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“오지에서도 5G 터진다”
삼성전자, 5G 기반 위성통신용 모뎀 국제표준기술 구현

지난 달 23일, 삼성전자 반도체는 모바일 기기와 인공위성을 연결하는 ‘5G 기반 비지상 네트워크(Non-Terrestrial Networks, 이하 NTN)’ 표준기술 구현 소식을 전해 세상을 깜짝 놀라게 했습니다. NTN은 지상 기지국이 아닌 인공위성과 직접 통신하는 기술로, 기존 지상 네트워크에서 발생했던 통신의 한계를 극복했다는 점이 가장 큰 특징입니다. 사막, 바다, 산 등과 같은 오지나 재난/재해 상황에서도 통신이 가능해 진 것이죠.

위성통신에 사용되는 인공위성은 고도에 따라 4G(LTE) 기반의 ‘정지궤도 위성’과 5G 기반의 ‘저궤도 위성‘이 있습니다. 고도 3만 6천km 대에 위치한 정지궤도 위성의 경우 고정 위성 기반으로 안정적으로 데이터를 주고받을 수 있지만, 좁은 대역폭으로 인해 대용량 데이터 전송은 어렵습니다.

비교적 낮은 고도의 저궤도 위성은 넓은 대역폭으로 5G 기반 대용량 데이터를 주고 받을 수 있는데요. 하지만 7.8km/s의 빠른 속도로 지구를 돌고 있어 주파수의 오류가 생깁니다. 이를 ‘도플러 효과’라고 하는데, 파동원(인공위성)과 관찰자(모바일 사용자)의 상대 속도에 따라 파장이 바뀌는 현상입니다.

삼성전자 반도체는 이를 해결하고자, 인공위성이 이동하는 위치를 정확하게 예측함으로써 파동을 동일하게 유지시켜 주파수 오류를 최소화하는 ‘도플러 천이 보상’ 기술을 개발했습니다.

또한, 3GPP(이동통신 표준화 기술협력기구) 최신 표준(릴리즈-17) 기술을 세계 최초로 구현했다는 것도 주목할 점입니다. 위성통신에 활용되는 핵심 모뎀 기술이기에, 표준 구현을 통해 시장에서 우위를 선점했다는 것이 큰 의미를 갖기 때문이죠.

실제 이 기술이 상용화된다면, 기지국과 멀리 떨어져 있는 곳에서도 사진, 영상 등 대용량 데이터의 양방향 송수신이 가능하게 되는데요. 기술을 개발한 주인공들을 만나 좀 더 자세한 이야기를 들어보았습니다.

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MISSION: 차세대 통신기술을 선점하라

“안녕하세요, S.LSI사업부 Modem개발팀 제희원, 김기일, 방종현, 그리고 CP S/W개발팀 정영훈 입니다. 3GPP 표준 기반 5G NTN 위성통신 기술은 네트워크 사업자, 위성사업자, 위성 발사 관련 업체 등 다양한 분야에서 시장 선점을 위해 노력하고 있는데요. Fast follower가 아닌 frontier로써 삼성전자 반도체가 도전하고 있다는 것에 자부심을 느끼고 있습니다.”

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불가능의 영역? 아직 발견하지 못했을 뿐!

“5G NTN의 가장 큰 어려움은 도플러 효과로 인한 신호 품질 저하였습니다. 빠른 속도로 지구를 돌고 있는 저궤도 위성과 지표면의 단말기 간 상대속도 때문에, 파장이 계속 바뀌고 이에 따라 오류가 생기는 것인데요. 저희는 여러 통신 프로토콜 및 알고리즘 개선을 통해 이를 해결하고자 했습니다. 그리고 ‘도플러 천이 보상‘ 기술이 개발되었죠.”

“도플러 천이 보상 기술은 단말기에서 위성 신호를 수신할 때에는 도플러 효과를 빠른 시간 안에 찾아 초기 접속 시간을 단축할 수 있도록 하고, 단말기에서 위성에 신호를 전송할 때에는 도플러 현상을 예측해 미리 보상 신호를 전송함으로써 왜곡을 최소화해주는 기술입니다. 5G NTN 기술은 엑시노스 모뎀 5300에 적용해 검증까지 마치며 표준 구현에 성공했는데요. 5G NTN에 이어 NB IoT NTN 표준기술도 구현해 나갈 계획입니다.”

“앞서 5G NTN은 저궤도 위성과의 통신이라고 말씀드렸는데요. NB-IoT NTN은 보다 높은 고도에 위치한 4G 기반의 정지궤도 위성과의 통신입니다.”

“두 기술의 가장 큰 차이점은 ‘대역폭’인데요. 5G NTN은 광대역을 이용하기에, 추후 웹 브라우징이나 실시간 영상서비스가 가능할 것으로 기대됩니다. NB IoT NTN은 대역폭이 좁아 낮은 데이터 전송만 지원하지만, 고정 위성과 통신하기 때문에 도달범위가 넓고 안정적인 특징이 있고요.”

“각각 타깃으로 하는 서비스가 다르기 때문에 둘 다 필요한 기술인데요. 서로 공존하면서 세계적으로 다양한 통신 서비스를 제공할 수 있도록 노력할 예정입니다. 얼마 전, 스페인에서 열린 ‘MWC 2023’에서 NTN 기술 시연을 진행했는데, 아주 핫한 반응을 얻기도 했죠.”

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표준=글로벌 기술진보

“최근 위성 통신 시장이 급변하고 있는데요. 현재는 여러 기술들이 경쟁하고 있지만, 결국 표준 기반의 통신 기술이 주도권을 가질 것으로 예측됩니다. 우리는 그 시장을 리드할 수 있는 가능성을 갖게 된 것이고요.”

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“이번 개발은 ‘협력’ 그 자체였죠”

세상엔 없던 기술로 새로운 시장을 만든 자랑스러운 주인공들. ‘이것‘이 없었다면 불가능했다고 입을 모아 말했습니다.

“5G NTN 기술은 Modem개발팀, CP SW개발팀, RF개발팀, 기획팀, 상품기획팀, 마케팅팀 등 S.LSI사업부 전체가 협력해서 얻은 결과이기에 더 값지게 느껴집니다. 특히, 위성통신 사업은 처음 도전해보는 분야라 내부 협력뿐만 아니라 외부 위성사업자, 위성 발사 업체, 장비사 등 정말 많은 분들의 도움도 필요했는데요. 이 자리를 빌려 개발에 함께 힘써준 모든 분들께 감사 인사를 전하고 싶어요.”

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World best & World first를 향해

앞으로 삼성전자 반도체가 개척해 나갈 위성통신 시장이 기대가 되는데요. 마지막으로, 개발진들이 전하고 싶은 메시지가 있다고 합니다.

“그동안 다양한 글로벌 기업에서 통신 음영지역에 무선 통신 서비스를 제공하려는 시도가 지속적으로 있었지만 다소 제한된 범위의 메시지나 긴급 구조 서비스 정도에 그쳤습니다. 삼성전자 반도체는 이에서 더 나아가고자 표준기술 기반의 더 넓은 대역폭을 활용한 서비스, 즉 5G NTN 표준에 대한 비전을 갖고 실제 개발까지 해낼 수 있게 되었습니다.”

표준 기반 기술을 구현한 만큼 개발진들은 이제부터가 진짜 시작이라고 말합니다. 2G부터 5G 시대까지 국내에서 세계로, 모뎀 개발의 최전선에서 쉼 없이 달려온 삼성전자 반도체의 기술이 지구를 넘어 우주에서도 빛을 펼칠 수 있도록 많은 응원과 관심 부탁드립니다.

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[차세대 메모리 솔루션]

☐ 빅데이터 처리 기반 AI와 실생활을 잇다
(HBM3, Memory-Semantic SSD, CXL based Memory expander, SmartSSD)

인공지능(AI)은 우리의 생활 양식과 업무 방식을 근본적으로 변화시킬 수 있는 잠재력을 가진 혁신 성장 분야입니다. 메모리는 이러한 AI 시스템의 학습 과정에 필수적인 역할을 수행하는데, 주로 과거의 경험적 자료에 대한 정보를 저장하고 불러오면서 특정 문제에 대해 개선점을 찾고 실수로부터 학습하게 하는 데 기여합니다.

최근 큰 화두로 떠오른 챗GPT의 경우, 책, 기사, 웹페이지를 포함한 방대한 텍스트 데이터를 분석하고, 광범위한 언어 패턴과 구조를 학습하면서 인간과 유사한 언어를 생성할 수 있게 훈련됩니다. 이를 통해 사용자는 대화하듯이 챗GPT와의 채팅을 통해 생성된 정보를 제공받을 수 있습니다. 챗GPT와 같은 대화형 AI는 실시간으로 결정을 내려야 하므로, 해당 AI에는 필요 정보에 신속히 접근할 수 있는 고성능 메모리가 요구됩니다.

이러한 관점에서 삼성전자의 HBM3 (High Bandwidth Memory)가 특히 주목받고 있습니다. HBM3는 D램 여러 개를 수직으로 연결해 최대 6.4Gbps의 데이터 처리 속도와 819GB/s에 달하는 대역폭을 지원하는* 고성능·고부가가치 제품입니다. 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU)와 함께 작동하면서 서버의 학습 및 연산 성능 향상에 도움을 줄 수 있습니다.

AI 및 관련 첨단 기술이 진화하는 과정에서 데이터 생성, 저장, 처리로 인한 데이터 양은 기하급수적으로 증가할 것으로 보이며, 이를 최대한 효율적으로 처리하기 위해 다양한 메모리 솔루션의 개발이 필수적입니다.

삼성전자는 이러한 첨단 기술의 발전을 선도하며, 인공지능(AI)과 머신러닝(ML)에 최적화된 ‘메모리 시맨틱 SSD (Memory-Semantic SSD)’과 기존 제품 대비 최대 2배*까지 D램 용량을 확장할 수 있는 ‘메모리 익스펜더 (CXL)’, 초고용량 스토리지 박스 솔루션인 ‘페타바이트 스토리지 (Petabyte storage)’, 그리고 자체 데이터 처리 기술을 적용해 CPU 활용도를 획기적으로 개선한 ‘스마트SSD (SmartSSD)’ 등의 차세대 혁신 메모리 솔루션을 선보이고 있습니다.

* 삼성전자 데이터 시트 기준
* 기존 1CPU당 최대 8TB, 메모리 익스펜더 (CXL) 솔루션 사용 시 1CPU당 최대 16TB 가능하며, 최대 용량은 시스템 환경에 따라 달라질 수 있음

[모바일]

☐ AR, VR, XR⋯ 초실감경험을 최대한으로 누리다 (LPDDR5 uMCP)

한편, 모바일 영역에서도 증강현실(AR, Augmented Reality), 가상현실(VR, Virtual Reality) 및 확장현실(XR, Extended Reality)과 같 새로운 기술들이 매우 빠르게 발전되고 있습니다. 이들은 몰입형 환경을 만들기 위한 렌더링 과정에서 고해상도 이미지, 3D 모델, 멀티미디어 콘텐츠와 같은 대용량 그래픽 데이터를 필요로 합니다. 이러한 데이터를 끊김 없이 효율적으로 저장·처리하려면 일반적으로 높은 대역폭, 적은 지연시간, 빠른 읽기·쓰기 속도를 충족하는 메모리가 적합합니다. 특히 AR과 VR을 모두 포괄하는 확장현실(XR)의 경우, 응용처에 따라 다양한 메모리 유형의 조합이 필요할 수 있습니다.

삼성전자의 LPDDR5 uMCP는 이러한 실감형 기술(Reality Technology) 구현에 가장 적합한 메모리 솔루션입니다. 실감형 기술 구현을 위해서는 실시간으로 빠르게 데이터를 로드하고 처리하는 데 사용되는 메모리와, 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보가 지워지지 않는 플래시 메모리의 조합이 필요합니다. LPDDR5 uMCP는 고성능 D램 LPDDR5(Low-Power DDR)와 낸드플래시 UFS 3.1(Universal Flash Storage)을 하나의 패키지에 통합해, 빠른 데이터 처리와 저장 기능을 동시에 수행할 수 있어 최적화된 실감형 기술 솔루션을 제공합니다.
 
☐ ‘고속·고효율’ 다양한 조건에서도 효과적인 촬영 경험을 선사하다 (LPDDR5X, UFS 4.0)

스마트폰으로 밤에 사진을 찍거나, 촬영한 사진을 즉시 필터링할 때도 메모리의 역할은 중요합니다. 대낮에 촬영된 사진보다 조도가 낮아 더 긴 노출 시간이 필요한 야간 촬영 사진은 메모리에 더 많은 양의 데이터가 저장됩니다. 사진 필터링 시, 대량의 원본 이미지 데이터와 필터링 이미지를 실시간으로 가공하고 처리해야 하므로, 지연 없이 빠르고 효율적인 데이터 처리를 돕는 메모리가 필요합니다.

삼성전자의 LPDDR5X와 UFS 4.0는 한층 강화된 촬영 경험을 제공하는 솔루션입니다. LPDDR5X는 프리미엄 저전력 D램으로 8.5Gbps의 초고속 데이터 처리 속도와 20% 더 높은 전력 효율을 달성한 제품입니다. 1TB 고용량 스토리지가 탑재된 플래시 메모리 UFS 4.0은 이전 제품 대비, 이전 제품 대비 2배 빠른 속도와 45% 향상된 배터리 효율을 바탕으로 데이터 이동 시 병목현상을 획기적으로 개선합니다.

또한, 이 두 제품은 다양한 촬영 조건에서도 사진을 빠르고 매끄럽게 촬영할 수 있도록 돕기 때문에 사용자의 원활한 창작 활동도 지원할 수 있습니다.

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[PC / GFX]

☐ 높은 효율성으로 한층 몰입감 있는 PC 경험을 제공하다 (PM9C1a, GDDR6)

울트라북, 태블릿 등 휴대성이 높은 디바이스에서 최적의 성능과 전력 효율을 내려면 콤팩트한 폼팩터, 높은 전력 효율성, 빠른 데이터 전송 속도를 갖춘 메모리가 필수적입니다. 메모리의 폼팩터가 작을수록 디바이스를 작게 만들 수 있어 사용자 휴대성이 좋아지며, 전력 효율이 우수한 메모리는 배터리 의존도가 높은 휴대 장치의 전력 소모를 줄이고, 배터리의 수명을 연장하는 데 도움을 줍니다.

이러한 관점에서, 삼성전자의 PM9C1a와 GDDR6는 보다 효율적이고 쾌적하게, 한층 더 몰입감 있는 PC 경험을 제공하는 최적의 메모리 솔루션입니다.

PM9C1a는 PC 효율을 대폭 높인 SSD로, 고성능, 전력 효율, 소형화 등 세 가지 강점이 핵심입니다. 연속읽기 속도 6,000MB/s, 연속쓰기 속도 5,600MB/s의 성능을 내며, 기존 제품* 대비 전력 효율을 70%까지 높였고, 세가지 종류의 M.2 폼팩터로 제공돼 디바이스 내 효율적인 공간 활용에 다양한 선택권을 부여한 제품이다. 또한 빠른 데이터 전송 속도를 통해 사용자의 효율적인 멀티태스킹에 도움을 줍니다.

GDDR6는 압도적인 성능과 높은 대역폭을 결합한 고성능 그래픽 솔루션으로, 무려 16Gb에 달하는 용량과 최대 24Gbps의 속도를 지원합니다. 고성능 컴퓨팅(HPC)과 그래픽 작업에 최적화되어 있어, PC와 노트북 게임 구동 시 한층 강화된 몰입 경험을 제공하며, 전문가용 워크스테이션을 포함한 여러 응용처에 활용되어 사용자가 창의력을 최대한으로 발휘할 수 있도록 돕는 솔루션입니다.

* PM9B1  

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[오토모티브 솔루션]

☐ 다이나믹한 도로에서 안전한 운행 경험을 제공하다 (Automotive solutions)

지속적인 자율주행 기술의 발전과 상용화가 이뤄지면서, 차량용 메모리의 중요성도 높아지고 있습니다. 차량용 메모리는 자율주행 차량이 새로운 상황을 학습하고 과거 경험 데이터를 통해 정보 기반의 결정을 내리는 데 중요한 역할을 수행합니다. 예를 들어, 차량용 메모리는 다른 차량의 위치, 도로 상태, 날씨와 같은 정보를 포함해 방대한 양의 차량 주변 환경 데이터를 수집하고 저장할 수 있도록 돕습니다. 또한 차로에 합류하는 다른 차량에 어떻게 반응했는지, 악천후에 어떻게 대응했는지 등 과거 상황 데이터를 기반으로 운전자에게 최적의 주행 경로를 제시할 수 있습니다. 자율주행은 안전과 직결되는 분야이기에, 메모리를 얼마나 신뢰할 수 있는지, 메모리가 극한의 상황에서도 동작할 수 있는지 등 신뢰도와 내구성이 매우 중요한 요소입니다.

삼성전자의 AutoSSD AM991은 차량용 반도체의 신뢰성 테스트 표준이자 품질 기준인 AEC-Q100* Grade 2 인증을 받은 제품으로 -40°C~105°C의 폭넓은 온도 범위에서 안정적인 성능을 보장하고 있으며, 고도화된 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS), 자율주행(AD), 차량용 인포테인먼트(IVI) 등 더 나은 운전자 경험을 위한 시장의 요구에 대응하는 최적의 솔루션입니다. 삼성전자는 AutoSSD 외에도 차량용 Auto LPDDR5X, Auto UFS, Auto GDDR6 와 같이 차량과 관련된 다양한 응용처에 대응할 수 있는 메모리 포트폴리오도 제공하고 있습니다.

지금까지 MWC에서 공개된 삼성전자의 첨단 메모리 솔루션들을 알아보았습니다. 이처럼 삼성전자의 메모리는 AI, 실감형 기술, 자율주행차 등 첨단 응용 기술이 최대한의 성능을 발휘하도록 핵심적인 역할을 하며, 기술의 다양한 활용과 조합에 따라 실생활에서 고속·효율성, 몰입감, 안전성 등 최적의 사용자 경험을 선사합니다. 삼성전자의 차세대 메모리 솔루션이 이루어 나갈 기술 혁신과 라이프 스타일의 변화에 많은 기대와 관심 부탁드립니다.

* AEC-Q100 (Automotive Electronic Council): 자동차 전자부품 협회에서 자동차에 공급되는 전자부품에 대한 신뢰성 평가 절차 및 기준을 규정한 문서로 전 세계 통용되는 기준

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