[사이언스프리즘] 센서의 미래와 4차 산업혁명

빅데이터 생성 기초소자 ‘센서’ / 스마트폰 넘어 자율車에 활용 / 향후엔 AI 기능까지 포함 전망 / ‘센서 시장’ 미래 먹거리 삼아야

4차 산업혁명 시대에 가장 기초적인 자원이 빅데이터이다. 이 빅데이터를 기반으로 인공지능(AI)이 학습을 한다. 그래서 컴퓨터의 인지능력과 판단능력, 그리고 미래예측능력이 인간을 앞서가게 된다. 그러면서 미래의 대부분 인간의 일자리를 로봇과 컴퓨터가 대체할 것으로 예상한다. 이러한 4차 산업혁명 시대에 쌀이자 원유인 빅데이터를 생성하는 기초소자가 바로 센서이다.

센서는 일반적으로 반도체로 만들어지고 주변 환경의 전압, 전류, 전자파, 빛 등 전자기적 물리신호뿐만 아니라 온도, 압력, 속도, 가속도, 회전속도, 힘 등 기계적 신호도 측정한다. 더 나아가 화학적 감지기능으로 기체의 종류, 기체의 양, 불순물 농도 등 화학적 감지기능을 갖기도 한다. 센서 내부에서는 이렇게 감지한 아날로그 감지신호를 디지털값으로 전환한다. 그리고 유무선 통신회로와 네트워크를 통해서 프로세서 보내고, 메모리에 저장하고, 멀리는 데이터 센터로 보내게 된다.

김정호 카이스트 석좌교수 전기전자공학

이러한 센서를 반도체로 구현하면 장점이 많이 있다. 일단 작고, 가볍고, 전력소모가 적다. 그리고 대량생산이 가능하다. 최근에는 배터리를 제외한 전체를 1개의 반도체로 구현해서 가볍고, 작고, 저전력이고, 값싸게 구현하려고 하고 있다. 그래야 언제 어디서나 누구에게나 모든 사람과 사물에 설치할 수 있다. 센서가 이러한 기능과 구조를 가지려면 센서가 배터리 교체 없이 거의 무한대의 시간 동안 동작할 수 있어야 한다. 그래서 전력소모가 적게 설계하는 것이 무엇보다도 중요하다.

지금까지 이러한 센서가 가장 많이 필요했던 시스템은 스마트폰 산업이었다. 하지만 그 시장의 성장속도는 이제 둔화되고 있다. 앞으로는 자율주행자동차가 스마트폰 다음으로 등장하는 빅데이터 생산 플랫폼으로 등장한다. 각종 센서가 자동차의 자율주행을 위한 위치와 주변 정보를 포함해 자동차의 운전상태, 운전자의 감정, 건강, 욕구상태 등 무한한 정보를 생산할 수 있다. 자동차 안에서의 대화, 전화통화, 눈빛의 변화까지 데이터가 된다. 이처럼 자율주행자동차에 설치되는 센서의 숫자도 급속히 늘어날 전망이다.

자율주행자동차에 필요한 기계적인 구동센서를 위해서 일종의 발전기를 반도체 내에 만들어야 한다. 직진운동이나 회전운동을 전기신호로 변환해야 한다. 그러려면 전기장을 이용하거나 자기장을 이용해야 한다. 이처럼 기계적인 운동을 전기적으로 바꾸어 주는 대표적인 반도체를 MEMS(미세전자기계시스템) 센서라고 한다. 바로 이 MEMS 센서가 기계세계와 전자세계를 연결하는 반도체 센서부품이 된다.

다음으로 많이 사용될 센서가 바로 카메라 센서이다. 특히 자율주행자동차의 AI 기능은 이들 고화질 CCD 카메라의 성능에 달려 있게 된다. ‘백문이 불여일견’(百聞不如一見)이라는 속담이 있다. 백 번 들어도 한 번 보는 것만 못하다는 뜻이다. 그만큼 영상이 주는 정보량이 많다는 뜻이다. 우리 눈은 가시광선의 영상만 파악하지만 반도체 이미지 센서를 이용하면 자외선, 적외선 등 우리 눈으로 인식하지 못하는 빛의 영역까지 담을 수 있다. 이러한 배경으로 경쟁력 있는 영상 이미지센서를 생산하고 있는 소니가 다시 부활하고 있는 것이다. 인텔에 17조원에 인수된 모빌아이도 자율주행자동차용 카메라 기술 회사이다.

한 걸음 더 나아가 미래에는 이러한 센서 안에 AI 기능도 포함될 전망이다. 그러면 센서가 AI 판단까지 내리게 된다. 그러면 ‘AI 센서’시대가 된다. 그렇게 되면 클라우드 시스템이 독점하고 있는 데이터도 극단적으로 분산되고 AI도 분산된다.

우리나라 반도체 산업은 메모리 산업에 지나치게 집중돼 있다. 하지만 비메모리시스템 반도체 전 세계 시장에서 차지하는 규모는 3% 이내로 매우 작다. 하지만 이러한 메모리 산업조차도 중국의 추격에 위협받고 있다. 카메라 센서를 포함한 센서의 시장에 새로운 도전장을 내밀 절호의 기회이다.

김정호 카이스트 석좌교수 전기전자공학