코드를 분석할 수 있는 장점이 있는 반면 효과적으로 개발이 지원되는 API가 부재한 문제가 있음 132 한국산업기술평가관리원

133 ISSUE 6 클라우드 컴퓨팅 보안 기술동향과 산업전망 - 상용 가상화 플랫폼인 VMware과 Hyper-V의 경우는 벤더가 제공하는 잘 정의된 API가 있긴 하지만, 하이퍼바이저 소스 코드의 부재로 인해 벤더의 API가 제공하는 가상화 자원 정보만을 개발에 이용할 수 있는 문제가 있음 맥아피, 아카마이, 트랜드 마이크로 등 보안업체를 중심으로 바이러스 백신, DDoS 방지 등 자사 보유 보안기술을 클라우드 환경에 적용하기 위해 연구 - 맥아피는 다양한 악성코드 분석 및 대응을 위해 수백만 대의 PC에 설치된 보안 소프트웨어와 클라우드 파워를 활용하는 방식의 연구를 진행한 바 있음 - 맥아피, 트랜드마이크로는 가상환경 전용 백신 아키텍처를 개발, 각각의 가상호스트 검사를 통합하여 효율적으로 처리할 수 있는 방안을 연구함 - DDoS 대응 솔루션 개발 업체인 아카마이는 클라우드 환경에 적합한 통합 보안 패키지에 대한 연구를 진행, 클라우드 보안 패키지를 발표함 클라우드 서비스 대상의 통합 인증 및 접근 제어에 관한 솔루션은 최근에 외산 제품 위주로 발표되기 시작 - CA Technology사에서 IdentityMinder, AuthMinder, CloudMinder 등 클라우드 SaaS 형태로 제공하는 SAML 기반의 계정 및 접근 관리 관련 제품들을 발표 - Quest Software사에서 XACML 기반의 중앙집중형 인증 및 인가 솔루션인 BiTKOO Keystone을 발표함 - 시스코에서도 클라우드 환경에 적합한 차세대 보안 모델 비전으로 상황인식(사용자 위치, 보안 상태 등)과 평판을 통한 보안정책/기능을 제시 - 한국EMC는 기존의 강한 인증 능력을 바탕으로, 다면 인증, 1회용 패스워드, Federated Identity 관리, 리스크 기반 인증 등 다양한 솔루션을 제공함 국내 기술 동향 한국인터넷진흥원은 2009년부터 클라우드 보안 기술개발 사업, 클라우드 보안법 제도 연구, 클라우드 침해사고 대응체계 구축, 클라우드 관련 보안 기술 개발, 클라우드 프라이버시 보호 등 다양한 클라우드 보안 관련 연구를 진행 중에 있음 - 클라우드 아키텍처 레이어별 보안 취약성 분석 및 공격 시나리오 연구 - 클라우드 서비스 제공자 보안 실태조사, 클라우드 서비스 제공자 보안 컨설팅 서비스 제공 - 모바일 클라우드 서비스 보안 침해대응방안, 클라우드 컴퓨팅 환경에서의 사이버검역모델, 클라우드 침해대응 모니터링 시험환경 구축 및 분석 방안, 클라우드 서비스 침해대응 모니터링 체계 구축 - 클라우드 컴퓨팅 환경 하에서 내부 가상화 영역에서 발생하는 해킹 공격을 분석 탐지 차단하기 위한 가상화 네트워크 침입 대응 기술 개발 한국산업기술평가관리원 133

134 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 상황정보(위치, 시간, 접속망 등)를 기반으로 한 모바일 클라우드 통합인증 및 IaaS 권한관리 기술 개발 - 클라우드 정보보호 안내서 및 개인정보보호 수칙 개발, 클라우드 서비스 인증제 연구 및 보안점검항목 도출, 클라우드 이용 촉진법(가칭) 개발 진행 국내 학계에서는 초창기 클라우드 보안에 대한 위협분석, 클라우드 환경 통합인증 방법 등에 대한 연구를 진행함 - 서울여자대학교는 2010년 한국인터넷진흥원과 연계하여 모바일 클라우드 서비스 위협을 분류/분석하고 정책적 대응 방안에 대한 연구를 진행함 - 부경대학교에서는 2010년 클라우드 컴퓨팅 환경에서 신원적 물리적 역사적 정서적 자원적 상황정보에 따른 통합인증 및 RBAC기반 접근제어 시스템을 설계 및 구현함 국내에는 2011년부터 클라우드 보안의 중요성이 강조되기 시작하여 보안업체에서 클라우드 데이터 보호 등 보안 제품 출시를 준비 단계임 - 국내에서 개발하는 유형은 클라우드 보안관제, 클라우드 서비스(SaaS)로서의 백신, 클라우드 DRM, 가상화 기술을 이용한 망분리 기술 등임 - 자사가 보유한 기존 보안 기술을 가상머신에 적용하는 수준이며, 하이퍼바이저 구조 특성을 이용한 기술 개발은 해외 기술 대비하여 초기 연구 단계임 안랩은 2009년 7월 클라우드 기반 백신 서비스를 출시하여, 클라우드 서버를 이용한 지능형 악성코드 탐지기술을 발표함 - 바이너리 분석 기반 전통적인 악성코드 대응방안을 가상 환경에서의 행위 분석으로 확대, 클라우드 기반 행위 분석 및 대응이 가능한 악성코드 대응 시스템 개발 파수닷컴은 모바일 클라우드 환경에서의 컨텐츠 보안 DRM 솔루션 3종을 개발/판매하고 있으며, RSA 2011 등을 통해 제품을 발표하는 등 국외 시장에 진출 중 - 현재 파수닷컴을 제외한 보안 업체에서의 클라우드 환경 전용 보안 솔루션의 출시에 대해 알려진 바 없으며, 국내 클라우드 컴퓨팅 환경은 대부분 IBM 등 외산 보안 솔루션을 도입하여 구축되고 있는 실정임 정부통합전산센터는 클라우드 환경에서 모든 정부부처를 대표해 장비와 소프트웨어를 일괄 구축하고, 이를 가상화 기술로 각 부처에 제공하기 위한 G-Cloud 환경을 구축 운영 - 오픈소스 기반 개방형 표준(Open Standards)을 채택하여 비용은 크게 줄이고, 벤더 종속성을 벗어나 관리 측면에서 운신의 폭을 넓힘 - 이용자 중심의 스마트워크 환경을 구현함으로써 사무실에 출근할 필요 없이 집근처에서 사무실과 동일한 환경으로 업무 처리가 가능함 KSign은 분산 환경의 다양한 사용자 계정을 일원화하여 단일로그인 환경의 통합인증 기능을 제공하는 KSignAccess IAM 구현 134 한국산업기술평가관리원

135 ISSUE 6 클라우드 컴퓨팅 보안 기술동향과 산업전망 - Web 환경 기반의 통합인증(SSO) 및 권한관리/위임, 계정관리 기능을 지원하고, PKI 인증서 기반의 로그인 환경 지원 및 이 기종 환경에서 SSO/EAM 등을 위한 SAML 2.0 표준규격 확장을 보장함 이니텍은 한국기업의 직급체계와 업무편의성 특성을 반영한 권한관리 시스템을 개발, 2009년부터 공공 및 금융기업을 대상으로 제공 - 통합인증/권한관리 솔루션인 이니세이프 넥세스 는 SSO 기능 및 한국기업의 직급체계 특성을 반영한 접근권한 관리 기술을 제공 국내 외 표준화 동향 NIST에서는 2011년 12월 퍼블릭 클라우드 컴퓨팅에서의 보안 및 프라이버시를 위한 가이드라인, 전가상화 기술을 위한 보안 가이드 2건의 보안 문서를 발간 - 퍼블릭 클라우드에서 보안 및 프라이버시 보호를 위한 가이드라인(Guidelines on Security and Privacy in Public Cloud Computing), SP ( ) - 가상화 기술의 보안 가이드(Guide to Security for Full Virtualization Technologies), SP ( ) CSA(Cloud Security Alliance)는 클라우드 보안 위협, 보안 가이드, 보안점검체크리스트 등에 관한 문서 발간 - 클라우드 Top 보안 위협(Top Threats to Cloud Computing, v1.0), 클라우드의 중요 자원 보안 가이드(Security Guidance for Critical Areas of Focus in Cloud Computing, v3), 신뢰하는 클라우드 도입을 위한 통제 기준(Cloud Control Matrix Trusted Cloud Initiative, v1.2), 클라우드 보안 참조모델(Trusted Cloud Initiative Reference Architecture Model, v1.1), ISO/IEC JTC1 SC27에서는 클라우드 컴퓨팅 보안 및 프라이버시 관련 표준을 개발 중에 있으며, SC 38(Distributed application platforms and services)과 클라우드 컴퓨팅에 대한 협력 추진 ITU-T에서는 FG Cloud(클라우드 컴퓨팅 포커스 그룹) 활동을 통해 클라우드 보안을 포함한 7가지 분야의 결과문서를 도출 - ITU-T SG17(정보보호)에서는 클라우드 보안을 위한 보안 요구사항 및 구조, 운영보안가이드 등에 관한 표준화를 진행 중에 있음 - 클라우드 보안(Cloud Security), ITU-T FG Cloud( ) - 클라우드 보안 구조 및 요구사항(X.ccsec, Security requirements and architecture for cloud computing) - 안전한 가상 네트워크를 위한 서비스 구조(X.fsspvn, Framework for a secure service platform for virtual network) 한국산업기술평가관리원 135

136 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL SaaS 응용서비스 환경의 보안 기능 요구사항(X.sfcse, Security functional requirements for SaaS application environment) - 클라우드 보안 운영 가이드(X.goscc, Guideline of operational security for cloud computing) DMTF(Distributed Management Task Force)는 CSA와 파트너십을 체결하여 클라우드 컴퓨팅 보안 표준 부분에 대한 협력을 하는 조직으로 - 클라우드 운영, 보안 및 메시지에서의 관리 인터페이스 보안 요구사항(Cloud Management Interface Requirements on Protocol, Operations, Security&Message) 등을 발표 개방형 통신연구회 산하 CCUSDG(Cloud Computing Use Case Discussion Group)는 클라우드 컴퓨팅 보안 시나리오 및 유즈케이스 등을 발표하였으며, IDCloud TC를 통해 클라우드에서의 ID 관리 이슈를 다룸 ODCA(Open Data Center Alliance)에서는 보안 모니터링 및 서비스 제공자 보안 보증 등에 대한 사용 모델을 발표함 한국정보통신협회 클라우드 컴퓨팅 프로젝트 그룹(PG420)과 사이버보안 프로젝트 그룹(PG503) 및 응용보안 및 평가인증 프로젝트 그룹(PG504) 에서 TTA 단체표준 5건을 제정하고, 2건을 개발 중에 있음([표 6-4]) - 이중 협업 클라우드 환경에서의 침입탐지 프레임워크 표준은 클라우드 환경에서의 침입 탐지를 위한 시스템 구조 및 기능을 정의하고 있음 [표 6-4] 국내 클라우드 보안 표준화 현황 표준제목 표준번호 제/개정일 협업 클라우드 환경에서의 침입탐지 프레임워크 TAK.KO 클라우드 컴퓨팅 위협 및 요구사항 분석 TAK.KO 퍼스널 클라우드 보안 프레임워크 TAK.KO 모바일 사용자 상황 정보 수집 및 전달 구조 TAK.KO 공공 클라우드 컴퓨팅의 보안 및 프라이버시 보호 지침 TAE.OT 퍼스널 클라우드 컴퓨팅 개인정보보호 참조모델 표준 개발 중 - 퍼스널 클라우드 컴퓨팅의 접근제어 표준 개발 중 - TTA ICT 표준화 전략 맵에서는 클라우드 보안 관련하여 보안 프레임워크, 악성코드 감염 확산 방지, 분실 시 보안조치 강구 등에 대한 기술 표준화에 대한 단계적인 추진을 명시하고 있음 136 한국산업기술평가관리원

137 ISSUE 6 클라우드 컴퓨팅 보안 기술동향과 산업전망 3. 국내 외 정책 동향 및 산업 전망 국내 외 정책 동향 미국의 클라우드 보안정책 동향 - Proposed Security Assessment and Authorization for Cloud Computing 발표 및 공개 의견 수렴(CIO 협의회, )을 통해 클라우드 컴퓨팅 보안 요구기준, 지속적인 모니터링 방법 및 평가 인증 절차를 기술함 - Cloud First Policy 발표(백악관 CIO, )에서 2012년 6월까지 각 정부기관이 최소 3개의 공공서비스를 민간의 클라우드 기반으로 전환하도록 강제함 - Federal Cloud Computing Strategy 발표(CIO 협의회, )에서는 기존에 발표한 Cloud First Policy 를 보다 구체화하고 美 연방정부에 클라우드 컴퓨팅을 도입하여 효율성, 신속성 및 혁신성을 높이기 위한 전략을 수립함 - Memorandum for CIO : Security Authorization of Information Systems in Cloud Computing Environments 발표(OMB(미국연방예산관리국), )에서는 FedRAMP(Federal Risk and Authorization Management Program)의 주요 요소, 정부기관별 책임, 기관별의 요구사항 등을 기술함 - FedRAMP는 미국 정부기관이 이용하려는 클라우드 제품 서비스에 대한 보안 평가, 인증 및 사후관리를 위해 도입된 프로그램( 수립)([그림 6-8]) [그림 6-8] FedRAMP 개념도 SM FedRAMP 보안 요구사항 도출 보안 평가 기준 제시 인증된 클라우드 서비스 목록관리 기존 NIST* 규정 367개 항목 + 클라우드 특화 46개 항목 = 총 413개 항목 1 클라우드 서비스 평가 2 클라우드 서비스 잠정인증 3 사후관리 정부가 인가한 평가 대행기관을 통해 클라우드 서비스 평가 실시 인증 위원회는 평가 대행기관의 평가 결과를 심의하여 잠정인증 부여 클라우드 서비스를 지속적으로 평가/인증하여 위험 관리 - FedRAMP Security Controls Baseline 발표(GSA(연방조달청), )에서는 413개의 보안 통제 항목을 명시함(다중 이용자, 자원 공유 등 클라우드에 특화된 46개 항목 포함) - FedRAMP Concept of Operations 발표(GSA, )에서는 FedRAMP 평가 및 인증을 실행하기 위해 필요한 세부 절차를 기술함 한국산업기술평가관리원 137

138 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 일본의 ASP/SaaS의 정보보안 대책 연구회에서 ASP, SaaS의 정보보안 대책 가이드라인 을 발표( ) 유럽 ENISA(European Network and Information Security Agency)에서 정책적, 기술적, 법적, 일반적 위협의 4개 항목으로 분류하였고, 세부항목으로 35개의 위협과 53가지의 취약점을 정리한 Cloud Computing Benefits, Risks and Recommendations for Information Security 을 발표( ) 한국의 클라우드 보안정책 동향 - 범부처 클라우드 컴퓨팅 확산 및 경쟁력 강화 전략을 발표하여 추진 중( ) - 지경부에서는 클라우드 보안, 가상화, 모바일 클라우드 등 클라우드 컴퓨팅 핵심 R&D 및 표준화를 추진함 (2012년 272억 원) - 클라우드 서비스 협회(인증위원회) 에서 클라우드 서비스의 품질 보호 기반 제공 분야(가용성 확장성 보안 등 7개 항목)를 심사하여, 우수 서비스에 대해 인증제를 도입함(민간 인증 / Pass Fail 방식) - 클라우드 서비스 도입을 어렵게 하는 전산설비 구비 의무를 완화하고, 서비스 장애, 정보유출 등으로부터 이용자를 보호하기 위한 (가칭)클라우드 이용 촉진법 준비 중 - 행안부는 정부통합전산센터 G-클라우드 를 운영(2012)하여 공공부문에서 선도적으로 수요를 창출하고, 2015년까지 부처 업무의 50%를 클라우드로 전환할 계획(연간 IT 운영예산 30% 절감 목표) - 국정원에서 중요자료의 외부유출, 좀비PC 양산에 악용 등을 우려하여 정부부처 클라우드 서비스 차단 권고 ( )로, 클라우드 보안을 강화시키는 계기가 됨 국내 외 시장 동향 세계 클라우드 시장 규모는 420억 불 규모로, 개인과 기업, 기관 등을 중심으로 클라우드 컴퓨팅 도입 및 적용 사례가 급증(IDC, ) - 스마트 기기 보급 확산에 따라 스마트워크, 모바일 오피스 환경 구축이 본격화되고 있어, 모바일기반의 원격 업무 환경으로 패러다임이 변화되는 추세임 - 서버 데스크탑 가상화 및 클라우드 서비스 확산으로 글로벌 데이터센터의 트래픽 급증 전망 전 세계 가상머신의 수는 2011년 2억 대에서 2015년까지 5배 이상 증가할 것으로 전망하여, 클라우드 환경 구축을 위한 서버 데스크탑 가상화로의 전환 가속화(가트너, 2011) - 북미 지역 기업의(직원 수 1,000명 이상, 127개 기업) 서버 가상화 비율이 2010년 38%에서 2015년까지 77%로 증가하고, 신규 가상머신은 6초 단위로 생성되고 있음 전 세계 가상화 시스템 보안 시장은 2010년 4.3억 불, 2011년 6.7억 불에서 2015년까지 17.5억 불 규모로 연평균 27.1% 성장할 것으로 전망(Virtual Security Appliance 시장동향, 인포매틱스 리서치, 2011)([표 6-5], [그림 6-9]) 138 한국산업기술평가관리원

139 ISSUE 6 클라우드 컴퓨팅 보안 기술동향과 산업전망 - IDC 시장 조사 결과, 전세계 메시징 보안 시장에서 가상화 보안제품의 비율이 2010년 1.8%(5,030만 불)에서 2015년에는 12.2%(34,092만 불)수준을 차지할 것으로 전망 - 클라우드 기반 보안 서비스(Security as a Service)는 2010년 7억 8,800만 불에서 2015년 15억 불까지 기록 할 것으로 전망함 [표 6-5] 국내 외 클라우드 시장 규모 (단위 : 백만 원) 년도 (2012)현재 년도 (2015)개발 종료 후 1년 (2017)개발 종료 후 3년 세계 시장 규모(CAGR 27.1) 8.5억 불 17.5억 불 28.2억 불 한국 시장 규모 22,740 51,122 87,730 년도 (2010)2년 전 (2011)1년 전 (2012)현재 년도 수출 규모 수입 규모 * 세계 시장 규모: 전 세계 가상화 보안 어플라이언스 시장 규모 및 성장률(27.1%) 참고(출처: Virtual Security Appliance, 2011년 인포매틱스 리서치) * 국내 시장 규모: 연평균 성장률은 국내 클라우드 시장 성장률(31%) 토대로 추정(클라우드 가상화 보안 시장이 형성되지 않아 객관적인 시장 조사 통계 자료가 없어서, 유사제품인 PC 방화벽(백신) 및 UTM 시장 조사 자료를 토대로 추정함)(출처: KISA, 2011 국내 정보보안산업 실태조사, ) * 수출/수입 규모: 현재 클라우드 가상화 보안 분야 객관적인 수출입 통계 자료가 없어, 정보보안 제품 중 유사 시장규모로 대체함(출처: KISIA, 2011년 국내 정보보호 산업 시장 및 동향) [그림 6-9] 전 세계 가상화 보안 시장 전망 (단위: 10억 불) 전 세계 가상화 보안 시장 예상 가상화보안시장 매출액 한국산업기술평가관리원 139

140 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 클라우드 컴퓨팅 환경 구축을 위한 가상화 및 플랫폼은 상용 제품군과 오픈소스 제품군으로 나뉘어 클라우드 시장을 점유해감 - 때로는 상호 협력 체계를 구축해 나감함으로써 시장 점유율이 높은 쪽이 관련 파생 제품군도 점유율을 높여 나갈 수 있을 것으로 예상 - Citrix의 CloudStack/XenServer, RackSpace(NASA 후원)의 OpenStack, VMware의 vcloud, MS의 Hyper-V, RedHat의 RHEV/KVM/oVirt, Oracle의 VirtualBox 등 - OpenStack 플랫폼은 RackSpace 주도로 Citrix, DELL, Intel, AMD, HP, SuSe, KT, FEELingK 등 약 180여 업체와 3,380여 명의 전문가 참여로 클라우드 컴퓨팅 관리 프로젝트를 진행 중( ) 모바일 클라우드 시장은 개인용 스토리지 단말 Sync 중심 서비스에서 기업용 텔레프레즌스, 모바일 오피스 등 기업 대상의 클라우드 서비스로 영역 다변화 중 - 모바일 클라우드 적용범위 확장이 용이하여 모바일 오피스의 급속한 확대 전망 - 모바일 클라우드 컴퓨팅 이용자 수가 2008년 전체 모바일 가입자의 1.1%인 4,280만 명에서 2014년 19% 수준인 10억 명에 육박할 것으로 예측 - 모바일 클라우드 어플리케이션 시장 규모는 2009년 4억 달러에서 2014년 95억 달러에 이르러 연평균 88% 성장률을 기록할 전망 국내 시스템 보안 시장은 2012년 1,863억 원에서 연평균 31% 성장하여 2015년에는 3,672억 원 수준으로 크게 성장할 것으로 예상됨([표 6-6]) 년, 보안제품 중 가상화 보안제품이 차지할 비율은 12.2%일 것으로 전망(IDC, 2011) * 가상화 시스템 보안제품 관련 시장: PC 방화벽, UTM (통합위협관리시스템) - 국내 클라우드 컴퓨팅 시장 규모는 2011년 1조 3,040억 원에서 연평균 31% 성장하여 2014년경에는 2조 5480 억 원으로 커질 전망(KISTI, 국내 클라우드 컴퓨팅전망) [표 6-6] 국내 가상화 시스템 보안 시장 규모 (단위: 백만 원) 년도 구분 2010년 2011년 2012년 CAGR 비고 UTM(통합위협관리시스템) 장비 매출 54,314 69,030 87, % PC 방화벽 및 백신 제품 매출 79,539 88,563 98, % 평균 합계 133, , , % 지식정보보안 유사 제품 시장 UTM 및 PC 방화벽 시장 대비 비율 2015년 전세계 메시징 보안 시장 中 가상화 보안제품의 비율 12.2% 적용(IDC 자료) 가상화 시스템 보안 국내 시장 규모 16,330 19,226 22, % * 국내 가상화 시스템 보안시장의 규모는 KISA 2011 국내 정보보안산업 실태조사 결과를 토대로 추정 140 한국산업기술평가관리원

141 ISSUE 6 클라우드 컴퓨팅 보안 기술동향과 산업전망 4. 기대효과 및 시사점 기대효과 및 활용성 가상화 시스템 보안 핵심기능의 공통 플랫폼화로 타분야와의 연계 발전 가능 - 해외 가상화 시스템 보안 기술이 상용 VMware 제품이 많이 사용되고 있으나, 오픈소스를 활용한 원천기술 개발로 가상화 기술을 이용한 웹 방화벽 등 타 보안 제품과의 연계 가능 - 하이퍼바이저 루트킷 탐지 한계가 존재하는 기존 백신 솔루션의 핵심 요소기술과의 연계 등 보안업체, 클라우드 솔루션 업체에서 자체 솔루션의 요소기술로 활용 - 클라우드 사업자(IaaS, SaaS), 서버 데스크톱 가상화 도입 기업 등 프라이빗 클라우드 구축 기업 및 보안 제품 솔루션 업체에서 활용 - 서버 데스크톱 가상화 시스템에 내장하여, 가상머신 간 DoS, 웹 공격 등 공격을 탐지하여 물리적 네트워크 환경과 동일한 보안 수준 제공 현재 국내는 하이퍼바이저 구조를 인식하는 가상화 시스템 전용의 침입대응 장비가 없는 상황에서 국내 원천기술력 확보가 가능 - 오픈소스를 활용한 원천기술을 조기에 확보하여 국외 수입을 대체하고, 경쟁력을 갖는 기술을 확보할 수 있을 것으로 예상됨 - 하이퍼바이저 루트킷 탐지 기술, 오픈소스를 활용한 하이퍼바이저 침입대응 기술 등은 세계적으로 연구 초기 단계이므로 기술 개발로 우위를 선점 서버, 네트워크, 단말 등 클라우드 컴퓨팅 구성 요소 전체에 대한 보안성 향상을 위한 데이터 보안 및 모델 제시 - Multi-tenancy를 특징으로 하는 클라우드 컴퓨팅 환경에서 우려되는 프라이버시 노출 문제를 통합인증 및 권한관리 기술 개발로 해소 가능 전 세계적으로 클라우드 시장의 높은 성장세에 따라 클라우드 보안기술에 대한 수요 증가 및 보안시장의 급격한 성장이 예상되며, 클라우드 보안 신규시장 개척 및 기술혁신형 중소벤처 기업 육성 가능 - 국내 가상화 시스템 보안 시장이 형성되지 않은 상황에서 해외 글로벌 보안업체 제품의 국내 진출로 인한 시장잠식 우려를 해소하고 수입 대체 효과 발생 - 국내 가상화 시스템 보안 시장은 2012년 227억에서 2015년까지 511억 규모로 연간 31% 성장하여 생산유발 효과는 962억, 고용유발효과는 633명으로 추정함 - 정부 및 기업에서 추진하는 클라우드 활성화 도입의 최대 장애요인인 보안문제를 해결하여 클라우드 컴퓨팅 서비스 및 장비 시장 활성화에 기여 한국산업기술평가관리원 141

142 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 12-6 정책적 시사점 정부 기업에서 클라우드 컴퓨팅 환경 구축 및 도입 시 최대 걸림돌은 보안 문제로, 2012년부터 본격화될 것으로 전망되는 가상화 및 클라우드 보안 위협에 대한 대응 준비가 필요함 - 클라우드 서비스 활성화를 위해 보안에 대한 수요가 급증할 것으로 예상되지만, 대다수 기업들은 클라우드 도입 시 장애요인 1순위로 악성코드, 기밀 데이터 해킹 및 유출 등 보안 문제를 가장 우려함 - 기존 보안 위협도 상속하면서 가상화, 다중임차(Multi-tenancy), 원격지에 정보 위탁 사업자 종속, 모바일 기기 접속, 데이터 국외이전, 침해사고 대형화, 데이터센터 안전성 등 클라우드 특성에 따른 신규 보안 위협이 존재함 국내 기술개발 수준은 초기단계로 해외 글로벌 보안기업의 국내시장 잠식과 핵심기술에 대한 외국 의존도가 심화될 우려가 높아 정부 차원의 원천기술 개발 지원이 필요함 - 가상머신 내부 상태 분석과 가상 네트워크 패킷 분석을 기반으로 한 침입 방지 기술, 가상화 환경의 취약성을 이용하는 공격(가상화 자원 고갈 공격 등) 탐지 기술, 하이퍼바이저 기반의 가상머신 상 루트킷 및 하이퍼바이저 루트킷 탐지 기술 - 가상머신 및 네트워크 기반의 보안이벤트와 가상자원을 연계한 분석 등을 추가한 보안관제 기술 - 다수의 사용자가 참여하는 클라우드 컴퓨팅 환경에서 데이터 관리의 안전성 확보와 유출방지를 위해 적용 가능한 인증 및 권한관리 기술 - 가상머신 접근제어, 하이퍼바이저 보안 기술 등 관련 특허 출원이 지속적인 증가 추세에 있으므로 원천기술에 대한 특허 확보가 필요함 시장 경쟁력 확보를 위한 클라우드 컴퓨팅 보안 관련 산업화 여건 조성 및 지원 - 정부의 범부처 클라우드 컴퓨팅 확산 및 경쟁력 강화 전략 발표로, 클라우드 보안, 가상화, 모바일 클라우드 등 클라우드 컴퓨팅 핵심 연구개발 및 표준화 추진 - 클라우드 서비스의 품질 보호 기반 제공 분야를 심사하여 우수 서비스에 대한 인증제 시행, 서비스 장애, 정보유출 등으로부터 이용자를 보호하기 위한 클라우드 이용 촉진법(가칭) 준비 - 중요 자료의 외부유출, 좀비PC 양산에 악용 등을 우려한 정부부처 클라우드 서비스 차단 권고 등으로 클라우드 컴퓨팅 보안 강화 계기 마련 142 한국산업기술평가관리원

143 ISSUE 6 클라우드 컴퓨팅 보안 기술동향과 산업전망 [참고문헌] 1. 클라우드 서비스 보안 위협 및 보안대책, 한국인터넷진흥원, 클라우드 서비스 정보보호 안내서, 방송통신위원회, 한국인터넷진흥원, 클라우드 서비스를 위한 SLA 가이드, 방송통신위원회, 금융부문 클라우드 컴퓨팅 보안 가이드, 금융보안연구원, 클라우드 컴퓨팅 활성화를 위한 법제도 개선방안 연구, 한국인터넷진흥원, 모바일 클라우드 서비스 보안 침해 대응 방안, 한국인터넷진흥원, 클라우드 컴퓨팅 보안 기술 동향, 김태형, 김인혁, 민창우, 엄영익(2012), 30-1호, 정보과학회지 8. 모바일 클라우드 보안 이슈 및 대응기술 요구사항, 김환국, 정현철, 원유재(2011), 18-5호, 정보처리학회지 9. 모바일 클라우드 Multi-tenancy 환경에서 상황인지형 동적 인증 및 권한관리 서비스, 정일안, 이창용, 김정욱, 김환국, 정현철(2011), 21-8호, 정보보호학회지 10. 클라우드 컴퓨팅 보안 기술 동향, 은성경(2010), 20-2호, 정보보호학회지 11. 클라우드 컴퓨팅 표준화 동향 및 전략, 이강찬, 이승윤(2010), 28-12호, 정보과학회지 한국산업기술평가관리원 143

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145 KEIT PD ISSUE REPORT VOL 12-6 특 집 2013년 산업융합원천기술개발사업 과제기획 추진계획 / KEIT 기획총괄 TF팀

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147 2013년 산업융합원천기술개발사업 과제기획 추진계획 l저자l 박진우 책임 / KEIT 기획총괄 TF팀 백승철 선임 / KEIT 기획총괄 TF팀 조일구 팀장 / KEIT 기획총괄 TF팀 SUMMARY 목적 지식경제 R&D 혁신방안 및 산업기술로드맵 등 관련 정부 정책 및 산업융합원천 R&D 전략, 기술수요 등을 적극 반영한 2013년도 산업융합원천 R&D 신규지원 과제발굴을 위한 기본계획 설정 지원 분야 세계최고 수준의 산업융합, 원천 및 혁신제품 기술확보를 위해 신산업, 주력산업, 정보통신산업 등 전략 분야별 중장기 R&D 과제지원(12대 산업 25대 중점기술분야) -(신산업) 산업융합, 바이오/의료기기, 로봇, 지식서비스/USN 등 전략분야 중점지원 - (주력산업) 그린카 등 수송시스템, 산업소재, 제조기반, 플랜트 엔지니어링 등 전략분야 중점지원 - (정보통신산업) 전자정보디바이스, 정보통신미디어, 차세대통신네트워크, SW 컴퓨팅 등 전략분야 중점지원 산업융합원천기술개발사업 25대 중점 기술분야 1 신산업(7) : 바이오, 의료기기, 나노, 로봇, 지식서비스, RFID/USN, IT융합 2 주력산업(8) : 자동차, 조선, 화학공정, 금속재료, 섬유의류, 플랜트 엔지니어링, 생산기반, 생산시스템 3 정보통신산업(10) : 이동통신, BcN, 디지털TV/방송, 홈네트워크/정보가전, SW, 차세대컴퓨팅, 지식정보보안, 반도체, 디스플레이, LED 및 광

148 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 추진방향 지식경제 R&D 혁신방안 등 정부정책과 산업기술로드맵 및 산업융합원천 R&D 전략 등에서 제시된 중장기 R&D 추진목표와 연계한 신규 지원방향 설정 * 지식경제 R&D 혁신방안(지경부, / ), 산업기술로드맵(KIAT/PD, ), 산업융합원천 R&D 전략(KEIT/PD, ) 등 PD 주관의 일원화된 과제기획 추진체계 구축 운영 R&D 전주기관리의 전문성 및 책임성 강화를 위해 전산업 분야로 확대 도입( )된 각 기술분야별 PD 주도의 과제기획 추진 * 2011년도 18개 PD분야 2012년 25개 전분야 PD 28명(자동차, 반도체, IT융합 분야는 PD 2명 운영) PD주관의 과제기획을 추진하되, 목표검증단 을 별도운영하여 기획과제의 도전적 목표 및 연구내용 점검 병행 연구자의 창의성을 깨우고 실패도 자산이 되는 R&D 환경조성을 위한 과제기획 체계 도입 창의 혁신적인 R&D 과제발굴을 촉진하기 위해 품목 지정후 자유공모(Bottom-up)하는 과제기획 방식 신설 (혁신트랙) 기존 실패과제중 전략적으로 꼭 확보되어야할 기술에 대해서는 신규 과제발굴 및 시범지원(흙 속의 진주찾기) First Mover로서 新 산업과 시장 선점을 위해 PD간 협동기획을 활성화하여 산업-기술 간 융합촉진 PD 간 협동기획을 통한 기존 IT+제조업 의 융합을 넘어 IT기반의 新 서비스+ 新 기술 간 융합 등을 촉진시킬 수 있는 융합 촉진형 R&D 과제발굴을 전략적으로 추진 R&D와 표준화, 특허화의 연계 과제기획 활성화 기표원, 특허청 등과 협력하여 R&D 추진 시 병행 표준화, 특허화를 고려한 과제기획 추진을 통해 지적재산권(IPR) 확보 등 성과가시화 촉진 특히, 기술개발-표준화 연계 과제는 표준PD 점검 및 표준화활동 비용을 예산산정 시 별도 제시 148 한국산업기술평가관리원

149 특집 2013년 산업융합원천기술개발사업 과제기획 추진계획 과제우선순위 도출 시 객관적 검증을 위한 NEPSA* 검토 내실화 정책방향, 특허동향조사 및 사전경제성분석 등이 반영된 과제기획안(RFP)에 대해 객관적으로 NEPSA 검증하여 우선순위 설정 * NEPSA(NExt year Project Selection Analysis): Return과 Risk 검토툴 재미과학기술자 등을 활용한 글로벌 우수기술 수요를 발굴하고, 기술수요조사서 양식 간소화*를 통해 수요제안자의 편의성 강화 * 수요조사 단계에서의 필요성이 낮은 내용(예산규모 및 추진체계) 제외 등 기존 5-10페이지 1-2페이지 내외로 핵심내용 위주로 대폭 간소화 기술분야 과제 간 중복지원 방지 및 연계 강화를 위한 종합검토체계 구축 운영 및 공청회 내실화를 통해 대내외 의견수렴 강화 종합검토회의(9월), 사전조정회의(12월), PD워크숍(수시) 개최 및 NTIS/e-R&D 유사과제 검색 등을 통해 다각적인 중복 연계성 검토 일회적인 공청회를 지양하고, 충분한 시간 및 토론환경을 조성하여 기획과제의 심층적인 의견수렴 및 반영, 중복성 검토 강화 한국산업기술평가관리원 149

150 PD ISSUE REPORT JULY 2012 VOL 추진 일정 및 체계 추진프로세스 및 일정 추진절차 수행주체 (Top-Down) 정책방향 설정 (Bottom-up) 기술수요조사 지경부 KEIT/PD ( ) 기획대상 후보과제 발굴 PD (KEIT) ( ) 기획대상과제 선정 기획대상과제 종합검토회의 (지경부/KEIT) ( ) 기획대상과제 세부기획 추진(RFP 작성) PD (KEIT) ( ) 기획대상과제 목표검증 목표검증단 (KEIT) ( ) 기획대상과제 우선순위(안) PD (KEIT) ( ) 기획대상과제 사전조정 사전조정회의 (지경부/KEIT) ( ) 지원대상과제 심의 확정 사업심의위원회 (지경부/KEIT) ( ) 신규사업 공고 지경부/KEIT ( ) * 기획대상과제 종합검토회의 개최 前 차년도 기획방향 설정을 위한 과제기획 사전검토회의 개최 가능 150 한국산업기술평가관리원

151 특집 2013년 산업융합원천기술개발사업 과제기획 추진계획 추진체계 사업심의위원회 - 구성 : 국장, MD, PD, 과장 등 - 신규지원 기술/품목 심의ㆍ확정 전문가 기획자문 활용가능 - 추진방향, 기획대상과제 검토 기획 기획대상과제 종합겸토회의 (신/주력/정보통신산업) PD - 기획대상 과제기획(RFP 작성) - 지원대상 과제 우선순위 선정 기획대상과제 종합겸토회의 검증 목표검증단 - 기획과제의 목표 및 연구 내용의 도전성 검토/검증 - 산업/기술분야간 연계/중복 검토, 신규과제(안) 사전조정 기획과제종합 검토회의: (신규예산의 1.5배수 내외) 기획대상과제 선정(국장, MD, PD 등) 사전조정회의: 사업심의위원회 개최 신규지원과제 사전 조정(과장, PD 등) * 필요 시 생략가능 사업심의위원회: 신규 지원과제 심의 확정(국장, MD, PD 등) 과제기획의 도전성과 책임성이 강화될 수 있도록 PD주도의 신규지원 대상과제 발굴 및 세부기획(RFP) 추진 - 산업별 기획운영 및 조정은 산업별 기획운영PD(3명) 가 총괄운영하고, 기획총괄TF팀이 운영전반을 지원 - 분야별 기술PD는 과제기획에 필요한 외부 자문전문가 활용 가능 도전적 목표설정 점검 및 과제기획 내실화를 위해 PD 분야별로 목표검증단 구성 운영 전담기관(KEIT) 평가부서 주관/지경부 참여 - 학계 특허전문가(기술성 검토) 및 산업계 CTO(시장성 검토) 등으로 구성하여 과제목표의 도전성을 중점검토하고 PD와 조정 협의 한국산업기술평가관리원 151

152 작성자/문의처 기획총괄 조일구 팀장 이성덕 수석 박진우 책임 백승철 선임 임진양 선임 김진숙 선임 <신산업> 기획운영 PD실 김홍연 PD 고범준 책임, 이승신 전임 ( , 7351) 나노융합 PD실 최영진 PD 이수갑 책임, 권선영 전임 ( , 7359) 신산업 IT융합 PD실 한만철 PD 김남훈 선임, 장윤림 선임 ( ~3) 주력산업 IT융합 PD실 한상철 PD 박용목 수석, 한경수 책임 ( , 2092) 바이오 PD실 박경문 PD 최종화 수석, 차혜선 선임 ( , 7358) 의료기기 PD실 허 영 PD 양종수 수석, 박경환 선임 ( , 7356)

153 차세대로봇 PD실 이상무 PD 이준석 책임, 김민균 선임 ( , 7414) RFID USN PD실 강민수 PD 신창훈 책임 ( ) 지식서비스 PD실 김성동 PD 민선정 선임 ( ) <주력산업> 기획운영 PD실 김창훈 PD 이강우 책임, 정주연 선임, 최희정 전임 ( , 0755, 0754) 스마트 카 PD실 문종덕 PD 조광오 책임 ( ) 그린 카 PD실 김기훈 PD 박용식 책임 ( ) 조선 PD실 강원수 PD 박용수 선임 ( ) 화학공정 PD실 남두현 PD 조동현 책임, 박은희 전임 ( , 0762) 섬유의류 PD실 김익수 PD 장윤영 전임 ( )

154 작성자/문의처 금속재료 PD실 장웅성 PD 이상훈 선임 ( ) 산업용 기계 PD실 김선창 PD 박근석 책임 ( ) 생산기반 PD실 김성덕 PD 황수언 책임 ( ) 플랜트 엔지니어링 PD실 박상진 PD 하종현 책임 ( ) <정보통신산업> 기획운영 PD실 하선우 PD 김상태 책임, 이연옥 선임 ( , 2102) 시스템반도체 PD실 한태희 PD 허창회 책임, 이유상 책임 ( ~3) 반도체 공정 장비 PD실 최리노 PD 봉충종 책임 ( ) 디스플레이 PD실 문대규 PD 김서균 수석, 박준범 선임 ( ~2)

155 LED 광 PD실 오대곤 PD 이민경 책임, 정찬혁 책임 ( ~2) 홈네트워크 정보가전 PD실 윤명현 PD 장동현 책임, 오세윤 선임 ( ~2) DTV 방송 PD실 박현제 PD 송찬호 책임 ( ) 차세대이동통신 PD실 이현우 PD 박인성 책임 ( ) BcN PD실 현종웅 PD 전광호 책임 ( ) SW PD실 박재득 PD 박상욱 책임, 류승한 책임, 송승익 선임 ( ~3) 차세대컴퓨팅 PD실 나연묵 PD 최재훈 책임, 이병화 선임 ( ~2) 지식정보보안 PD실 차영태 PD 기주희 선임 ( ) 표준기술 PD실 이종현 PD 표준정책 PD실 김용주 PD

156 PD이슈리포트 발간목록 발간호 발간분야 이슈제목 10-1호 10-2호 10-3호 10-4호 10-5호 10-6호 10-7호 10-8호 SW 로봇 IT융합 BcN RFID USN DTV 차세대컴퓨팅 지식정보보안 홈/정보가전 로봇 이동통신 IT융합 BcN DTV 홈/정보가전 기획총괄 SW 차세대컴퓨팅 지식정보보안 로봇 RFID USN 표준PD DTV/방송 IT융합 이동통신 기획총괄 모바일 산업 환경에서의 SW발전 및 육성 방향 웨어러블 로봇의 개발현황 및 전망 차량용 S/W 플랫폼 표준화 동향 Mobile Backhaul 장비의 시장동향 및 기술개발 전략 화물컨테이너용 보안장치 기술동향 및 국제 표준화 이슈 방송용 카메라시장 및 연구개발 동향 모바일 클라우드 기술현황 및 전망 스마트폰 보안 및 모바일 산업 활성화 홈네트워크 상호운용성 확보를 위한 한국형 표준 플랫폼 수술로봇의 개발 현황 및 전망 모바일 산업 동향 및 분석 조선산업의 e-navigation 현황 및 대응방안 패킷-광 통합 전달망 장비 기술동향 및 시장전망 국내 모바일방송 기술의 해외진출 현황 및 추진전략 실감 감성형정보가전기기의 현재와 미래 특허정보를 활용한 IT기술수준조사 모바일 인텔리전스 현황 및 발전방향 감성 ICT산업 현황 및 전망 국가안전관리를 위한 홈랜드 시큐리티 현황 및 대응방안 로봇 SW 플랫폼의 현황과 발전 방향 국내ㆍ외 USN용 센서산업 동향 및 활성화 전략 표준 특허 분쟁과 대응방안 스마트TV 현황 및 발전전략 IT와 주력산업의 융합 사례 차세대 이동통신 현황 및 발전방향 09년도 IT산업원천 기술수준조사 방법론 및 결과

157 발간호 발간분야 이슈제목 10-9호 10-10호 10-11호 10-12호 11-1호 11-특집호 SW 차세대컴퓨팅 지식정보보안 IT융합 RFID USN 기획총괄 이동통신 DTV/방송 BcN 홈/정보가전 SW 차세대컴퓨팅 지식정보보안 기획총괄 IT분야 PD 전체 기획총괄 기획총괄 기획총괄 가상제조 기술의 현황 및 발전방향 CPS(Cyber-Physical Systems) 기술현황 및 전망 금융 IC카드 위협, 부채널 공격 현황 및 대응방안 인체기반 에너지 하베스팅 기술 현황 및 전망 USN과 M2M(Machine to Machine) Backcasting을 활용한 기술예측방법론 국내 융복합 모바일 통신기기 종합시험 현황 및 시사점 디지털 라디오방송 기술 및 정책 동향 서비스 전달 플랫폼 기술현황 및 시장전망 제로 에너지 하우스 현황 및 전망 동향분석 및 예측 기술 현황과 발전방향 매니코어 시스템 기술 현황 및 전망 프라이버시보호 및 사이버보안 이슈와 대책 방안 2011년 IT 핵심이슈 및 트랜드 분석 IT 기술 분야별 10년 주요성과 및 11년 연구계획 2011년도 IT기술진흥시행계획 2010년도 IT기술수준 조사 결과 2010년도 IT특허경쟁력 분석 결과 기획총괄 IT융합 미래기술예측조사 호 로봇 RFID USN 홈/정보가전 IT융합 IT분야 PD 전체 재난대응 로봇의 개발 현황 및 전망 NFC 국내ㆍ외 동향 및 발전 방향 Digital Holography 기술 동향 및 전망 X-ray 검사 시스템 기술 현황 및 전망 [부록] IT분야 주요 이슈 및 타산업간 융 복합 필요 사항

158 PD이슈리포트 발간목록 발간호 발간분야 이슈제목 11-4호 11-5호 11-6호 11-7호 11-8호 나노융합 디스플레이 반도체 LED/광 차세대컴퓨팅 SW BcN 지식정보보안 차세대이동통신 DTV/방송 바이오 의료기기 생산기반 플랜트엔지니어링 IT기획운영PD/IT분야 반도체 디스플레이 LED/광 나노융합 SW 표준 로봇 IT융합 RFID USN 차세대이동통신 BcN 탄소나노튜브(CNT)의 상용화 현황 및 시장 전망 OLED 조명 기술 동향 및 전망 차세대 반도체 공정/소자 개발 동향 LED 시스템 조명 기술의 전망 그린 IDC 기술 동향과 인증제 추진 방안 빅 데이터 산업현황 및 대응방안 캐리어 이더넷(Carrier Ethernet) 기술동향 및 시장 전망 지능형 영상보안 기술 현황 및 전망 한중일 차세대 이동통신 정례 표준협력 회의 UHDTV 기술동향과 산업 전망 바이오화학산업의 현황과 전망 초음파 의료기기의 기술 및 산업동향 제조업의 원천, 뿌리산업의 현황과 발전전략 플랜트안전설계 기술개발 현황 및 전망 2012년 산업융합원천기술개발사업 정보통신분야 R&D 기획방향 차세대 TV 칩셋 개발 동향 3D 디스플레이 기술 동향 및 전망 가시광 통신(VLC) 기술 및 산업전망 차세대 나노바이오의료융합기술의 개발 동향 다국어 자동통번역 기술 현황 및 대응 방안 산업융합기술 분야 표준화 동향 인간로봇상호작용(HRI) 기술의 현황과 발전 방향 농업 IT 융합 기술의 동향 및 전망 RFID기반 물류정보 동기화 기술 및 산업전망 이동통신 트래픽 증가와 주파수 확보 방안 광대역 가입자망을 위한 차세대 Optic 액세스 및 부품 기술현황 및 전망

159 발간호 발간분야 이슈제목 11-9호 11-10호 SW 홈/정보가전 로봇 DTV/방송 바이오 의료기기 기획총괄 플랜트엔지니어링 차세대컴퓨팅 SW 지식정보보안 생산기반 공개SW 기반 국가 R&D 추진 및 글로벌 R&D 능력향상 전략 WPAN기술 표준화 동향 클라우드 기반 로보틱스의 현황과 발전방향 스포츠와 방송기술 동향 유전자치료제 개발의 현황 및 전망 X선 의료영상기기 기술 및 산업동향 특허분석을 통한 지식정보보안분야 메가트랜드 해양 시추시스템 기술현황 및 전망 클라우드 컴퓨팅 이슈 및 현황 국가 SW R&D 품질관리 적용 현황 및 향후 추진방향 인터넷 트래픽 분석의 기술동향 및 발전방향 주요 제품서비스화 사업에 대한 성장가능성 평가와 시사점 12-특집호 18대 분야 2011년 연구개발 주요성과 및 2012년 추진계획 12-2호 기획총괄 신산업 IT 융합 시스템 반도체 반도체 공정 장비 2011, 25대 기술 분야 기술수준조사 결과 섬유패션 IT 융합 기술의 현황 및 확산 발전 전략 SSD(Solid-state Drive) 기술 및 시장동향 반도체 웨이퍼 450mm 대구경화 동향 기획총괄 IT 미래기술예측 호 플랜트엔지니어링 나노융합 스마트카 그린카 디스플레이 주력산업 IT 융합 지식기반 서비스 산업으로의 발전, 플랜트 - IT 융합 그래핀 응용 기술 연구개발 동향 및 사업화 전망 지능형 자동차 연구 동향 및 지식경제부 R&D 지원현황 그린카 기술의 현재와 미래 동북아 디스플레이 산업현황 조선 IT 융합 기술의 현황과 발전방향

160 PD이슈리포트 발간목록 발간호 발간분야 이슈제목 12-4호 12-5호 12-6호 바이오 의료기기 로봇 조선 생산기반 금속재료 DTV 방송 홈네트워크 정보가전 LED 광 의료기기 표준기술 지식서비스 화학공정 BcN RFID USN 특집 나노융합 산업용기계 차세대이동통신 시스템반도체 SW 차세대컴퓨팅 지식정보보안실 특집 굴뚝 없는 황금 시장, 줄기세포치료제의 미래 재활의료기기 기술 동향 및 전망 로봇 콘텐츠 저작환경 기술의 현황과 발전방향 선박 수중소음 기술동향과 산업전망 자연에서 얻은 지혜, 자연모사기술(Nature Inspired Technology)의 현재와 미래 에너지 산업 전망에 따른 4G 금속소재 개발 전략 디지털라디오 기술 동향 스마트가전 현황 및 발전방향 초강력 레이저 기반 펨토과학기술의 동향과 발전 전망 의료기기 강국으로 도약하는 대한민국 FTA 시대의 국가 R&D와 표준화 전략 지식서비스 시대의 인재상과 교육지식서비스 석유화학 산업의 현황과 발전방안 네트워크 운영체제에 대한 국내ㆍ외 기술동향과 R&BD 성공전략 유통정보 공유를 위한 공통 표준플랫폼 기술 동향 융합기술 R&BD 활성화 추진전략 동반성장의 시금석, 나노융합산업 친환경 난삭재 가공기술 개발동향 모바일 기기용 무선충전 기술 및 표준화 동향 모바일 CPU 기술 동향 및 산업 전망 증강현실과 스마트안경 기술 및 제품 동향 터치기반 스마트 단말 UX 기술 클라우드 컴퓨팅 보안 기술동향과 산업전망 2013년 산업융합원천기술개발사업 과제기획 추진계획

161 KEIT PD Issue Report 발 행 일 2012년 7월 발 행 처 한국산업기술평가관리원(KEIT) 주 소 (서울본원) 서울특별시 강남구 테헤란로 305 한국기술센터 8~13층 TEL (대전분원) 대전광역시 유성구 엑스포로 567 TEL 홈페이지 이 책자의 저작권은 한국산업기술평가관리원에 있습니다. 무단전재와 복제를 금합니다. ISSN

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164 Ⅰ서울본원Ⅰ 서울특별시 강남구 테헤란로 305 한국기술센터 8~13층 TEL , 8119 Ⅰ대전분원Ⅰ 대전광역시 유성구 엑스포로 567 TEL , ISSN 이 책자의 저작권은 한국산업기술평가관리원에 있습니다. 무단 전재와 복제를 금합니다.