유비쿼터스컴퓨팅부품기술동향 -...

유비쿼터스 컴퓨팅부품 기술동향유비쿼터스 컴퓨팅부품 기술동향유비쿼터스 컴퓨팅부품 기술동향유비쿼터스 컴퓨팅부품 기술동향

2004. 12

목 차

.Ⅰ 서 론 ·····························································································1

.Ⅱ 유비쿼터스 컴퓨팅 무선통신 부품의 가치 ········································2

유비쿼터스 컴퓨팅 무선통신 소자의 개발동향.Ⅲ ···································7

유비쿼터스 컴퓨팅 무선통신 소자의 핵심 기술1. ············································· 7

가 나노 신소자 기술. ···································································································· 10

나 융합반도체 기술. ······································································································ 12

다 안테나와 센서 기술. ································································································ 13

유비쿼터스 컴퓨팅 무선통신 소자의 개발 동향2. ··········································· 14

가 유비쿼터스 컴퓨팅 무선통신 부품 국내외 업체 동향. ············································ 14

나 유비쿼터스 컴퓨팅 무선통신 부품 국가별 동향. ····················································· 15

참고문헌 ···························································································22

1111

유비쿼터스 컴퓨팅부품 기술동향

서.Ⅰ 론

유비쿼터스 컴퓨팅는 실세계의 각종 사물들과 물리적 환경 전

반에 걸쳐 컴퓨터가 내장되지만 컴퓨터의 겉모습이 드러나지 않

도록 환경 내에 효과적으로 배치 통합하는 것으로 정의할 수 있,

다 이러한 유비쿼터스 환경은 도로다리터널빌딩건물벽.

천장화분냉장고구두시계종이물컵책상 등 물리

공간에 보이지 않는 컴퓨터를 심는 것으로 모든 사물과 대상이

지능화되고 언제 어디서나 제한 없는 접속 이(ubiquitous access)

가능하게 한다 이러한 환경에서 가장 필수적인 기술은 소형저. /

전력 무선 유비쿼터스 네트워크 칩셋 기술이다.

유비쿼터스 컴퓨팅 칩셋 기술은 사물의 모든 분야에 보이지 않

는 컴퓨터로서의 역할을 하게 되며 또한 유비쿼터스 서비스를 제

공하는 핵심 부품의 역할을 수행하게 된다 그림 세계의 연< 1>.

구소 기업 대학에서 소형저전력 무선 유비쿼터스 네트워크 칩, , /

셋을 앞 다투며 연구 개발하는 이유와 또한 본 기획과제에서 유,

비쿼터스 컴퓨팅 칩셋을 핵심 기술로서 다루는 이유가 바로 여기

2222 유비쿼터스 2

그림 유비쿼터스 컴퓨팅 칩셋을 이용한 유비쿼터스 응용환경< 1> (1)

UbiquitousUbiquitousUbiquitousUbiquitous환경환경환경환경

UbiquitousUbiquitousUbiquitousUbiquitous환경환경환경환경

모든 미디어로 초고속망을 수백만명이 동시에 이용할 수 있는 유연한 통신 환경을 실현

Ubiquitous flexible broadbandUbiquitous flexible broadbandUbiquitous flexible broadbandUbiquitous flexible broadband

모든 미디어로 초고속망을 수백만명이 동시에 이용할 수 있는 유연한 통신 환경을 실현

Ubiquitous flexible broadbandUbiquitous flexible broadbandUbiquitous flexible broadbandUbiquitous flexible broadband

어디에 있어도 어떠한 단말로도네트워크에 언제나 연결되어 생활공간을 자유롭게 만들 수 있음

Ubiquitous teleportationUbiquitous teleportationUbiquitous teleportationUbiquitous teleportation

어디에 있어도 어떠한 단말로도네트워크에 언제나 연결되어 생활공간을 자유롭게 만들 수 있음

Ubiquitous teleportationUbiquitous teleportationUbiquitous teleportationUbiquitous teleportation

언제나 원하는 정보를 실시간으로이용자 요구에 맞는 형태로 향유할 수 있으며, OS 및 서비스를 자유롭게 선택 및 이용

Ubiquitous agentUbiquitous agentUbiquitous agentUbiquitous agent언제나 원하는 정보를 실시간으로이용자 요구에 맞는 형태로 향유할 수 있으며, OS 및 서비스를 자유롭게 선택 및 이용

Ubiquitous agentUbiquitous agentUbiquitous agentUbiquitous agent

소유권을 명확히 하여, 매력 있는콘텐츠를 자유롭게 유통 및 이용

Ubiquitous contentsUbiquitous contentsUbiquitous contentsUbiquitous contents

소유권을 명확히 하여, 매력 있는콘텐츠를 자유롭게 유통 및 이용

Ubiquitous contentsUbiquitous contentsUbiquitous contentsUbiquitous contents

남녀노소를 막론하고 간편하게 사용하며, 높은 조작성, 콤펙트성을실현

Ubiquitous applianceUbiquitous applianceUbiquitous applianceUbiquitous appliance

남녀노소를 막론하고 간편하게 사용하며, 높은 조작성, 콤펙트성을실현

Ubiquitous applianceUbiquitous applianceUbiquitous applianceUbiquitous appliance

신변주변의 기계가 커뮤니케이션을 할 수 있도록 자율적으로 정보를 수집 및 관리

Ubiquitous sensor networkUbiquitous sensor networkUbiquitous sensor networkUbiquitous sensor network

신변주변의 기계가 커뮤니케이션을 할 수 있도록 자율적으로 정보를 수집 및 관리

Ubiquitous sensor networkUbiquitous sensor networkUbiquitous sensor networkUbiquitous sensor network

고도의 인증과 보안으로 프라이버시가 보호되어 다양한 서비스를누구라도 안심하고 이용

Ubiquitous platformUbiquitous platformUbiquitous platformUbiquitous platform

고도의 인증과 보안으로 프라이버시가 보호되어 다양한 서비스를누구라도 안심하고 이용

Ubiquitous platformUbiquitous platformUbiquitous platformUbiquitous platform

기에 있다.

유비쿼터스 칩셋은 환경이나 사물 그 자체를 지능화하여 주변

공간의 형상 인식 및 지각 감시 추적을 가능하도록 하는 내재, ,

된 컴퓨터의 역할을 수행하여 이들끼리 유비쿼터스 형태의 네트

워크로 연결되어 정보를 주고받게 되며 이러한 공간과 사물의 지

능화의 고도화 과정에서 나노기술 생명기술이 결합되어 향후 새,

로운 로 발전하게 될 것이다u-World .

유비쿼터스 컴퓨팅 무선통신 부품의 가치.Ⅱ

유비쿼터스 환경에서 응용할 유비쿼터스 컴퓨팅 칩셋 기술은

산재된 산업 및 가정용의 다양한 스마트 기기들에 무선노드 기능

유비쿼터스 컴퓨팅부품 기술동향 3333

을 제공하여 임의의 무선 네트워킹 정보통신 및 서비스를 가능하,

게 하는 유비쿼터스 기술의 가장 핵심적인 위치를 차지하고 있다.

각종 정보기기 및 초소형 센서들을 모든 사물 또는 공간에 내

장시켜서 공간적 지리적 제약을 해소하고 사용자의 요구에 따라, ,

언제 어디에서라도 필요한 정보를 효과적으로 이용하게 할 수,

있는 유비쿼터스 환경을 구현하기 위한 핵심 기반기술 이다.

유비쿼터스 소형저전력 무선 네트워크 칩셋을 통한 신산업

영역의 창출을 위해 정보기기 및 각종 단말의 소형화 및 저전력

화를 위한 핵심 기술이 요구되며 이에 따라 저전력의 베RFIC,

이스밴드 매체접근제어 네트워크 기술 등이 핵심 기술로 급부상, ,

하고 있다.

따라서 유비쿼터스 공간에 존재하는 각종 사물을 무선 네트워,

크로 상호 연결하기 위한 와 베이스밴드 기능이 하나의 칩상RF

에 결합된 소형다기능의 기술 개발과 유비쿼터스 공간에SoC

서 망 구성요소들간에 언제 어디서나 접속되어 어떠한 형태의 연

결에서도 제약이 없는 무선 네트워크를 구성하기 위한 유비쿼터

스를 위한 저전력 무선 네트워크 프로토콜 기술 개발이 요구된다.

유비쿼터스 무선 네트워크 인프라 구축용의 초저전력 근거리

무선 통신 칩셋과 관련한 핵심 기술 개발 및 표준화 경쟁이 본

격화 되었으며 미국 일본 유럽 등의 선진국에서는 초소형 저전, , ,

력의 무선 칩셋 기술 개발 및 표준화에 착수하였다 이러한 상황.

에서 미래에 황금알을 낳는 거위가 될 유비쿼터스용 초저전력 근

거리 무선 통신 칩셋 핵심 기술의 확보는 국가의 기술산업 정책

에서 가장 우선 시 되어야할 분야이다.


가트너의 보고서에 따르면 향후 년간 떠오르는 기술5 (Emer-

로 다음과 같은 유비쿼터스 관련 기술을 언ging Technologies)

급하였다. Active sensor : 능동적 센서, Tagging of physical

objects : 환경 등IPv6 , All-IP Object Identification, Location

sensing : 및 위치감지기술global local , Nano elements in com-

극소형화 기술 기puters: , Smart spaces, Wearable Computer

술로 보고 있다.

또한 스마트 먼지 기술 등과 같은 센서 네트워크(smart dust)

기술은 완전히 자율적인 센싱과 통신 플랫폼 능력을 갖춘 초소형

컴퓨팅 시스템으로 수천 수만개의 소형 센서들이 스스로 공간을,

인식하고 통신하게 되어 하나의 통합된 신경망 네트워크를 구축

하는 빼놓을 수 없는 유비쿼터스 산업의 핵심 기반 기술이다.

기존의 단말 휴대전화 불루투스 통신모듈 등 및 초소(PDA, , , )

형 센서들이 존재하는 환경에서 이들이 자율적 또는 협조적으로

동작하는 유비쿼터스 네트워크 핵심 기술은 공간적 지리적 제약,

을 해소하고 이용자가 언제 어디에 있더라도 필요한 정보를 취, ,

득 저장하고 사용자의 요구에 따라 정보를 분배하고 효과적으로,

이용하게 할 수 있는 것이 유비쿼터스 사회를 구현하기 위한 핵

심 기반 기술이 될 것이다 따라서 유비쿼터스 사회를 구현하기.

위해서는 기존의 단말뿐 아니라 향후의 다양한 정보 기기 및 센

서들이 유비쿼터스 환경의 구성요소가 될 수 있도록 이들의 초소

형화 및 저전력화를 이루는 것이 핵심이다 이러한 유비쿼터스.

를 위한 핵심 기술에는 소형 저전력의 베이스밴드 매체, RFIC, ,

접근제어 네트워크 기술 등이 있으나 이러한 원천 기술(MAC),


에 대한 국내의 각 기업 및 연구기관의 연구는 초기단계에 불과

한 실정이다.

현재 이러한 유비쿼터스 핵심기술 개발과 관련한 다양한 시도

로 산업자원부는 디지털 가전과 포스트 를 양대 축으로 한 국PC

내 디지털전자산업을 세기 성장 견인산업으로 집중 육성하고21

특히 유비쿼터스 네트워크 환경을 지원하는 디지털 응용기술 단

말기시스템을 개발 진행 중이며 정보통신부는 정보인프라의 질,

적 고도화를 추구하는 제 차 정보화 촉진기본계획‘ 3 (2002 2006～

년 에 유비쿼터스 패러다임의 기본 개념을 반영키로 하여 유비)’

쿼터스 컴퓨팅의 기반기술을 기획하는 단계이다 이에 반해 유비.

쿼터스를 위한 소형저전력 무선 네트워크용의 근거리 무선 통

신 기술과 관련한 핵심 칩셋 기술 개발 및 표준화 경쟁이 선진

국을 중심으로 이미 본격화되었으며 여기에 미국 일본 유럽지, , ,

역 세계 주요 정보 통신분야 기업들 대부분이 유비쿼터스 네트워

크를 구현하기 위한 초소형 저가 저전력 및 저속의 무선 칩셋, ,

기술 개발에 이미 착수한 상황이다.

따라서 미래 유비쿼터스 사회를 구현하기 위한 핵심 기술인 지

향 소형저전력 칩셋 및 프로토콜과 관련한 핵심 원천기술 개

발 및 표준화에 대한 정부의 과감한 지원과 관련 기업 및 연구

기관간의 기술 교류 및 상호 협조 체계가 절실하게 요구된다 유.

비쿼터스 산업에서는 언제 어디서든 사람과 사람 사물과 사물, , ,

기계와 기계 상품과 상품 조직과 조직 등을 연결하는 유비쿼터, ,

스 네트워킹을 통해 실시간으로 정보를 공유하기 위하여 사용자

수 만큼의 컴퓨터를 필요로 했던 산업 시대와 달리 사용자PC ,


수의 제곱에다 주변 사물 개수의 제곱까지도 포함해야 할 만큼의

유비쿼터스 무선 통신 칩셋이 필요하다 이는 새로운 산업을 창.

출하는 계기가 될 것이다.

이외에도 유비쿼터스 무선 통신 칩셋은 매우 다양한 경제 및

산업 분야에 영향을 준다 홈 네트워킹 분야 빌딩 오토메이션은. ,

물론 및 가스 상수도 전기 등의 원격 검침 물류u-Commerce , , ,

관리 산업 자동화 그리고 센서 네트워크를 이용한 농, , u-War,

업 헬스케어와 같은 의료산업 등 다양한 분야에서 새로운 산업,

창출을 시도 할 것이고 또한 새로운 변화의 바람을 가져올 것이

다 그림 는 유비쿼터스 무선 통신 칩셋을 이용한 산업 분야. < 2>

를 보여주고 있다.

따라서 향후 년 경에는 언제 어디서나 자유롭게 모든 서, 2010

비스를 이용할 수 있는 유비쿼터스 네트워크가 실현되고 수십, ,

수 백억개의 가전 센서들이 네트워크에 접속되어 활용되어PC, ,

지며 실시간 개인 인증 및 응답이 가능해 질 것이라 예측됨에,

그림 유비쿼터스 컴퓨팅 을 통한 산업분야< 2> Chip Set (1)

UbiChipBuildingBuildingBuildingBuildingAutomationAutomationAutomationAutomation

HomeHomeHomeHomeNetworkingNetworkingNetworkingNetworking

Supply ChainSupply ChainSupply ChainSupply ChainManagementManagementManagementManagement

UUUU----WarWarWarWar MeteringMeteringMeteringMetering Health CareHealth CareHealth CareHealth Care

HomelandHomelandHomelandHomelandSecuritySecuritySecuritySecurity

AgricultureAgricultureAgricultureAgriculture

InderstrialInderstrialInderstrialInderstrialAutomationAutomationAutomationAutomation

UbiChipUbiChipBuildingBuildingBuildingBuildingAutomationAutomationAutomationAutomation

HomeHomeHomeHomeNetworkingNetworkingNetworkingNetworking

Supply ChainSupply ChainSupply ChainSupply ChainManagementManagementManagementManagement

UUUU----WarWarWarWar MeteringMeteringMeteringMetering Health CareHealth CareHealth CareHealth Care

HomelandHomelandHomelandHomelandSecuritySecuritySecuritySecurity

AgricultureAgricultureAgricultureAgriculture

InderstrialInderstrialInderstrialInderstrialAutomationAutomationAutomationAutomation


따라 유비쿼터스 컴퓨팅 칩을 이용한 산업은 유비쿼터스 시대를

여는 가 될 것이다“Key Word” .2)

유비쿼터스 컴퓨팅 무선통신 소자의 개발동향.Ⅲ

유비쿼터스 컴퓨팅 무선통신 소자의 핵심 기술1.

본 장에서는 유비쿼터스 컴퓨팅 응용을 위한 솔루션 핵심 기술

인 유비쿼터스 소형 저전력 무선 네트워크 기술에 대한 내용을,

정리하였다 이러한 기술은 공간에 존재하는 사람과 사람 사물과. ,

사물 기계와 기계 상품과 상품 네트워크와 네트워크 조직과 조, , , ,

직 등 무엇이든지 서로 접속하고 어떤 정보나 행위든지 실시간,

으로 정보를 주고받을 수 있는 환경을 구현하기 위한 핵심 기술

이다.

이같은 환경을 구성하기 위해서는 무선 인터페이스 기능이 내

재된 컴퓨터가 환경과 사물에 심어짐으로써 환경이나 사물 그 자

체가 지능화되어 초소형 센서를 통한 주변 공간의 형상 인식 및

지각 감시 추적 등이 가능하도록 되어야하며 이러한 정보들이, ,

내재된 컴퓨터들간에 유비쿼터스 형태의 무선 네트워크로 연결되

어 상호간의 정보를 주고받아야 한다 따라서 이러한 기능을 수.

행하기 위해서는 초소형의 저전력의 무선 칩셋 기술과 함께 이러

한 작은 칩이나 센서 디바이스들을 무선으로 연결시키는 유비쿼

터스 네트워킹 기술 등이 적용될 수 있다.


이러한 기술들을 좀더 구체적으로 살펴보면 유비쿼터스 소형

저전력 기술로 초소형 안테나 설계 기술 소형저SoC MPA ,

전력 설계 기술 소형저전력 베이스밴드 설계 기RFIC , ASIC

술 소형저전력 프로세서 설계 기술 소형저전, MPU/MAC ,

력 베이스밴드 원 칩 솔루션 설계 기술 이 있다 그리고RF+ . ,

유비쿼터스 소형저전력 네트워크 기술로 저전력 알고MAC

리즘 설계 기술 저전력 알고리즘 설계 기술 저전력 네트, LLC ,

워킹 알고리즘 설계 기술이 있다.

여기서 유비쿼터스 소형저전력의 기술은 무선 유비쿼터SoC

스 네트워크 내의 공간을 전자화시키기 위해 가장 기본적으로 필

요한 기술로서 수백 의 전력으로 동작하여 공간에 존재하는uW

상품과 사물 그리고 사람의 존재와 그 정보를 인식하고 전달하,

는 역할을 하며 와 같은 위치추적 기술과 함께 공간의 좌표GPS

에 존재하는 사물을 데이터베이스에 연결시키는 역할을 수행하기

때문에 기술에 대한 연구 및 개발 필요성이 요구된다 이러SoC .

한 무선 네트워크 기능을 위해서는 기능과 기능이RF mod/demod

하나의 칩 위에 결합된 초소형의 형태의 구동자 역할을 하SoC

는 다기능의 칩셋 개발이 필요하다 그림< 3>. Philips, Motorola,

과 같은 통신용 모듈 제조업체에서는 기존의AMD, Panasonic

무선랜이나 블루투스와 같은 근거리 통신용 칩셋 개발기술들을

접목하여 최근에는 초소형저전력저가의 무선 유비쿼터스 통

신 핵심 모듈을 로 개발 중에 있으며 여기에 기술을SoC MEMS

이용하여 진동이나 태양전지 등으로 자체 전력을 공급하는 다양

한 등이 함께 연구되고 있다self-powered technique .


그림 저전력 유비쿼터스 컴퓨팅칩< 3> RF/Base Band Chip( )(1)

3cm3cm3cm3cm

2.5cm2.5cm2.5cm2.5cm

MPA MPA MPA MPA antennaantennaantennaantenna

단일단일단일단일칩칩칩칩RF RF RF RF 송수신송수신송수신송수신모듈모듈모듈모듈

단일단일단일단일칩칩칩칩RF RF RF RF 송수신송수신송수신송수신모듈모듈모듈모듈 PHY, MAC PHY, MAC PHY, MAC PHY, MAC 계층계층계층계층

단일단일단일단일칩칩칩칩DSPDSPDSPDSP

XXXX----taltaltaltalreferencereferencereferencereferenceoscillatoroscillatoroscillatoroscillator


Inductor andInductor andInductor andInductor andLC filterLC filterLC filterLC filter

PCB TopPCB TopPCB TopPCB Top

PCB BottomPCB BottomPCB BottomPCB Bottom


1.5cm1.5cm1.5cm1.5cmMPA MPA MPA MPA

antennaantennaantennaantenna

RF, PHY, MAC RF, PHY, MAC RF, PHY, MAC RF, PHY, MAC 계층계층계층계층단일단일단일단일칩칩칩칩

XXXX----taltaltaltalreferencereferencereferencereferenceOscillatorOscillatorOscillatorOscillator





* * * * MCM(Multi chip Module)MCM(Multi chip Module)MCM(Multi chip Module)MCM(Multi chip Module)

3cm3cm3cm3cm


MPA MPA MPA MPA antennaantennaantennaantenna

단일단일단일단일칩칩칩칩RF RF RF RF 송수신송수신송수신송수신모듈모듈모듈모듈

단일단일단일단일칩칩칩칩RF RF RF RF 송수신송수신송수신송수신모듈모듈모듈모듈 PHY, MAC PHY, MAC PHY, MAC PHY, MAC 계층계층계층계층

단일단일단일단일칩칩칩칩DSPDSPDSPDSP







1.5cm1.5cm1.5cm1.5cmMPA MPA MPA MPA

antennaantennaantennaantenna

RF, PHY, MAC RF, PHY, MAC RF, PHY, MAC RF, PHY, MAC 계층계층계층계층단일단일단일단일칩칩칩칩






* * * * MCM(Multi chip Module)MCM(Multi chip Module)MCM(Multi chip Module)MCM(Multi chip Module)

다음으로 유비쿼터스 소형저전력의 무선 네트워킹 기술은 수

이하의 통신 프로토콜을 가지고 자율적인 센싱 저전력Kbyte ,

통신 기능 등을 제공하며 네트워크 구성 시 수천 개 이상의 노,

드 객체들로 유비쿼터스 환경을 구성하여 언제 어디서나 가능한

다양한 정보서비스를 제공 가능하게 한다 이렇게 망 구성요소들.

간에 언제 어디서나 접속되어 어떠한 형태의 연결에서도 제약이

없는 무선 네트워크 구성하기 위한 핵심 기술로 어떤 공간에서든

네트워크간 통합과 연결을 실현할 수 있고 속도와 용량의 제약,

없는 완전한 네트워크 네트워크를 구현하기 위한 무선IP (All IP )

패킷 라우팅 기술 등의 개발이 필수적이다.

또한 무선 유비쿼터스 네트워크 공간의 빠른 확산으로 비트32

길이로 제한된 기존 인터넷 주소체계로 공간의 구획을 나Ipv4

눌 수 없게 되어 사물에 식제된 모든 센서 및 칩들을 이음새없

이 연결할 수 있는 속도와 용량이 보장하기 위해 비트의 길128

10101010 유비쿼터스 2

이를 지닌 주소체계가 새로이 등장하여 유선망 모바일 무Ipv6 , ,

선망 위성 등 네트워크간의 완전한 통합과 망의 서비스 품질, IP

보증 및 유연성 확장등 고도의 기반 시스템플랫폼이 연(QoS) ( )

동된 무선 네트워킹 기술이 요구된다.

표 국내 시장의 상이한 접근을 보이는 블루투스와 기능비교< 1> Zigbee

구분무선 PAN

IEEE 802.15.4(include ZigBee) IEEE 802.15.1(Bluetooth)

주 파 수(Hz) 868M, 915M, 2.4G 2.4G

변 조 DSSS FHSS

M A C CSMA/CA TDMA

데이터속도(bps) 250K, 40K, 20K 1M, 723K

전 송 거 리 10m 75m～ 10m 100m～

노 드 수 254 8

채 널 대 역(Hz) 600K, 2M, 5M 1M

전 송 전 력(dBm) -4 20～ 0 20～

목 표 단 가(US$) 1.5~2.5 5

가 나노 신소자 기술. 3)

정보통신 사회가 유비쿼터스라는 새로운 패러다임을 지향하여

한 발짝 나서는 것과 동시에 현재의 반도체기술도 나노기술로 대

변되는 신기술의 개척이 활발하게 진행되고 있다 대부분의 과학.

기술이 나노 스케일로 진입하고 있고 나노스케일의, 1 100nm～

기술시대도 끊임없는 발전으로 인류 사회를 더욱 풍요롭게 견인

할 것이다 하나로 맞물려 돌아가는 기어와 같이 유비쿼터스 정.

보통신 사회를 이루는 데 있어서 나노기술에 의한 반도체 통신소


자의 개발은 필수적이다 그림 와 같이 단일칩에 센서. < 4> , CPU,

메모리 프로세서 회로를 넣는 것은 년대에, , RFIC, DSP 2010

정도 크기까지 실현될 것으로 예측된다 이는1×1mm2 . PC(PDA

도 포함하여와 통신단말기를 반도체 칩에 제작하기 위해 현재보)

다 대략 배의 축소화가 되어야 함을 의미한다 동일한 배1/1000 .

경에 대해 상세한 검토를 마친 일본의 는 나노 반도체 소Nikkei

자에 의한 가장 중요한 효과로 저전력화를 들었고 이어서 고속,

동작화와 고밀도화를 뽑았다 그리고 응용으로 네트워크기기 휴. ,

대용 정보단말기 를 차례로 들었다, PC .

유비쿼터스 사회를 앞두고 있는 정보통신의 기술력은 대용량의

메모리칩과 초고속 와 통신칩을 제공하는 반도체CPU/ MPU RF

기술을 기반으로 한다 그리고 현재 반도체 기술의 결정체는 나.

노 집적기술과 다기능 신소자의 융합화와 로 집약된다 이렇SoC .

게 반도체에서도 메모리와 비메모리가 조합된 기술의 산업SoC

규모와 중요성이 증대하면서 다양한 미래의 응용에 부합하는 정

보통신용 복합칩의 기술개발이 주요 이슈로 등장하게 되었다 따.

라서 이 분야의 인프라를 대폭으로 확충하는 작업에 착수해야 한

다 메모리 중심에서 메모리와 비메모리의 융합화와 와 관련. SoC

한 시설과 인력과 자금을 결집하여 효율적인 기술개발 체계를 구

축하기 위해서 미래지향적 접근이 어느 때보다도 요구되고 있다.

특히 국내의 빈약한 비메모리 인프라 시스템설계와 칩, (Core IP)

설계의 일원화된 플랫폼 다양한 라이브러리 개발 표준화, IP , ,

구축 및 활용 그리고 인력배양에 대한 대책이 시급하다DB , .

12121212 유비쿼터스 2

나 융합반도체 기술.

인텔과 은 차세대 마이크로 프로세서와 통신용 고집적회IBM

로를 으로 개발하여 시연하였다 인텔은 프로S-MOSFET . 90nm

세스에 를 적용하여 펜티엄 를 발표하였고 년S-MOSFET 4 , 2003

말에는 양산으로 연결한다는 계획이다 도 역시. IBM 65nm

개발 에서 발Combo S-FET/SOI SRAM (IEDM Dec. 9, 2002

표하여 고성능 마이크로프로세서용으로 적용하려 하고 있으며) , ,

년에는 프로세스를 적용하여 통신용2005 50nm S-MOSFET

제품을 생산한다고 발표했다 그림 는 초소형 통신디바SoC . < 5>

이스를 구성하는 반도체 소자기술과 응용의 구성을 보여준다 고.

성능 실리콘 나노 신소자를 기반으로 광소자와 전자소자 그리고,

초소형 전지 및 축전지를 부착하기 위한 기초연구가 세계적으로

매우 활발히 진행되고 있다 한편 단전자 소자와 탄소나노튜브. ,

소자는 고집적의 저전력소모용으로 분자소자와 양자점소자와 상,

변환 소자는 극미소전류를 사용하는 스위치나 기억회로로 응용할

수 있는 특징을 지니고 연구되고 있다 또한 현재의 소자가 전자.

의 유무에 따라 또는 의 이진법으로 동작하는데 반하여 공명1 0

관통형 소자와 스핀소자는 예를 들면 다진법으로 동작할QCA,

수 있어 논리 및 연산능력을 대폭 늘릴 수 있는 새로운 아키텍

처로 양자컴퓨터의 실현을 가능케 할 수 있다 위의 미래소자들.

은 지금보다 배 이상의 집적도와 동작속도를 지닌 시스템으1000

로 테라비트 메모리 페타플롭 마이크로 프로세서 양자컴퓨팅으, ,

로 고도의 지능형 시스템을 구현시킬 수 있을 것이다.


상위 층의 네트워크 시스템이 더욱 거대화하여 무한히 팽창하

는 것과 마찬가지로 역설적이지만 나노 기술은 더 이상 작을 수

없는 물질의 원자를 다루는 수준으로 파고들어 세분함으로써 수

천 배 수만 배로 수와 기능과 에너지 효율을 높이는 창조적 작,

업을 하고 있다 지구촌의 모든 사람들이 하나의 네트워크에 연.

결되어 실시간 정보의 서비스를 받아 일상활동에 지원을 받고,

대화할 수 있고 지구촌의 구석구석의 변화도 실시간에 자율적으,

로 감시되고 통제되어 안전하고 깨끗한 환경을 이루어 나갈 수

있다.

다 안테나와 센서 기술.

안테나와 센서는 공통된 특징이 있다 무선통신구조상 모두 정.

보처리의 양 끝 단에 위치한다 센서에서 발생된 정보는 내부의.

처리를 거쳐 안테나로 방사되며 안테나로 유입되는 외부의 센서,

제어 및 보정 신호는 다시 내부의 처리를 거쳐 센서로 전달된다.

일반적으로 통신신호를 송수신하는 모듈에는 안테나와 필터 스,

위치 등 수동소자가 있어 동작 주파수나 모드를 변화시켜가며 작

동하는 기능을 가질 수 있다 특히 미세전자기계reconfigurable .

시스템 기술은 보다 우수한 스위치 소자 제작이 가(MEMS) RF

능한데 이 스위치 소자로 패치 안테나의 연결을 변경하여 다양,

한 캐리어 주파수를 송수신할 수 있는 구조로 변경할 수 있다.

더불어 안테나는 송수신 블록에서 있으면서도 아직도 외부에 부

품 또는 모듈 형태로 조립이 되고 있지만 유비쿼터스 관련 향후

14141414 유비쿼터스 2

기술의 발달에 따라 얼마든지 칩 위에 집적화 될 수 있다 이렇.

게 함으로써 패키지 비용을 줄임과 동시에 아주 작은 사이즈로

구현이 가능하게 된다.

극미소 센서 또한 유비쿼터스 단말기의 핵심적인 기술 요소이

다 휴먼인터페이스를 위한 오감센서 독성이나 폭발성을 감지하. ,

는 가스센서 압력과 온도 유량을 측정하는 기기제어 센서 방사, , ,

선이나 엑스레이의 고에너지선 센서 생체의 혈당 분석을, , DNA

위한 바이오 센서 바이러스 센서와 같이 수 많은 종류의 센서가,

개발되고 있다 그러나 이들의 대부분은 정확성이 부족한 상태로.

기술 수준이 매우 낮은 상황이다 특히 극미소 통신칩에 부착되.

기 위해서는 크기를 대폭 줄여서 실리콘 반도체 회로에 복합시키

는 수준으로 소형화 기술이 필수이다 따라서 고품질을 위해 앞.

으로 개발되어야 하는 센서의 신호감지 정밀도 속도 신뢰성에, ,

대한 기술개발 항목들이 수 없이 많다.

유비쿼터스 컴퓨팅 무선통신 소자의 개발 동향2.

가 유비쿼터스 컴퓨팅 무선통신 부품 국내외 업체 동향.

유비쿼터스 컴퓨팅칩 및 네트워크관련분야 업체는 역시 RFID

나 블루투스에 종사하고 있는 기존업체가 관계될것이라고 예상되

며 이들 중 일부는 이미 칩과 프로토콜IEEE 802.15.4 Zigbee

스택과 프로파일의 연구 개발을 준비하고 있다 그러나 애석한.

것 중에 하나는 기존 대기업의 참여가 미흡하다는 것이다.


표 국내 칩 및 네트워크 생산업체 현황< 2> WPAN

업 체 명 주생산품목과 특징

삼 성 전 자 칩 프로토콜엔진 어플라이언스 생산WPAN , ,

Phychips 칩 칩LR-WPAN , GPS

Radiopulse 칩 무선통신 칩LR-WPAN ,

G C T 무선통신 칩 블루투스 칩 및 도구,

삼 성 전 기 블루투스 모듈 생산업체

삼 성 종 합 기 술 원 칩 프로토콜엔진WPAN ,

이 노 텍L G 블루투스 모듈 생산업체

하 스 넷 블루투스 단말기 헤드셋 생산업체, AP,

한국무선네트워크 블루투스 스택 프로파일 솔루션 디자인업체, ,

클 립 컴 블루투스 및CTP AP One Phone Base Station

핸 디 소 프 트 블루투스 및USB Serial Dongle

하 이 니 스 블루투스 칩 개발

분야 중 부분에 투입이 우선으로 진행되는 경향을WPAN UWB

보이고 있다 대기업의 기본적인 사업기반에 가전부분에 대한 비.

중이 크고 부분 중에서도 멀티미디어 집중 전략이므로 속도HA

가 높은 에 관심이 높다 표UWB < 2>.

나 유비쿼터스 컴퓨팅 무선통신 부품 국가별 동향.

미래 정보산업의 핵심이 유비쿼터스 환경으로 예측됨에 따라

이러한 환경을 구축하기 위해서는 초저전력 컴퓨팅 통신 소자 관

련 기술 개발이 핵심적이며 이러한 기술에 의해 산재된 산업 및

가정용 기기들에 지능형 무선 노드 기능을 제공하여 이들간의 임

의의 네트워킹을 통한 다양한 서비스를 가능하게 하는 것이 필

16161616 유비쿼터스 2

수적이다 따라서 현재 유비쿼터스 컴퓨팅 네트워크 인프라를 구.

축할 수 있는 근거리 통신용의 초저전력 컴퓨팅 통신 소자와 관

련한 기술 개발 및 표준화 경쟁이 본격화 되었으며 미국 일본, ,

유럽등의 선진국에서는 초소형 저전력 저속용의 컴퓨팅 통신 소, ,

자와 관련한 기술 개발 및 표준화에 이미 착수한 상태이다.

특히 미국에서는 등의 유수 정보통신 업체들Philips, Motorola

이 근거리 통신용으로 블루투스 혹은 무선랜을 대체할 초저전력,

저가의 컴퓨팅 통신 소자 기술의 개발을 진행중이며 Butterfly

Communication, Commcepts, RF Monolithics, AMD, Pana-

과 같은 업체들에서도 유비쿼터스 통신용 컴퓨팅 통신 소자sonic

의 저전력화를 위한 계층에 대한 표준화 작업을 진행하고MAC

있다더욱이 미국내 대학 연구소에서서도 초저전력의 컴퓨팅 소.

자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는데 이 가운데에 UC

내 무선 연구 센터에서는 무선 센서 모니터 등을 이용Berkeley ,

한 근거리 통신용의 초저전력 컴퓨팅 소자에 대한 연구가 활발히

진행 중이며 미 국방부 산하 방위고등연구계획청 의 프(DARPA)

로젝트로 년부터 본격적인 연구 및 개발에 착수한 상태이다2002 .

한편 일본에서는 어디에서나 컴퓨팅 환경이라는 미래를 겨냥‘ ’

한 신기술체제의 확립을목표로 TRON(The Realtime Operating

프로젝트에서 출발하여 네트워킹을 중심으로System Nucleus)

본격적인 유비쿼터스 추진을 계획하고 있다 또한 일본전기. (NEC),

히타치 후지쯔등의 정보통신 업체들은 유비쿼터스 컴퓨팅 네트,

워크의 조기 실현을 위해 관련 송수신 소자 및 센서기술, MAC

및 라우팅 기술 모빌리티기술 트래픽 엔지니어링기술 에이전트, , ,


기술의 연구개발에 역점을 두고 있다.

유럽에서는 년에 시작된 사라지는 컴퓨팅2001 (Disappearing

을 중심으로 유비쿼터스 컴퓨팅 환경에 대한 대응Computing)

전략을 모색하고 있는데 은 컴퓨팅 기술disappearing computing

을 일상사물 및 환경 속에 보이지 않게 통합하여 컴퓨터의 존재

를 의식하지 않도록 인간의 생활을 지원 및 개선하기 위한 유비

쿼터스형 컴퓨팅 소자 및 프로토콜 기술로 개 이상의 프로젝16

트를 국의 대학 연구소 및 기업 등의 공동 연구로 수행하고EU ,

있다 그 대표적인 예로는 스위스 독일 핀란드 스웨덴 등의 연. , , ,

구기관들이 주축이 되어 수행하는 프로젝트가 있다아Smart-Its .

래의 표는 각국에서 진행되고 있는 유비쿼터스 컴퓨팅 소자 및

네트워크 연구관련 프로젝트들을 간략하게 정리해 놓은 것이다.

유비쿼터스 환경 구축을 위한 근거리 통신용 저전력 컴퓨팅 통

신 소자의 연구 및 개발과 관련된 대표적인 표준화 단체는 미국

표준인 이다 이러한표준을바탕으로IEEE 802.15.4 . Honeywell,

등의 회사를 주축으Invensys, Motorola, Mitsubishi, Philips 5

로 구성된 라는 산업계 표준 단체가 구성되어 근Zigbee Alliance

거리 통신용 저전력 컴퓨팅 통신 소자의 조기 개발과 시장 진입

을 위한 표준을 개발에 박차를 가하고 있다 이러한. Zigbee

는 해외 유수 정보통신 업체들은 물론 국내 삼성전자 및Alliance

전자부품연구원 을 비롯한 약 여개의 회원사들을 확보하(KETI) 50

고 있는 상황이다.

한편 국내에서는 최근에 이르러 유비쿼터스 컴퓨팅 통신 소자

관련 핵심 기술에 대한 중요성이 인식되었으며 따라서 미국 일,

18181818 유비쿼터스 2

본 유럽등의 선진국에 비해서는 초기 연구단계에 불과한 실정이,

다 이러한 상황에서 정부의 주도적인 정책하에 산업자원부에서.

는 산업의 새로운 돌파구를 마련하고 새로운 정보화 패러다임IT ,

으로 급속히 전환되고 있는 유비쿼터스 환경에 적극 대처하기 위

하여 년 까지 향후 년 동안 억원을 투입하여2003 2008 5 280～

스마트 먼지 칩을 포함하는 유비쿼터스 컴퓨팅 통Smart Dust( )

신 소자 관련 핵심 기술을 개발하여 수출전략 상품화하기로 하였

다 또한 정보통신부는 정보인프라의 질적 고도화를 추구하는 제. ‘

차 정보화촉진기본계획 년 에 유비쿼터스 패러다임3 (2002 2006 )’～

의 기본 개념을 반영키로 하여 유비쿼터스 컴퓨팅 시대의 개막을

예고하고 이의 기반기술을 기획하는 단계이다 표 는 각각. < 3,4>

각국의 유비쿼터스 관련 프로젝트 및 관련 무선통 부LR-WPAN

품들의 개발 동향을 나타내고 있다.

표 각국의 유비쿼터스 컴퓨팅 관련 프로젝트< 3> (1)

국가 프로젝트 개요

미국

CoolTown 유비쿼터스형 미래도시

Smart Tag 스마트 태그에 의한 사물의 지능화

MiThtil 컴퓨팅 환경 구축 목표

Oxygen 유비쿼터스 환경 구축

Smart Dust 초소형의 센싱기능 및 통신 기능을 가진 시스템 소자

Easy Living 센서를 통한 위치 기반 서비스와 자동화 서비스

일본

초소형 칩네트워크 프로젝트

초소형 칩에 의한 유비쿼터스 컴퓨팅 네트워크를 구성

무엇이든단말 프로젝트MY

어떤 단말도 자신의 단말로 이용 가능하게 하는 기술

어디에서든네트워크 프로젝트

유비쿼터스 네트워크 환경 구현

유럽 Smart Its Project 일상사물에 를 삽입하여 지능화Smart Its


표 유비쿼터스 컴퓨팅 무선통신 부품들< 4> (1)

model Phychips ML2751 CC1020

company Phychips Micro Linear ChipConurl www.phychips.co.kr www.microlinear.com www.chipcon.com

spreading DSSS DSSS freq. hoppingmodulation BPSK GFSK OOK, ASK, FSK, GSFKarchitecture zero-IF low-IF low-IF

data-rate20 kbps (EU)

1.5Mbps 153.6 kBaud40 kbps (US)

PN spreadingfactor

freq. band

868 to 870 MHz(one channel) 902 to 928 MHz

(ten channel)804 to 940 MHz

902 to 928 MHz(ten channel)

receiversensitivity

-96 dBm -95dBm -96dBm

transmittersensivitity

0 dBm 0 dBm -29 to 10.5dBm

range 30m 1000 feet 2000mdataintegrityTx currentconsumption

< 18mA @ 1.8V 21.9mA

Rx currentcosumption

< 18mA @ 1.8V 17.9mA

sleep modecurrent

consumption<5uA 0.2uA

supply voltage 1.8V ± 0.2V 2.7V to 3.8V 2.3V to 3.6Vtemperaturerange

-40 to +85℃ -10 to +65℃

parallelinterface

8-bit multiplexeddata/address

serialinterface

asynchrous rs-232 atprogrammable rates

process 0.18um CMOS 0.35um CMOSpackaging 32-pin TQFP 7mmBody QFN 32 package

applications

- industrial networks-portable computer-home automation-automatedmonitor/sensor

- portable computer- remote sensing-TDD TDMA radio- 900MHz DSSScordless phones

-narrowbandapplication-wireless security-home automation- low-power telemetry- remote keyless entry- tire pressuremonitoring

notecompatible with802.15.4

20202020 유비쿼터스 2

표 계속< 4>

model ZMD44101 Abidi Integrantcompany ZMD Abidi lab. Integrant Tech.url www.zmd.biz www.integrant.biz

spreading DSSS freq. hopped CDMAmodulation FSKarchitecture zero-IF zero-IF

data-rate20 kbps (EU)40 kbps (US)

PN spreadingfactor

freq. band868.3 (EU)

902 to 928 MHz 1575.42MHz902 to 928 MHz (US)

receiversensitivity

-96dBm -8.3dBm -30dBm


-29 to 10.5dBm -17 to +13dBm

range 100mdata integrityTx currentconsumption

20mA 100mA


19mA 120mA 60mW @ 3V

sleep modecurrent

consumption4uA

supply voltage 2.4V 3V 3Vtemperature range -40 to +85℃parallel interface availableserial interface SPI

process 1um CMOSSiGe BiCMOSCMOS

packaging 48-lead MLF package4mm X 4mm MLF7mm X 7mm TQFP

applications

-energy management-remote mereringand control-home&buildingcontrol- industrial networks-remote keylessentry-health monitor

GPS receiverPDA

RF front-end IC formobile phone


receiver only


표 계속< 4>

model AT86RF210 ASTRX1 그 밖의 개발사company ATMEL AMI semiconductor

1. Motorola: 와IEEE 802.15.4

를ZigBee standard만족하는 데모 칩세트를 개발, 2.4GHz ISM bandavailableworldwide

2. Analog chips: RF/IF two-chipsolution

url www.atmel.com www.ami.comspreading DSSS DSSSmodulation BPSK BPSKarchitecture zero-IF zero-IF

data-rate20 kbps (EU) 20 kbps (EU)40 kbps (US) 40 kbps (US)

PN spreadingfactor

15 bits

freq. band 868/902 to 928 MHz

868 to 870 MHz(one channel)902 to 928 MHz(ten channel)

receiversensitivity

-92 dBm


0 dBm

range 100mdata integrity 16 bit CRCTx currentconsumption

4mW(6dBm)@1.8VDD < 14mA @ 3V


14.5mA < 25mA @ 3V

sleep modecurrent

consumption1uA <10uA

supply voltage 1.8 to 3.6V 3V ± 0.3Vtemperaturerange

-65 to +150℃ -40 to +85℃

parallel interface available8-bit multiplexeddata/address

serial interface SPIasynchrous rs-232 atprogrammable rates

process CMOS

packaging 48 QFN packageMicroLead frame 64lead (9mmX9mm)

applications-wireless pc peripheral(mouse, keyboard, and

joystick)


compatible with802.15.4

22222222 유비쿼터스 2

참고문헌

유비쿼터스 지향 소형저전력 무선 네트워크 핵심 기술 개발1. “ /

과제 보고서 전자부품연구연2004 ”

정보통신산업 수출입 동향분석 주간기술동향2. 2003 ,

3. 유비쿼터스무선통신반도체소자기술의동향“ ”, 2003 ITFIND

유비쿼터스컴퓨팅부품기술동향 -...

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