사람 한 명 없는 무인도에서 구조 요청을 하지 못해 35년 만에 무인도에서 탈출한 로빈슨 크루소. 만약 그가 지금 시대에 다시 한번 무인도에 갇힌다면, 하루도 아닌 반나절 만에 무인도에서 탈출할 수 있을 것이다. 언제 어디서든 통신이 가능한 NTN (Non-Terrestrial Networks – 비지상(非地上) 네트워크) 기술이 있기 때문이다. 산, 바다, 사막에서도 끄떡없는 비지상망 통신, NTN은 과연 무엇일까?

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MAP 1. 오지도 문제없는 NTN의 기술력

그동안 우리는 지상 기지국과 모바일 기기를 연결하는 지상망 통신을 사용해왔다. 지상망 통신은 대부분의 지역에 적용되어 있기에, 우리가 일상생활을 하기에는 문제가 없지만, 통신 인프라가 부족한 지역에서는 통신 자체가 어려울 수 있다. 인적이 드문 시골에서나 깊은 산속을 등산할 때 스마트폰 통신이 잘 터지지 않는 것을 떠올리면 이해하기 쉬울 것이다.

‘NTN(Non-Terrestrial Networks)’이라고 부르는 비지상망 통신을 활용한다면, 이 한계를 극복할 수 있다. 비지상 네트워크는 지상 기지국이 아닌, 인공위성과 같은 공중 플랫폼과 모바일 기기를 연결하는 통신 기술이다. 지상 네트워크는 지형적, 물리적 제약으로 인해 통신이 끊기는 문제가 발생할 수 있다. 예를 들어 통신 인프라가 구축되지 않은 곳에서는 지상 기지국을 설치할 수 없으며, 자연재해나 전쟁 등의 상황에서는 지상 네트워크가 파괴되어 통신이 마비될 수 있다. 비지상 네트워크는 위성 신호를 이용하여 신호를 전송할 수 있기 때문에 공공 안전 메시지, 긴급 문자 메시지, 재난 구호 등에 이용할 수 있고 오지에서도 통신이 가능하다. NTN을 사용하면 통신 사각지대를 없앨 수 있을뿐더러 재난 지역에서도 안정적으로 통신할 수 있다.

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MAP 2. 좁은 대역폭으로 넓고 안정적이게! NB-IoT NTN

우리가 위성통신에 사용하는 인공위성은 고도에 따라 ‘정지궤도 위성’과 ‘저궤도 위성’으로 나뉜다. 그중 3만 6000km대의 고도에 위치한 정지궤도 위성은 고도가 높아 대륙 단위의 넓은 영역에서 통신이 가능하다. 고궤도 정지위성과 단말 사이는 거리가 멀기에 이를 연결하기 위해서는 저전력 광역 통신 기술이 적합하다. 이 고궤도 정지위성과 모바일 기기를 연결하는 이동통신 네트워크가 바로 ‘NB-IoT NTN(협대역 사물 인터넷 비지상 네트워크)’다.

NB-IoT NTN은 NB-IoT (Narrow band Internet of Things – 협대역 사물인터넷) 표준을 NTN 서비스에 사용한다. NB-IoT는 LTE 표준에 기반하고 있으며, 대역폭이 많이 필요하지 않은 저속의 서비스를 제공하는 데 중점을 둔다. NB-IoT에서 좁은 대역폭을 사용하는 특징은 상대적으로 낮은 단말의 송신 출력으로도 먼 거리까지 도달이 가능하여 높은 궤도에 위치한 정지궤도 위성과 통신이 가능하도록 해준다.

또한 정지궤도 위성의 특성상 지상에 위치한 단말에서 위성이 항상 고정된 상공에 위치하므로, 빠른 속도로 이동하는 저궤도 위성에 비해 연결성이 보장되어 공공 안전 목적에 부합할 수 있다.

삼성전자 반도체는 NB-IoT 기반 위성통신 표준기술도 개발해 차세대 엑시노스 모뎀에 적용할 예정이다. 해당 기술이 적용된다면, 수신 감도 개선을 위한 무선통신용 고출력 안테나 칩이 없어도 위성 송수신 출력이 가능하기 때문에 모바일 제품의 디자인 제약을 줄일 수 있다.

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MAP 3. 로딩 없는 빠른 통신 속도, NR NTN

그렇다면, 정지궤도 위성이 아닌 저궤도 위성을 사용하는 이동통신 네트워크는 무엇일까? 바로 5G NR 기반 위성 데이터 서비스인 ‘NR NTN(NR 기반 비지상 네트워크)’이다. 정지궤도 위성보다 훨씬 낮은 고도에 위치한 저궤도 위성을 사용하기에 지연 시간이 짧고 고속 데이터 전송 속도를 경험할 수 있다. 인터넷 서핑과 실시간 스트리밍을 많이 이용한다면, NR NTN이 제격이다.

이처럼 NB-IoT NTN과 NR NTN은 각각 다른 서비스를 제공하기에 어떤 것이 더 좋은 기술이라 꼽기는 어렵다. 두 기술의 가장 큰 차이는 대역폭! NB-IoT NTN은 대역폭이 좁아 적은 양의 데이터 전송만 지원하지만, 고정 위성이 고궤도에 위치하여 통신하기 때문에 도달범위가 넓고 안정적인 특징이 있고, 5G NTN은 저궤도 이동 위성을 사용하기에 넓은 범위를 커버하기 위해서는 많은 수의 위성이 필요하지만, 광대역을 이용하기에, 웹 브라우징이나 실시간 영상 서비스가 가능한 특징이 있다.

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MAP 4. 주파수 오류를 최소화하는 법! 도플러 천이 보상

정지궤도 위성에 비해 비교적 낮은 고도에 위치한 저궤도 위성은 넓은 대역폭을 가지고 있어 5G 기반의 대용량 데이터를 주고받을 수 있지만 위성이 매우 빠른 속도 (시속 27,000Km 혹은 초속 7.5Km)로 이동한다. 이 과정에서 주파수 오류가 발생할 수 있는데 이를 ‘도플러 효과’라고 한다. 도플러 효과는 파동원(인공위성)과 관찰자(모바일 사용자)의 상대 속도에 따라 파장이 바뀌는 현상으로 송수신 주파수 차이로 인해 전송 속도가 저하되거나 오류가 증가할 가능성이 있다.

삼성전자 반도체는 이를 해결하고자, 인공위성이 이동하는 위치를 정확하게 예측함으로써 파장의 변이를 예측하고 보상함으로써 주파수 오류를 최소화하는 ‘도플러 천이 보상(Doppler Shift Compensation)’ 기술을 개발했다.

도플러 천이 보상 기술은 파동원과 관찰자 사이의 도플러 효과를 예측하고 계산하는 기술이다. 다시 말해, 단말기에서 위성 신호를 수신할 때는 도플러 효과를 빠른 시간 안에 찾아 초기 접속 시간을 단축할 수 있도록 하고, 신호를 전송할 때는 도플러 현상을 예측해 미리 보상 신호를 전송함으로써 왜곡을 최소화한다. 도플러 천이 보상 기술을 적용하게 되면, 사진과 영상과 같은 대용량 데이터의 안정적인 양방향 송수신이 가능하다.

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MAP 5. 만물인터넷 시대의 필수 네트워크 솔루션, NTN의 미래

이제는 단순히 사물 간의 연결을 넘어 만물이 인터넷에 연결되는 만물인터넷 시대다. 이러한 환경 속, 삼성전자 반도체는 미래를 선도하기 위해 향후 5GㆍNB-IoT NTN 기술이 적용된 엑시노스 모뎀을 지속 발전시켜 인공위성 기반의 5G 이동통신 상용화 시기를 앞당기는 한편, 6G를 기반으로 한 필수 통신 기술을 선제적으로 확보해 나갈 예정이다.

2023년 10월에 열린 테크 데이에서도 이러한 삼성전자 반도체의 목표를 엿볼 수 있었다. NB-IoT NTN과 NR NTN을 동시에 지원하는 단일 칩 솔루션을 개발했다고 밝힌 것. 이번 개발로 삼성전자 반도체의 비지상 네트워크 솔루션은 다양한 사용자 애플리케이션에 안정적인 서비스와 일관된 커버리지를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.  

무인도에서도 통신 두절 걱정 NO! 언제 어디서든 원활한 통신이 가능한 NTN에 대해 더 알아보고 싶다면 삼교시 탐구생활 ‘NTN’편을 참고해 보자.

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‘더 얇게, 더 가볍게’가 당연시되는 요즘이다. 대부분의 제품이 그러하지만, 특히나 PC나 노트북과 같은 IT 기기 시장에서는 이러한 요소가 큰 경쟁력 중 하나다. 이를 위한 솔루션으로 등장한 것이 바로 차세대 D램, ‘LPCAMM2(Low Power Compression Attached Memory Module)’다.

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MAP 1. 차세대 메모리를 위한 진전의 기록

얇고 가벼운 노트북을 만들기 위해 그동안 많은 시도가 이루어졌고, 온보드형 메모리와 SO-DIMM(Small Outline Dual In-line Memory Module) 메모리를 사용해 왔다.

SO-DIMM은 노트북이나 태블릿 PC에서 사용하는 메모리다. 탈부착이 가능하기 때문에 손쉽게 D램 용량을 늘릴 수 있지만, 공간을 많이 차지하고 열 관리가 어렵다는 단점이 있다.

반면, 온보드형 메모리는 메인보드에 붙어 있는 제품으로, SO-DIMM보다 전력과 공간 효율 면에서 우수하다는 특징이 있다. 다만, SO-DIMM과는 다르게 탈부착이 불가하고, 고장이 나면 메인보드를 통째로 교체해야 하여 SO-DIMM보다 많은 교체 비용이 든다. 이처럼 SO-DIMM과 온보드형 메모리는 각자의 장·단점이 뚜렷하다.

SO-DIMM과 온보드형 메모리의 단점을 보완하고 고성능·고용량 메모리 개발이 필요한 상황 속에서 게임 체인저로 등장한 것이 바로 LPCAMM2다.

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MAP 2. 모바일 D램의 새로운 역사, LPDDR

LPCAMM2를 알기 위해선 ‘LPDDR(Low Power Double Data Rate)’에 대한 이해가 우선이다. LPCAMM2 자체가 LPDDR 패키지 기반의 모듈 제품이기 때문이다. LPDDR은 저전력 특화 D램으로 스마트폰, 태블릿 PC 등 모바일 기기에 사용되는 메모리다.

삼성전자 반도체는 우수한 소비전력이 돋보이는 LPDDR을 개발하고, 세대에 따라 LPDDR2, LPDDR3, LPDDR4, LPDDR5, LPDDR5X 등을 연이어 양산했다. 그리고 지난해 9월, 삼성전자 반도체는 업계 최초로 LPDDR5X 기반 LPCAMM2를 개발하며, 새로운 폼팩터 시장을 개척했다.

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MAP 3. LPCAMM2으로 D램의 패러다임을 바꾸다

LPCAMM2는 LPDDR 패키지를 여러 개 묶은 차세대 고용량 모듈로, 뛰어난 성능과 공간 절약, 효율적인 전력 관리를 자랑한다.

앞서 언급한 SO-DIMM과 비교해 보면, LPCAMM2의 장점이 더 확연히 드러난다. LPCAMM2에 비해 금속 커넥터가 차지하는 비중이 적은 SO-DIMM은 커넥터에 소켓이 있어야 보드에 연결이 가능하며, 소켓을 거칠 때마다 데이터 손실이 발생할 수 있어 블루스크린과 같은 현상이 나타날 수 있다. 반면에, LPCAMM2의 경우, 커넥터가 바로 밑에 위치해 있어 소켓을 통하지 않고 바로 꽂기만 하면 데이터 전송이 가능하다. 즉, 데이터 손실은 감소하고 속도는 증가하는 격이다.

현재 다양한 분야에서 고성능, 저전력, 제조 유연성에 대한 요구가 증가함에 따라 LPCAMM2가 기존 제품들을 대체할 차세대 폼팩터로 자리하고 있다.

삼성전자 반도체의 LPCAMM2는 작고 얇은 폼팩터에 강력한 성능을 담음으로써 제조사에게는 제조의 유연성을, 사용자에게는 교체나 업그레이드 등의 편의성을 증대시켰다.

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MAP 4. LPCAMM2, 디지털 노마드 시대의 해법

공간의 제약 없이 자유롭게 디지털 기기를 이용하는 ‘디지털 노마드(Digital nomad) 시대’인 지금, LPCAMM2는 PC·노트북 D램 시장의 판도를 바꿀 솔루션으로 각광받고 있다.

삼성전자 반도체는 현재 인공지능(AI)·고성능 컴퓨팅(HPC)·서버·데이터센터 등 LPCAMM2의 응용처 확대를 위해 주요 고객과 논의 중에 있으며, LPCAMM2의 성능은 7.5Gbps로 인텔 플랫폼에서 동작 검증을 마쳤고, 2024년 상반기에 양산할 예정이다.

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MAP 5. 온디바이스 AI의 미래를 바꾸다

한편 LPCAMM2는 초거대 AI 시장에 대응하는 최첨단 메모리 솔루션으로도 활약한다. 단말기 내부에서 정보를 수집하고 연산하는 온디바이스 AI(On-device AI)에 있어 가장 중요한 것은 속도·전력 효율이다. 특히 컴퓨팅 시스템에서 D램의 전력 소모량을 줄이는 것이 핵심이라고 할 수 있다.

삼성전자의 LPCAMM2는 온디바이스 AI 시대에 최적화된 메모리 제품으로 각광받고 있다. 기존 D램 모듈(SO-DIMM) 대비 탑재 면적이 최대 60% 이상 줄어, 내부 공간을 보다 효율적으로 사용할 수 있고, 성능은 최대 50%, 전력효율은 최대 70%까지 개선되었다.

메모리 산업의 혁신적인 미래를 선도할 LPCAMM2의 무궁무진한 가능성은 어디까지일까? 보다 자세하게 알고 싶다면, 삼교시 탐구생활 ‘LPCAMM’ 편을 참고하길 바란다.

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