인공지능(AI) 기술의 대두로 IT 디바이스 시장도 새로운 국면을 맞고 있다. 특히 스마트 안경을 비롯한 증강현실(AR) 기기가 생성형 AI라는 ‘킬러앱’을 등에 업고 스마트폰을 대체하는 제품 카테고리를 열 것이라는 전망도 나온다. 실제 메타, 마이크로소프트(MS), 아마존, 구글, 애플 등 미국 빅테크와 중화권 전자·IT 기업들도 ‘AI 안경’을 개발하거나 시제품을 선보이고 있다.
토종 팹리스(반도체 설계회사) 사피엔반도체는 AR 기기에 탑재되는 마이크로발광다이오드(LED)용 디스플레이 구동칩(DDI) 설계 업체다. 창업자인 이명희 대표(62)는 미국 조지아공대 전기공학 박사로, 삼성전자 시스템LSI 사업부에서 DDIC 개발팀장, 현대자동차 차량용 반도체 센터장, UNIST(울산과학기술원) 교수 등을 지낸 반도체 전문가로 지난 2017년 사피엔반도체를 창업했다. 삼성전자 반도체 재직 시절 마이크로LED의 가능성을 확인했고, 차세대 디스플레이가 될 것으로 확신했다.
이 대표는 지난달 21일 경기도 판교 사피엔반도체 본사에서 조선비즈와 만나 “AI 기술 발전으로 AR 기기가 드디어 확실한 상품성을 갖게 됐다. 미국의 대표적인 빅테크들이 모두 AI 안경을 개발하고 나선 것도 이 때문”이라며 “AI 안경은 색재현, 전력 효율, 빠른 반응 속도 등을 위해 마이크로LED 디스플레이 탑재가 필수적이고, 이 분야에서 사피엔반도체는 가장 독보적인 DDI 기술을 보유하고 있다”고 말했다.
과거 DDI는 메모리 반도체 산업이나 파운드리(반도체 위탁생산) 등에 비해 난도가 낮은 산업으로 알려졌다. 실제 삼성전자나 LG전자는 디스플레이용 칩을 수직 계열화해 자체적으로 수급하거나, 저렴한 중국, 대만산 제품을 사용하고 있다. 이 회사들이 집중하고 있는 유기발광다이오드(OLED)나 액정표시장치(LCD)의 경우 디스플레이 칩의 성능이 반드시 좋을 필요는 없기 때문이다.
하지만 마이크로LED 디스플레이는 얘기가 다르다. AR 기기들은 대낮에도 가시성을 확보해야 할 정도로 밝으면서 반응 속도가 빠르고, 저전력, 초소형 구조의 DDI가 필요하다. 이 대표는 “사피엔반도체는 메모리인픽셀(MIP)이라는 마이크로LED에 특화한 기술을 개발해 특허를 등록했다”며 “이 기술은 DDI 내에 메모리를 내장해 비트가 가진 정보를 통해 색을 구현하는 정보를 기억하며 빠르고, 더 밝으면서도 전력을 덜 소모하는 방식”이라고 강조했다.
현재 사피엔반도체는 AI 안경 출시를 준비하고 있는 미국의 빅테크 한 곳과 공동 개발 파트너십을 맺고, AI 안경에 맞는 DDI 공급을 준비하고 있다. 파트너십을 더 원활하게 하기 위해 실리콘밸리에 사무실을 개소하기도 했으며, 고객사의 요청에 따라 신속하고 빠른 칩 공급을 위해 파운드리 업체 역시 미국 현지 기업인 글로벌 파운드리를 사용하고 있다.
이 대표는 마이크로LED 시장의 개화와 함께 디스플레이 시장이 커다란 격변을 맞이할 것이라고 했다. 마이크로LED는 기존 LCD, OLED와 달리 머리카락보다 훨씬 작은 5마이크로미터 이하 LED 칩을 화소로 사용한다. LED의 집적도가 OLED보다 높기 때문에 훨씬 선명하고, 대낮에도 뚜렷한 영상을 볼 수 있으며, 무기물 기반의 소재라서 내구성이 월등하다. 또 타일을 붙이듯 LED 모듈을 이어 붙일 수 있어서 크기나 형상도 자유자재로 구현할 수 있는 ‘꿈의 디스플레이’ 기술로 불린다.
이 대표는 “마이크로LED는 생산 공정이 디스플레이 장치 산업보다 반도체 공정과 유사하다”며 “LCD, OLED 디스플레이는 삼성디스플레이, LG디스플레이 등 패널 업체들이 선도해 왔지만 마이크로LED는 반도체 기술력이 필요한 분야”라고 설명했다. 이어 “디스플레이 산업이 패널 기반에서 웨이퍼 기반의 반도체 산업으로 바뀌게 되는 중요한 기로에 있으며 이 커다란 패러다임 변화 속에 엄청난 기회가 있다”고 했다. 다음은 이 대표와의 일문일답.
―사피엔반도체를 창업하게 된 배경은.
“오랜 기간 디스플레이 산업을 지켜봤다. 브라운관부터 LCD, OLED 등 디스플레이 기술은 10년에서 15년 단위로 다음 세대로 넘어왔다. 지금은 마이크로LED가 사실상 ‘종결형’ 디스플레이로 언급되고 있고, 많은 회사들이 주목하고 있다. 특히 AR과 같은 새로운 형태의 기기에서는 마이크로LED 외에는 대안이 없다. 그래서 마이크로LED에 대한 확신을 가지게 됐다.
디스플레이는 진화하는데 아직 대부분의 디스플레이 구동칩(DDIC)은 아직 아날로그 칩을 사용하고 있다. 삼성전자나 LG전자 모두 마찬가지다. 디스플레이 구동칩은 LG디스플레이의 경우 과거 계열사를 통해 수직계열화 했었고, 삼성전자도 마찬가지다. 큰 중요성을 부여하지 않았다. 시대는 마이크로LED로 가고 있으며, AR 기기에서 DDI가 중요한 역할을 할 것이라는 가능성을 봤다.”
―기존 디스플레이 구동칩과 마이크로LED의 구동칩은 무엇이 다른가.
“가장 큰 차이점은 LCD, OLED는 아날로그 방식으로 구동된다. 사피엔반도체가 설계하는 칩은 디지털 기반으로 바꿨다. 아날로그 칩은 대기전력이 필요하고, 소자가 크다 보니 초소형으로 만들기가 어렵다. 사피엔반도체는 모든 걸 디지털로 변경해서, 구동할 때 외엔 대기전력을 최소화했고 칩의 집적도도 상당히 높였다. 칩의 면적 기준으로 보면 4배 정도 차이가 난다고 보면 된다.”
―사피엔반도체만의 차별화된 기술이 있다면.
“메모리인픽셀(MIP·Memory In Pixel) 기술이 가장 특별하다. 이 기술은 DDI 칩을 통해 픽셀의 밝기, 색재현율 등의 정보를 기억하고 조정하는 기술이다. 비트에 저장된 정보를 토대로 더 효율적이며 빠르고 선명하게 화면을 제어하는 것이다. 픽셀을 개별 제어하는 회로에 기억 소자가 들어가 있어 이를 토대로 색을 제어할 수 있다. 반도체에 비유하자면 기존의 D램처럼 운용되던 DDI 칩이 S램(CPU 다이에 장착되는 캐시메모리로 작동 속도가 D램보다 월등히 빠름) 구조로 바꿨다고 보면 된다.
이 기술은 이미 전 세계에 특허권을 확보해 놓았으며, 여기에서 파생되는 특허 또한 160건 이상 출원했고 그중 절반은 등록됐다. 일종의 특허 장벽을 쌓아가고 있다. 특허로 사업을 보호해야 할 필요가 있기 때문이다. 160건의 특허 중 20건은 MIP 관련 특허다. 혹시라도 허점을 보고 경쟁사가 침범하지 않도록 대비하고 있다.”
―AR 디스플레이의 경우 애플이나 메타 등 최종 고객사와의 협업도 중요할 것으로 보이는데.
“실제 최종 고객사와 다이렉트로 협력을 하고 있다. 이미 공시한 바 있듯이 실리콘밸리의 빅테크와 협업을 진행하고 있다. AR을 사용할 때 소비자들이 느끼는 어지러움과 같은 문제들을 해결해나가고 있다. 스마트폰이나 노트북과 달리 AI 안경은 사용자의 움직임을 포착한다. 수시로 움직이기 때문에 거기에 맞춰 디스플레이 환경을 조정해야 한다. 많은 노하우가 필요하고, 시스템 회사와의 긴밀한 협력이 필요하다.
미국의 빅테크를 비롯해 현재 30여개 기업에서 AI 안경 출시를 준비하고 있다. 여기에는 신생 업체들뿐만 아니라 기존 대형 전자업체들도 포함된다. 스마트 글래스를 오래 연구개발해 온 회사들도 AI 열풍에 맞춰 제품을 출시하고 있다. 다양한 방식의 합종연횡이 진행되고 있다. 2030년쯤에는 1억개 이상의 AR 기기가 양산될 것으로 보고 있다. 스마트폰 수준으로 물량이 늘어날 것이라는 얘기다.”
―AI 안경을 가장 유망한 분야로 보는 이유는.
“스마트 글라스는 착용감과 이렇다할 효용이 없어 산업이 정체돼 있었다. 생성형 AI 붐이 일면서 상황이 완전히 달라졌다. 과거에는 무겁고, 특별한 이점이 없었던 스마트 글래스에 AI라는 킬러앱이 생기면서 실시간으로 사람과 사물을 인식하고, 그것에 대한 정보를 준다. 앞서 메타에서 밝혔듯이 스마트폰으로 가능한 새로운 혁신은 이제 없다. AI 안경이 스마트폰에 이어 사람과 사람이 소통하는 방식과 사물을 인식하는 방식을 바꾸게 될 것이다. 착용감도 달라졌다. 과거 스마트 글라스는 너무 크고 무거웠지만 지금은 일반적인 안경 형태다. 이것이 진짜 현실에 와닿는 AI 혁명이 될 것이라고 본다.”
―마이크로LED 시장이 커진다면 디스플레이 시장의 룰도 바뀌지 않을까.
“기존에 LCD, OLED는 삼성디스플레이, LG디스플레이 등 패널 장치 산업이었다. 마이크로LED는 LED 칩을 소자로 사용하는 디스플레이이기 때문에 산업의 본질이 반도체 산업으로 바뀐다. 사피엔반도체가 설계하는 백플레인도 웨이퍼 기반으로 고대역폭메모리(HBM)처럼 수직 구조로 쌓아 만든다. 패러다임이 바뀐다. 디스플레이 산업이 반도체 산업이 되는 것이다. 이 커다란 패러다임 변경에는 엄청난 기회가 있다. 이 기회를 일찍 포착했고, 아직 이렇다할 경쟁사가 없다. 독립회사로 사피엔반도체를 키워 국내에 흔치 않은 글로벌 팹리스로 성장시키는 것이 목표다.”
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