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셀룰러 IoT 시대를 위한 새로운 반도체 공급 모델의 필요성

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글/최수철, 노르딕 세미컨덕터 한국 지사장

초기의 1세대 네트워크를 시작으로 오늘날 빠르게 성장하는 4G와 새로운 5G 인프라에 이르기까지 통신 산업은 스마트폰 소비자의 까다로운 요구를 충족시키기 위해 지속적으로 발전해 왔다. 스마트폰은 2020년까지 38억 명의 사람들이 소유할 것으로 예상되고 있으며, 이는 전 지구에서 두 사람 중 한 사람이 스마트폰을 사용하는 것과 같은 수치이다.
스마트폰 가입은 휴대폰 판매량을 능가한다. GSMA 인텔리전스에 따르면, 2018년 말까지 10명 중 7명이 모바일 서비스에 가입한 것으로 나타났다. 또한 교육, 헬스케어, 엔터테인먼트, 뱅킹을 비롯해 갈수록 더욱 다양한 분야에서 인터넷 기반의 서비스와 혜택들이 증가할 것이다.
지금까지 스마트폰이 셀룰러 반도체 공급망의 원동력이 된 것은 놀라운 일이 아니다. 애널리스트 기업인 린리그룹(The Linley Group)에 따르면, 셀룰러 반도체의 정확한 수치를 추산하기는 어렵지만, 스마트폰의 주요 부품인 셀룰러 베이스밴드 프로세서 시장은 2015년에 이미 214억 달러에 이르렀으며, 지금은 훨씬 더 큰 규모의 시장이 되었을 것으로 예상하고 있다. 셀룰러 반도체 공급망이 매우 큰 비즈니스 영역인 것은 분명하다.
기업들은 공격적인 전략으로 이러한 호황 시장에서 높은 점유율을 차지하기 위해 인수와 합병, 그리고 설계 역량 확보에 주력해 왔다. 이로 인해 오늘날 수십억 달러에 이르는 기존의 셀룰러 비즈니스는 소수의 거대 스마트폰 기업에게 제품을 판매하는 소수의 거대 셀룰러 반도체 경쟁사 만으로 구성되어 있다. 패자에게는 고통스럽지만, 소비자를 위한 치열한 경쟁으로 해마다 더욱 우수한 하이-엔드 제품이 공급되고 있으며, 가성비 모델의 등장으로 아프리카와 같은 개발도상국에도 셀룰러 기술의 혜택이 제공되고 있다.

하지만 셀룰러를 지원하는 일부 RF 스펙트럼에 대한 막대한 라이선스 구매 비용을 상쇄하기 위해 새로운 수익원을 창출하고자 하는 이동통신 사업자들을 중심으로 변화가 시작되었다. 특히 통신 사업자들은 기존의 높은 트래픽 수요를 위한 전용 셀룰러 네트워크에서 여분의 사용 가능한 대역폭을 활용하여 저전력의 낮은 전송속도의 IoT 기기를 지원하는데 주목하고 있다.
셀룰러는 IoT 센서에서 클라우드로 직접 연결할 수 있는 이미 구축된 솔루션을 제공함으로써 다른 LPWAN 무선 기술에 비해 경쟁우위를 확보하고 있다. 이동통신 표준화 협력기구인 3GPP(3rd Generation Partnership Project)는 릴리스 13 표준에 두 가지 형태의 저전력 LTE(LTE-M 및 NB-IoT) 사양을 도입함으로써 이러한 이점을 활용할 수 있도록 신속하게 기업들을 지원하고 있다. 이 릴리스는 2015년에 채택되었으며, 4G LTE 지원 IoT 애플리케이션 개발을 가능하게 했다.

이러한 효과는 이미 드러나고 있다. 이동통신 인프라 분야의 글로벌 리더인 에릭슨(Ericsson)의 최근 연구에 따르면, 2024년까지 셀룰러 IoT의 연결 수는 41억 개로 급증할 것으로 예측되었다.(이 중 LTE-M 및 NB-IoT 기술이 45%)
이러한 낮은 전송속도의 기기들은 핸드셋에 사용되는 고가의 복잡한 셀룰러 칩셋이 필요하지 않기 때문에 IoT를 위한 작고, 간결하면서도, 효율적인 셀룰러 모뎀을 개발하는 새로운 업체들의 시장 진입 가능성이 높아졌으며, 기존의 셀룰러 반도체 공급망의 변화로 이어질 것이다.

새로운 반도체 업체들의 등장

이러한 업체들 중 하나인 노르딕 세미컨덕터는 IoT의 등장으로 셀룰러 스마트폰 시장에 공급되는 반도체 모델과는 완전히 다른 형태의 반도체 공급 모델이 요구될 것이라는 점에 주목해 왔다.
노르딕 세미컨덕터의 셀룰러 IoT 제품 매니저인 페데르 랑드(Peder Rand)는 “컨수머 및 산업 분야 모두, IoT의 최종 제품 및 애플리케이션은 수많은 소규모 회사와 신생기업들이 지배하고 있다”며, “또한 대규모 운영에 적합한 셀룰러 IoT를 적용하고자 하는 많은 고객들이 존재하기 때문에 셀룰러 IoT 무선 기술의 장기적인 성공에 중요한 영향을 미칠 것이다. 그러나 현재 셀룰러 IoT 분야의 대부분의 업체들은 셀룰러 기술에 익숙하지 않고, 기존 IoT 제품에 이 기술을 추가하여 대체하고 있는 수준이다. 예를 들어, 운용 효율을 최적화하고 비용을 절감할 수 있는 글로벌 연결이 가능한 와이파이를 사용하거나 새로운 IoT 애플리케이션을 개발하고 있다”고 밝혔다.
또한 페데르 랑드는 “셀룰러 IoT 시장은 소규모 회사와 신생 기업들이 주도하고 있는 기존의 블루투스 및 초저전력 무선 반도체 시장과 매우 유사하다”고 언급했다.

     

노르딕은 현재까지 220개가 넘는 업체에 자사의 셀룰러 IoT 솔루션인 nRF9160 SiP의 샘플을 공급했으며, 약 10개의 셀룰러 IoT 고객 제품 및 애플리케이션이 이미 시장에 출시되었다고 밝혔다. 이 10개의 IoT 제품 및 애플리케이션의 대부분은 소규모 회사 및 신생기업들이 개발한 것이다. 이 업체들은 성공적인 상용화를 위한 핵심 요소로 기술 지원이 가장 중요하다고 언급하고 있다.
이러한 추세는 시장조사기관인 IoT 애널리틱스(IoT Analytics)의 최근 연구(IoT Startups Report & Database 2019)에서도 뒷받침된다. 이 자료에 따르면, 현재 전세계적으로 운영되는 총 1,018개의 새로운 IoT 신생기업과 소규모 업체들은 6년 미만의 기업들인 것으로 나타났다. 기존 중소규모의 기업들까지 추가하여 합산하면, 셀룰러 IoT 반도체 모듈 시장은 전세계적으로 수천 개의 기업들이 진출할 것으로 예상된다.
공급 측면에서도 이와 유사하다. 오늘날 셀룰러 IoT 반도체 시장은 수천 명의 고객들에게 제품을 공급하는 노르딕과 같은 여러 업체들로 구성되어 있으며, 이들 중 대부분은 소규모 회사이거나 신생기업이다. 그리고 대부분의 업체들은 셀룰러 IoT의 복잡한 문제를 해결하고 프로토타입을 구현한 다음, 새로운 제품을 시장에 출시하기까지 매우 긴밀한 지원을 필요로 하고 있다. 이는 셀룰러 전문지식을 갖춘 소수의 공급업체와 소수의 스마트폰 제조사들이 주도하고 있는 기존의 휴대폰 시장과는 상황이 매우 다르며, 이로 인해 새로운 비즈니스 모델에 대한 요구가 높아지고 있다.

복잡성 해소

노르딕의 페데르 랑드는 셀룰러 IoT를 제품에 통합하는 소규모 회사들의 특성상 새로운 LTE-M 또는 NB-IoT 제품이나 애플리케이션을 시장에 신속하게 출시하기 위해서는 통합적인 기술 지원이 필요하다고 말했다.
셀룰러 기반 무선 기술의 악명 높은 복잡성을 감안할 때 이는 놀라운 일이 아니다. 노르딕의 CTO인 스베인-에길 닐슨(Svein-Egil Nielsen)에 따르면, “전통적인 셀룰러 모뎀을 스마트폰에 설계하는 것은 엄청나게 복잡한 작업이며, 대부분의 회사들이 가지고 있는 엔지니어링 역량을 넘어서는 수준”이다. 오늘날 핸드셋을 만드는 회사가 극히 소수에 불과하다는 점을 생각하면 설명이 충분할 것이다.
닐슨은 “노르딕은 고객들이 셀룰러 무선 기술의 복잡성을 이해하지 않고도 상업적으로 성공적인 제품을 개발할 수 있는 방법을 찾아야 한다는 것을 오래 전부터 인식해 왔다”고 밝혔다. 이 회사는 상당한 점유율을 차지하고 있는 블루투스 LE 시장에서 습득하며 준비한 계획을 가지고 있었다.
닐슨은 “ 노르딕은 블루투스 LE 소프트웨어 아키텍처와 개발 키트를 통해 불필요한 모든 기술적 복잡성을 추상화함으로써 개발자가 세부적인 RF 기술 대신, 자체 애플리케이션 개발에만 집중하도록 하여 다양한 애플리케이션에 신속하게 블루투스를 채택할 수 있도록 지원하고 있다”고 말하고, “대부분의 셀룰러 IoT 분야의 고객들에게도 이와 동일한 단순화된 접근방식이 필요하다. 이러한 전략을 지원하기 위해 nRF9160 SiP와 개발 툴이 만들어졌다”고 설명했다.
또한 노르딕은 자사의 SiP 제품에 대한 전세계 주요 통신 사업자의 인증을 획득하고, 이를 기반으로 고객들이 여러 국제 시장에 제품을 공급할 수 있도록 지원하고 있다. 이와 함께 eSIM 공급업체인 아이베이시스(iBasis)와 협력하여 nRF9160을 채택한 업체들이 즉각적으로 네트워크에 액세스할 수 있는 통합 솔루션을 제공하고 있다.

반면 닐슨은 셀룰러 IoT의 빠른 도입을 지연시키는 일부 저해요소들도 있다고 지적했다. 먼저 노르딕과 경쟁하는 솔루션들은 개발자들에게 높은 수준의 셀룰러 전문지식을 요구하는 경향이 있는데, 이는 이러한 솔루션을 활용할 수 있는 업체 수를 제한하게 된다. 닐슨은 또한 기술의 복잡성만이 미래의 성장을 방해하는 유일한 요인은 아니라며, 특허 라이선싱도 문제가 될 수 있다고 언급했다.
노르딕은 솔루션을 구축하기 위해 여러 업체 및 기관들과 협력하고 있다. 노르딕의 법률이사인 마리안느 프렐덴룬드(Marianne Frydenlund)는 “주요 셀룰러 표준의 핵심 특허권자는 노르딕 세미컨덕터와 같은 부품 제조업체에게 특허 포트폴리오에 대한 라이선스를 제공하지 않는다. 이것이 지속되면 셀룰러 IoT 산업에 큰 타격을 줄 수 있으며, 이는 최근 내가 무선 기술 특허 감시회사인 FSA(Fair Standards Alliance) 이사회에 합류한 이유이기도 하다”고 설명했다.

어려운 도전

셀룰러 IoT를 처음 접하는 기업들은 어떠할까? 노르딕의 셀룰러 IoT 솔루션을 이용하면 안정적으로 제품 및 애플리케이션을 개발할 수 있으며, 이미 여러 산업 분야를 위한 다양한 혁신적인 제품이 빠르게 출시되고 있다.
한 예로, 배터리로 구동되는 올인원 LTE-M 스마트 홈 경보기를 살펴보자. 이 제품의 애플리케이션은 이전에 사용하던 와이파이를 LTE-M 연결로 대체하여 주택 소유자가 전세계 어디에 있든 스마트폰을 통해 즉각 경보를 보낼 수 있다.
또 다른 예는 셀룰러 IoT 불안 경보기이다. 물리적 공격이나 고립된 사고의 위험이 있는 혼자 일하는 전문가들이나 집에 사는 노인 등 취약한 상황에 있는 사람들을 보호하기 위해 설계된 이 경보기는 사용자 설정이 필요하지 않다. 버튼을 두 번 눌러 활성화하면, 비상대응센터에 사용자의 신원(고유의 사용자 ID)과 GPS 위치를 알릴 수 있다.
노르딕 솔루션에 대한 고객 반응은 매우 긍정적이다. 한 고객은 “셀룰러 IoT에 대한 노르딕의 회사 전반에 걸친 노력에 깊은 인상을 받았다. 노르딕은 셀룰러 IoT가 셀룰러 분야를 변화시키는 방식에 적합한 전략을 채택했고, 상용화를 위해 수년 동안 셀룰러 IoT 솔루션 개발에 상당한 R&D 투자를 진행해 왔다. 노르딕은 이 시장에 집중하면서 모든 약속을 이행해 왔으며, 탁월한 기술 지원 또한 그 중 하나다”고 말했다.

스마트폰을 넘어서는 새로운 시장

초기의 제품 애플리케이션은 애플리케이션에 셀룰러 IoT 기술을 채택한 업체들이 기존의 스마트폰 시장을 넘어 새로운 기회를 창출할 수 있는 가능성을 보여주고 있다. 잠재적인 애플리케이션 영역은 실제로 엄청나다. 농업, 자동차, 인프라, 빌딩 유지보수, 가전, 에너지 및 유틸리티, 헬스케어, 산업 및 보안 애플리케이션 등 모든 주요 분야에 영향을 미칠 수 있다. 새로운 IoT 애플리케이션 영역이 증가함에 따라 셀룰러 IoT를 위한 다른 형태의 비즈니스 모델이 필요하다. 이러한 애플리케이션 영역은 이제 시작일 뿐이며, 셀룰러 IoT가 상업적으로 실현될 수 있는 새로운 애플리케이션은 아직 포함되지도 않았다.
그러나 셀룰러 IoT 무선 기술은 단독으로 존재할 수 없다. 단거리, 저전력 프로토콜인 블루투스 LE와 블루투스 메시, 스레드, 지그비와 같은 IoT를 지원하는 광범위한 다른 무선 기술과 공존해야 한다. 다른 IoT 기술을 보완하기 위해 셀룰러 IoT는 해당 분야의 실리콘을 위한 기존 공급망까지 끌어들여야 하기 때문에 현재의 셀룰러 공급망 상태로는 더욱 대응하기 어려워질 것이다.
스마트폰 모뎀은 특정 애플리케이션 요건, 즉 빠른 처리속도의 셀룰러 통신과 소수의 장비 제조업체들의 요구에 부합하도록 설계되었다. 이와 반대로 셀룰러 IoT는 수천 개의 애플리케이션과 수천 명의 고객들의 요구를 충족시켜야 한다. 이는 완전히 다른 게임이다.

leekh@seminet.co.kr
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