2020 임팩테크 대통령상 수상! 삼성전자의 세계 최초 1억 화소 CMOS 이미지센서

지난 5월 26일, 정보통신기술(ICT) 분야 국내 최고 권위를 자랑하는 ‘2020 대한민국 임팩테크(ImpaCT-ech) 대상’ 시상식이 열렸습니다. 이날 삼성전자는 ‘세계 최초 1억 화소 CMOS 이미지센서’로 최고 영예인 대통령상을 수상했습니다.

삼성전자의 ‘아이소셀 브라이트 HMX, HM1’에 적용된 세계 최고 수준의 테트라셀(Tetracell)과 노나셀(Nonacell) 기술력을 인정 받은 것인데요. 단순 이미지센서를 넘어 인간의 눈으로 진화 중인 삼성전자 이미지센서에 대해 자세히 살펴보도록 하겠습니다.

▲ (왼쪽부터) 수상 후 기념사진을 찍는 장석영 과학기술정보통신 제2차관과 삼성전자 System LSI사업부 Sensor사업팀장 박용인 부사장

왜 삼성전자의 이미지 센서일까?

‘2020 대한민국 임팩테크 대상’에서 삼성전자의 CMOS 이미지센서는 세계 최초 ‘1억 화소’ 카메라 센서라는 점에서 그 가치를 인정받았습니다. 이미지센서의 화소 하나하나는 빛을 받아들이는 역할을 하는데요. 빛을 받아 전기신호로 변환해 이미지를 구성하는 디지털 기기는 이 화소 수가 많을수록 세밀한 묘사가 가능합니다. 따라서 좁은 면적에 많은 화소를 담을 수 있는 삼성전자의 ‘아이소셀 브라이트 HMX, HM1’의 기술력이 이번에 주목 받게 된 것이죠.

세계 최초 1억 화소 이미지센서 탄생의 비결,
‘테트라셀(TetraCell)’과 ‘노나셀(Nonacell)’

이미지센서 1억 화소의 벽을 무너뜨린 삼성전자 기술의 핵심은 바로 ‘테트라셀(TetraCell)’과 ‘노나셀(Nonacell)’입니다.

삼성전자는 테트라셀 기술을 적용한 세계 최초 1억 화소 이미지 센서 ‘아이소셀 브라이트 HMX’를 선보인지 6개월 만인 올해 2월, 노나셀이 적용된 ‘아이소셀 브라이트 HM1’를 출시하며 스마트폰 1억 화소 시대의 주도권을 잡았습니다. 그리고 0.6㎛ 픽셀 및 2억 화소 이상의 카메라 센서 개발의 기반 마련했다는 기술적인 의의도 갖게 됐죠.

‘테트라셀’은 4개의 인접한 셀을 하나의 픽셀(2X2)로, ‘노나셀’은 9개의 인접한 픽셀을 하나의 큰 픽셀(3X3)처럼 활용하는 것인데요. 0.8㎛(마이크로미터, 100만분의 1미터)의 작은 픽셀을 어두운 환경에서는 각각 1.6㎛, 2.4㎛의 큰 픽셀로 동작시켜 어두울 때는 밝게, 밝을 때는 더욱 세밀한 이미지를 구현하는 고감도 촬영이 가능하도록 합니다.

앞서 설명한 9개 픽셀을 한 개의 픽셀처럼 구동하게 해 더 많은 빛을 받아들이는 것은 ‘노나비닝(Nona-binning), 주변이 밝은 상황에선 컬러 픽셀을 재정렬해 디테일을 살리는 ‘리모자이크(Re-mosaic)’라고도 하는데요. 이 기술을 통해 픽셀을 노나셀에서 기존 RGB 패턴으로 다시 맵핑해 주변이 밝은 상황에서 풍부한 디테일을 살려낼 수 있게 했습니다.

픽셀 사이즈가 작아지고 병합하는 픽셀 수가 많아 질수록 픽셀 간 간섭과 빛 손실이 발생하기 쉬운데요. 삼성전자는 이미지 센서 특허 기술인 ‘아이소셀 플러스(ISOCELL Plus)’을 적용해 ‘노나셀’ 구현으로 발생할 수 있는 인접 픽셀 간 간섭과 빛 손실, 산란 현상을 방지했습니다.

개발자들에게 직접 듣는 1억 화소 CMOS 이미지센서 탄생 이야기

▲‘아이소셀 브라이트 HMX / HM1’를 탄생시킨 삼성전자 System LSI사업부 Sensor사업팀 주역들

삼성전자 ‘아이소셀 브라이트 HMX / HM1’ 개발에 직접 참여한 개발자들을 만나 좀 더 자세한 이야기를 들어보겠습니다. 먼저, 제품 개발 과정에 있어 가장 신경 썼던 부분은 어떤 것이었을까요?

노나셀 제품인 HM1을 개발하면서 고민이 많았습니다. 9개 픽셀을 병합하는 방식은 이론적으로 가능하지만 실제 구현에서는 픽셀 간 간섭 현상이 민감해지는 문제가 발생하기 때문입니다. 이를 극복하기 위해 픽셀 간 분리막을 만드는 특허 기술인 ‘아이소셀 플러스((ISOCELL Plus)’를 기반으로 컬러필터 소재를 변경하는 등의 고민을 했고, 성공적으로 관련 기술이 적용된 제품을 출시 할 수 있었습니다.
Pixel개발팀 이윤기님

개발팀을 비롯해 대부분의 개발자들은 픽셀간 간섭현상 해결에 중점을 두었다고 답하며, 화소 상향뿐 아니라 여러 조도 환경에서도 우수한 품질의 사진 촬영이 가능하도록 노력한 점을 꼽았습니다. 앞으로 삼성전자가 모바일 이미지 센서의 어떤 부분을 강화할 계획인지 들어보겠습니다.

전력 소모나 이미지 품질 측면에서도 경쟁력을 갖출 수 있도록 더 많은 기술 개발을 강화할 예정입니다. 그리고 더 많은 픽셀을 통해 사람의 눈을 대표할 수 있는 제품을 만들기 위해 노력할 예정입니다
Sensor설계팀 박성혜님 / 유귀성님

센서사업팀의 기조인 ‘More pixel, More camera’에 맞게 화소수 증가와 미세 화소 개발은 계속 이어질 것입니다. 그리고 모바일 시장을 넘어서 자동차 및 보안 카메라 시장까지 섭렵할 수 있는 다양한 제품 라인업을 준비하고 있습니다.
Sensor Solution팀 김영규님

이미 최고의 기술력으로 모바일 이미지 센서시장을 리딩하고 있음에도 더 뛰어난 기술, 더 다양한 사용분야에 집중하는 개발자들이 자랑스럽습니다. 마지막으로 ‘2020 대한민국 임팩테크 대상’ 대통령상 수상 소감을 들어보겠습니다.

한때, 이미지 센서 업계에서는 0.8㎛가 픽셀 기술의 한계라고 보기도 했었는데요. 삼성전자는 수없이 노력하며 기술적 한계를 뛰어 넘어 업계 최초로 1억8백만 화소 제품을 출시, 초고화소 이미지센서 시장을 선도하게 되었습니다. 앞으로 미세픽셀 개발 선도를 통해 1억 화소 이상 인간 눈에 근접한 초고화소 센서를 개발하고, 모바일 카메라가 DSLR을 넘어 설 수 있도록 도전해 나가겠습니다.
Sensor 마케팅팀 허수빈님 / 박진원님 / 채란님

이렇게 빨리 1억 화소 센서를 만나게 될 줄은 상상도 못했습니다. 개발순간에도 구현이 가능할까 의심할 때가 있었죠. 하지만 이제 현실이고, 현실이 미래에 대한 확신을 주고 있습니다. 임팩테크 대상은 개발자들에게 미래로 가는데 용기와 응원이 됐습니다. 이 기운을 안고 인간의 눈과 같은 센서 개발까지 최선의 노력 하도록 하겠습니다.
Sensor Solution팀 김영규님

삼성전자는 앞으로도 0.8㎛ 이하의 초미세 픽셀 개발로 사람의 눈과 비슷한 수준의 센서 개발에 주력할 계획인데요. 혁신을 거듭할 삼성전자의 이미지 센서에 많은 기대와 응원 부탁 드립니다.