전력 사용 제한적인 사물인터넷 기기에 적합한 근거리 통신 부각
블루투스 지원 IoT 기기, 2021년까지 연평균 34%의 성장률 예상

사물인터넷 시대에 최적화된 근거리 무선 통신의 강력한 대표 주자로 떠오른 블루투스(Bluetooth) 시장을 두고 반도체 기업들의 경쟁이 갈수록 뜨거워지고 있다.

전력 사용이 제한적인 사물인터넷 기기에 적합한 저전력 블루투스 기술은 웨어러블 기기, 리테일비콘(Beacon), 무선도어 잠금장치, 스마트 리모컨, 산업 및 의료 모니터 등 다양한 분야에 활용할 수 있기 때문이다. 

특히 BLE 비콘에 사용되는 저전력 블루투스 기술은 사물인터넷 시대에 더욱 주목을 받기 시작했으며 하나의 디바이스가 동시에 여러 디바이스에 동일한 데이터를 전송할 수 있다는 장점 때문에 향후 활용도가 더욱 커질 전망이다. 또한 인터넷 상에서 연결된 기기에 모두 접속할 수 있는 IPv6를 이용할 수 있어 사물인터넷 취지에 잘 부합하는 통신 기술로 선택되고 있다.    


▲노르딕은 지난해 커넥티드 기기 및 IoT 분야의 전문기업인 오르트(OORT)에 블루투스 스마트 SoC를 공급했다. 

ABI 리서치(ABI Research)에 따르면, 저전력 블루투스를 지원하는 IoT 제품의 출하량은 2021년까지 연평균 34%의 성장률로 14억 개 규모에 이를 전망이다. 이에 따라 근거리 무선통신 전문 기업 노르딕을 비롯하여 퀄컴, ST마이크로, 마이크로칩, NXP, TI 등의 글로벌 반도체 기업들은 통합된 블루투스 SoC를 잇따라 출시하면서 사물인터넷 시장의 무선 통신 시장에서 각축전을 벌이고 있다. 

반도체사들 싱글칩 블루투스 저에너지 SoC 출시 붐

노르딕세미컨덕터(Nordic Semiconductor)는 지난 5일 차세대 웨어러블 및 IoT 애플리케이션을 위한 초소형 패키지 기반의 싱글칩 블루투스저에너지 SoC(nRF52832)를 출시했다고 밝혔다. 

기존 패키지 타입의 4분의 1에 불과한 WL-CSP(웨이퍼레벨 CSP) 기반의 이 블루투스 SoC는 초저전력 애플리케이션 구동이 가능하다고 전면에 내세웠다. 특히 강력한 온보드 프로세서(64MHz ARM® Cortex®-M4F)를 통해 매우 짧은 시간 안에 프로토콜 및 애플리케이션 프로세싱 작업을 완료할 수 있어 경쟁 디바이스 보다 훨씬 짧은 시간 안에 슬립 모드로 진입함으로써 전력소모를 절감할 수 있다고 회사 측은 밝혔다.

이 제품은 독창적인 완전 자동 전력관리 시스템을 통해 디자이너들이 손쉽게 최적의 전력 소모를 달성할 수 있도록 해주어 공간 제한적인 IoT 애플리케이션 설계가 가능하다. 

또한 노르딕은 지난달 최신 커넥티드 카 지능형 자동차 애플리케이션 및 차량내 무선충전을 위한
블루투스 저에너지 SoC(nRF51824)도 출시했다. 이 제품은 커넥티드카의 등장과 차량내 커넥티드 에코시스템들이 급부상하면서 빠르게 발전하고 있는 자동차 분야의 블루투스 시장을 타깃하고 있다. 

노르딕세미컨덕터의 최수철 한국 지사장은 “노르딕은 30년이 넘는 역사를 통해 초저전력 기술에 집중해 왔다. 블루투스 로에너지가 초저전력 기술에 적합하기 때문에 우리가 강점을 가질 수 있었었고 BLE의 스펙 제정에서부터 칩 개발까지 노르딕이 사실상 세계 최초가 될 있었다”고 말했다.

최 지사장은 이어, “최근 BLE의 트렌드는 MCU 성능이 점점 좋아지고 있다는 것인데, 노르딕이 올해 내놓은 시리즈는 ARM Cortex-M4F 성능에 최소 사이즈(3.0x3.2mm)를 가진 제품으로 이런 제품은 현재 우리 밖에 없다”며, “국내 시장에는 BLE가 들어가는 모든 분야를 보고 있지만, 최근에는 잠재력이 큰 PC 주변기기나 리모콘 쪽을 관심있게 보고 있다”고 말했다. 

퀄컴, 올해 특정 분야 겨냥한 블루투스 SoC 개발 환경 추가 예정
비콘처럼 자주 사용하는 모드에서 전력 효율 제공하는 ST마이크로

퀄컴은 올 들어 열린 CES 2016에서 첫 번째 블루투스 시스템온칩(SoC)을 공개했다. 블루투스 스마트 4.2를 지원하는 이 SoC(CSR102x)는 지난해 인수한 영국 CSR의 IP를 활용하여 만들어진 것으로 알려졌다. 

CSR102x 칩은 비콘, 키보드, 스마트워치, 원격제어장치에 최적화된 제품이었지만 퀄컴은 올 한 해 동안 특정 분야를 겨냥한 개발환경을 추가로 출시할 예정이다. 사물인터넷의 노드(Node), 스마트 홈 제어장치, 웨어러블 헬스케어 기기 등 올웨이즈온 제품들을 타깃으로 하는 개발자들에게 제공할 종합 개발 키트를 올 하반기에 소개한다. 

이와 함께 최신 aptX HD 코덱과 aptX Low Latency(aptX-LL) 코덱도 소개한 퀄컴은 블루투스 SoC를 이용하여 밴드형 웨어러블 기기를 비롯하여 저전력 무선 원격제어기기, 홈오토메이션 등의 시장을 넓혀갈 계획이다. 


▲ST는 저전력 블루투스 기반 시장의 대량 생산 제품을 겨냥했다.

ST마이크로일렉트로닉스는 지난 8일, 새로운 저전력 블루투스 싱글칩 솔루션(BlueNRG-1)를 출시했다. 우수한 전력 효율성과 무선 성능을 결합하여 개발한 이 제품은 저전력 블루투스 기반 시장의 대량 생산 제품을 겨냥했다. 이 제품은 최신 저전력 블루투스 버전 4.2사양을 지원함으로써 개인정보 보호 및 보안이 더욱 강화되었다.

ST가 이번에 발표한 프로그래머블 시스템온칩에 통합된 무선 트랜시버는 쇼핑 정보 공유를 위해 손님과의 짧은 접속을 설정하는 비콘의 기능처럼 자주 사용하는 모드에서 탁월한 전력 효율성을 발휘한다고 밝혔다. 절전 모드와 액티브 모드 사이의 빠른 전환이 가능하기 때문에 배터리 수명을 수 개월에서 수 년까지도 연장할 수 있다는 것. 

또한 이 SoC는 효율적인 성능 및 저전력 소모뿐만 아니라 음성-기반 애플리케이션을 간소화할 수 있는 전용 디지털 마이크 입력을 비롯해, 스마트 조명 및 자동차 애플리케이션(차량 도난방지 기능(PEPS) 등에 적용할 수 있도록 동작 온도를 최대 105°C까지 지원한다. 

마이크로칩, RN 방식 모듈로 다양한 비콘 형식 지원
스마트 웨어러블 기기에 2배 긴 배터리 수명 제공하는 NXP반도체

마이크로칩은 지난달에 사용하기 쉬운 인터페이스와 스크립팅 기능이 내장된 차세대 블루투스 저전력 솔루션을 발표했다. 이 솔루션은 디바이스 설정이 간단하고 복잡한 코드 컴파일링이 필요 없는 간편한 ASCII 방식 커맨드 인터페이스가 탑재되었다. 최신 블루투스 4.2 규격을 지원하는 RN4870 및 RN4871은 스크립팅 엔진이 탑재된 블루투스 스택을 내장하고 있어 독립적으로 동작할 수 있으며, 간단한 애플리케이션에서는 MCU를 사용할 필요가 없다. 


▲마이크로칩은 사용하기 쉬운 인터페이스와 스크립팅 기능이 내장된 차세대 블루투스 저전력 솔루션을 발표했다.

또한 BLE 디바이스를 통해 시리얼 데이터를 원활하게 전송하고, 단일 명령을 통해 아이비콘(iBeacon) 또는 에디스톤(Eddystone)과 같은 다양한 비콘 형식을 지원할 수 있다. 이 신제품 RN 방식 모듈은 제품에 블루투스 저전력 솔루션을 구현할 수 있는 가장 손쉬운 방법이라고 업체 측은 밝혔다.

NXP반도체도 연초에 스마트 웨어러블 기기에 2배 긴 배터리 수명을 제공하는 새로운 저전력 솔루션(QN 9080)을 출시했다. 

이 새로운 칩은 경쟁 제품 대비 에너지 효율이 최대 40% 뛰어나며, 웨어러블 및 피트니스 트래킹기기를 위해 전례 없는 수준인 2배에 달하는 배터리 수명을 제공한다고 업체 측은 밝혔다. 다수의 애플리케이션을 실행할 수 있는 이 칩은 ‘상시 작동’ 상태의 무중단 감지를 위해 퓨전 시그널프로세서를 장착하고 있으며 개인 사용자들이 충전 없이 최대 한달 간 스마트 기기를 착용할 수 있도록 하는 BLE SoC 솔루션을 제공한다. 

전송거리와 속도 크게 높인 블루투스 5 공개

한편, 지난달 전송거리와 속도를 크게 향상시킨 새로운 블루투스 5 버전이 공개되면서 커넥션리스(connectionless) 사물인터넷 세상을 실현하기 위한 블루투스 기술의 확산이 더욱 가속화될 것으로 보인다.

Bluetooth SIG가 발표한 블루투스 신버전 블루투스 5는 이전 버전에 비해 확연히 향상된 전송거리, 속도, 브로드캐스트 메시징 용량을 제공한다. 집안 전체, 건물 및 야외에서의 사용을 실현하는 견고하고 신뢰성 높은 사물인터넷 연결을 제공하여 범위를 확장했고 데이터 전송을 보다 빠르게 하며 응답성능을 최적화한다. 


▲NXP반도체의 저전력 솔루션은 웨어러블 기기에 2배 긴 배터리 수명을 제공한다.

브로드캐스트 용량의 확장은 비콘, 위치 관련 정보 제공, 그리고 내비게이션 기능 등의 차세대 ‘비연결’ 서비스들을 활성화할 예정이다. 올 하반기에서 2017년 상반기 중에 출시 예정인 블루투스 5는 이전 버전 대비 전송거리는 4 배, 저전력 소모 연결 속도를 2배로 발전시켰으며, 비연결 데이터 브로드캐스트 용량을 800% 향상시켰다. 

노르딕의 최수철 지사장은 “3~4년 전에 BLE업체는 4개 뿐이었는데 지금은 칩밴더만 20개 업체가 넘는다. 이는 반대로 블루투스 시장이 그만큼 커졌기 때문에 큰 잠재력을 보고 업체들이 뛰어든 이유가 크다”며, “앞으로 나올 블루투스 5 버전은 데이터 사이즈가 커져 더욱 풍부한 정보를 더욱 긴 거리로 전송할 수 있어 지금보다 시장이 더욱 커질 것으로 예상된다”고 말했다.

순천향대 김학용 교수는 “사물인터넷는 다양한 특성을 갖는 기기들이 연결되는 네트워크로 저속에서 어느 정도까지의 고속 통신이 가능하며 단방향 혹은 양방향 통신 방식을 지원하고 저전력으로 통신이 가능하다”며, 이에 “앞으로 사물인터넷에 있어서 블루투스의 역할은 더욱 커지지 않을까 싶다”고 전망했다.