메인 기사 1 - 초시대 핵심 부품 ‘5G 통신칩’ 시장·기술 동향
메인 기사 2 - 모바일 통신칩 절대 강자 퀄컴

N줄 요약

1. 5G 칩셋 시장은 2030년까지 연평균 50% 이상으로 놀라운 성장을 기록할 것이다.
2. 5G 칩셋 R&D는 극고주파 단점을 보완하고 손실률 개선에 집중할 계획이다.
3. 퀄컴(Qualcomm)은 AP에 5G 셀룰러 모뎀을 합친 MSM(Mobile Station Mobile)칩을 활발하게 시장에 내놓으며 꾸준한 성장을 기록하고 있다.

요약

시장 현황과 전망

전 세계 5G 칩셋 시장 규모

• 그랜드 뷰 리서치(Grand View Research): 2020년 $12.9억, 2028년 $664.5억 (연 69.1% 성장)
• 마켓 앤 마켓(Markets and Markets): 2020년 $128억, 2028년 $670억 (연 26.7% 성장)

분석 결과에 따라 연평균 성장률은 다르게 나타나지만, 2028년 전 세계 5G 칩셋 시장 규모는 670억 달러 수준을 기록할 전망이다.

전 세계 5G 관련 전자부품의 시장 규모

• 야노경제연구소(Yano Research): 2020년 $105.9억, 2030년 $6639.3억

전 세계 사물인터넷(IoT) 기기 수

• 트랜스포머 인사이트: 200년 87.4억 대, 2030년 254억 대 (약 3배 증가)

전 세계 FR2 지원 칩셋 시장 규모

• 마켓 앤 마켓(Markets and Markets): 2020년 $86억, 2026년 $666억 (연 53.1% 성장)

기술 수요 전망

• 스마트폰 탑재 RFIC는 FR1, FR2, 듀얼 칩셋으로 나뉜다.
  • 현재는 FR1 시장이 우세하나, 5G NR(New Radio) 수요 증가와 시장 확대에 따라 FR2 지원 칩셋 시장 규모가 폭발적으로 성장할 것으로 예상된다.
  • 퀄컴은 성능과 비용이 최적화된 스냅드래곤 765, 690 기반 중급 스마트폰을 출시했다.
• 5G 통신을 위한 FR2 칩셋 설계 및 제조에는 다음과 같은 문제가 있다.
  1. 기존에 사용하지 않던 주파수 대역에서 발생 가능한 전송 손실을 줄여야 함.
  2. 극고주파 단점 (도달 거리가 떨어지고 장애물의 영향을 크게 받음)을 보완해야 함.
• 새로운 소재와 기술이 필요하다.

소재

• 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene; PTFE): 내화학성과 내열성이 높고 유전율이 낮아 5G 통신케이블, 안테나, 필터 등에 적합한 소재
• 액정폴리머(liquid crystal polymer; LCP): 액정과 플라스틱의 특성을 동시에 지녀 폴리이미드(PI)보다 성형가공에 유리하고 유전성이 낮아 고속·고주파 설계에 적합
• 저온 동시소성 세라믹스(Low Temperature Co-fired Ceramic; LTCC): 기판에 전기 전도성이 높은 은과 구리 회로를 3D 다층 구조로 제작

기술

• FR2용 RFFE (RF Frond-End)
  • 전력증폭기 (Power Amplifier)
    • RFIC 총 전력 소모량의 80% 이상을 차지함.
    • 전력 효율 향상 기술 개발이 진행.
  • 저잡음증폭기 (Low Noise Amlifier)
    • 저잡음 정합(Rectification)을 수행해 잡음을 억제함.
    • 기생성분 영향 최소화를 위한 기술 개발이 진행.
  • Tx/Rx 스위치
    • 통과 신호 감소와 누설 신호 증가 문제를 해결하기 위한 기술 개발이 진행
  • RF 필터
    • 벌크 탄성파(BAW)과 표면 탄성파(SAW)로 나뉜다.
    • 벌크 탄성파가 표면 탄성파보다 5배 이상 비싸지만, 5G의 넓은 대역폭을 필터링 하기 위해서는 BAW를 사용해야만 한다.
• FR2용 5G 안테나 기술
  • 짧은 범위와 높은 음영률을 보완해 수신 감도 저하를 줄일 수 있는 방향으로 개발이 진행.
  • 삼성전자는 단말기 상·하단부 외곽에 이중편파 안테나를 2개씩 배치해 상호 간섭 방지함.
  • 퀄컴은 2x2 배열 이중 편파 안테나 모듈을 개발해 음영률 보완함.
• 안테나 인 패키지(AiP) 기술
  • FR2 RFFE를 하나의 안테나 패키지로 통합하는 기술.
  • 이때 전자파 간섭(EMI) 차폐막, 몰드 언더 필(MUF)에 신소재를 적용해서 추가 전송 손실 감소 효과를 이끌어낸다.

감상 및 의견

퀄컴의 스냅드래곤 시리즈에 대한 자료조사를 진행하던 중, 최신 모뎀 칩과 5G 네트워크에 대한 기사를 발견하게 돼 읽고 정리했습니다.

이번 기사를 통해 5G 관련 시장이 얼마나 전도유망한 시장인지 다시 한 번 체감할 수 있었습니다. 그리고, 5G NR 상용화를 위한 FR2 칩셋 개발에 어떤 신소재와 신기술이 필요한지 배울 수 있었습니다. 반도체 산업은 언제나 한정된 자원 속에서 극한의 효율을 찾기 위한 고군분투의 연속이라고 생각합니다. 통신 분야도 마찬가지로 조금이라도 데이터 전송 효율을 높히고 전력 소모율을 낮추기 위한 연구가 계속되고 있다는 사실을 배웠습니다.

컴퓨터공학 졸업프로젝트로 mmWave 레이더 장비를 이용한 경험이 있습니다. 짧은 시간이었지만, 5G핵심 기술에 대한 용어를 공부할 수 있어서 기사 이해에 도움이 됐습니다.