맥심 인터그레이티드(maxim integrated)의 다미안 안잘도(Damian Anzaldo) 기술 수석은 스포츠 웨어러블 기술 시장을 주목했다. 그는 이 시장을 견인하는 3가지 동인으로 세그먼트 옹호자, 사회적인 영향, 소비자들의 관심을 꼽았다. 그는 이러한 거시적 트렌드에 발맞춰 협업의 중요성을 강조한다. 발표 내용을 전한다.
앞으로 우리는 보다 건강한 라이프스타일 선택을 촉진하는 도구로써 웨어러블 스포츠 기술의 광범위한 채택을 경험하게 될 것이다. 그러나 웨어러블 기술이 시장에 적극적으로 채택되기 위해서는 사용자들이 의미 있는 결과를 확인할 수 있어야 한다.
스포츠 피트니스 웨어러블 시장을 견인하는 3가지 동인이 존재한다. 첫 번째 동인은 웨어러블을 주창하는 세그먼트 옹호자들(segment advocates)이다. 두 번째 동인은 사회적인 영향이다. 세 번째는 소비자의 관심이다. 이런 동인들이 스포츠 피트니스 웨어러블에 대한 관심도를 높이고, 그로인해 다시 스포츠 웨어러블 부분에서 기기에 대한 관심을 증대시키고 있다.
세그먼트 옹호자는 우리와 같은 개인들이다. 개인은 연령대가 대체로 18~54세 사이의 모바일 세대로, 이들이 웨어러블 피트니스 기기 소유자의 약 77%를 차지하고 있다. 이 연령대 사용자들은 웨어러블 스포츠 기술을 수용하고 반복되는 일상생활에서 중요한 부분을 차지한다. 또한 지역별, 국가별 옹호자들이 존재한다. 대표적인 지역별 옹호자는 미셸 오바마(Michelle Obama) 여사이다. 미셸 오바마 여사는 ‘레츠 무브’(Let’s Move)라는 아동 비만 방지 캠페인을 추진한 바 있다. 세계적인 차원의 옹호자로는 반기문 유엔사무총장이 있다. UN에서 진행하고 있는 새천년 개발 목표(Millennium Development Goals, MDGs)라는  캠페인이 있는데, 전 세계적인 차원에서 스포츠와 피트니스를 보다 더 증진시키기 위해 반기문 사무총장 지도하에 진행되고 있는 캠페인이다.
다음은 사회적 영향에 대해서 살펴보자. 스포츠와 피트니스를 통해서 얻어지는 사회적인 실익으로는, 우선 삶의 질 향상을 꼽을 수 있다. 규칙적인 운동을 통해 각종 질병의 면역력을 증진시킬 수 있다. 또 스포츠 활동을 통해 리더십을 배양하고 팀워크와 관련된 재능을 더 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라 자존감과 자신감이 높아지면서 건강한 정신을 지닐 수 있게 된다.
두 번째는 경제적인 혜택이다. 미국의 경우에 스포츠 산업에 종사하는 노동자가 약 150만 명에 달한다. 이는 미국 전체 일자리의 1%에 해당한다. 스포츠 산업은 2014년 기준 전 세계적으로 약 7,000억 달러의 매출을 발생시키고 있다. 한편, 웨어러블 장비 매출은 연평균 성장률 103%를 기록하며 2020년에 약 100억 달러에 달할 것으로 추산된다.
세 번째는 웰리스(wellness)와 관련된 부분이다. 우선 안전과 부상 방지에 크게 기여할 수 있다. 또한 워밍업과 보다 나은 스포츠 성과를 올릴 수 있다. 웨어러블을 이용하면, 사용자로 하여금 계속해서 규칙적으로 운동을 하게끔 독려할 수 있고, 그 결과에 대한 피드백을 바로 받을 수 있다. 그렇게 되면서 스포츠와 피트니스가 웨어러블을 통해 보다 더 삶에 밀접하게 연관된다.
끝으로 살펴볼 동인은 소비자의 관심도이다. 여러 조사에 비춰 볼 때, 미국과 유럽 내에서 가장 관심을 끌고 있는 센서 기반 웨어러블 기기는 손목에 차는 것과 신발 클립(shoe clip), 임베디드 의류이다. 전반적으로 봤을 때, 스포츠 웨어러블 기술에 대한 관심이 계속해서 커지고 있고 시장도 동반 확대되고 있다.
애플리케이션 예
대표적으로 3가지 애플리케이션 사례를 확인할 수 있다. 손목 밴드형 기기, 센서가 내장된 다양한 장비, 그리고 스마트 의류가 그것이다.
손목 밴드형 기기의 경우에는 골프, 육상, 수영 등 스포츠 분야에서 많이 활용되고 있다. 또한 피트니스 분야에서는 팔찌형 기기가 많이 이용되고 있는데, 사용자가 활동량을 추적하기 위해, 또는 소모된 칼로리를 계산하거나 만보계의 형태로 사용하는 사례가 많다.
임베디드 장비의 경우에는 보다 더 안전을 도모하기 위한 목적이 있다. 예를 들어 미식축구나 하키, 승마를 하는 경우에 머리 부상 방지가 대단히 중요하다. 보호장구인 헬멧에 충격 감지 센서가 탑재돼 있어서 강한 충격이 감지되면 바로 코치진에게 전달된다. 부상 분석이라고 설명할 수 있다. 또 다른 예로는 퍼포먼스를 높이기 위한 장비가 있다. 축구공이나 골프채에 센서가 탑재돼 있어서 선수들이 훈련을 하는 과정이나 실제로 경기를 할 때 퍼포먼스를 향상시킬 수 있다.
스마트 의류의 경우에는 두 가지 기술이 적용되고 있다. 첫 번째는 직조 기술이다. 전기가 흐르는 전도성 파이버로 옷감을 짜는 것이다. 전도성 파이버를 통해 센서가 감지한 다양한 정보를 SoC로 보낼 수 있다. 두 번째 형태는 인쇄기술이다. 전자잉크를 의류에 바로 인쇄하는 것이다. 센서와 컨덕터 사이에 발생하는 정보를 SoC로 보내는 것이다. 해당 기술이 적용된 의류를 보게 되면, 직조의 경우 스마트 셔츠, 인쇄의 경우 피트니스 셔츠에 많이 적용된다.
시장 동향
손목형 밴드는 보다 더 강력해지고 있다. 기기 당 센서 수가 2020년까지 약 3배 증가할 것으로 예상된다. 또한 이러한 기기들이 다양한 통신기술과 접목되면서 강력한 기능이 구현될 것이다. 예를 들어 NFC를 사용하게 되면 출입통제나 모바일 결제가 가능해진다. 아침에 조깅을 나갔다가 스포츠 밴드를 이용해 편의점에서 생수를 사먹을 수 있고, 바로 출근을 했을 때는 스포츠 밴드가 출입증을 대신할 수 있다.
또 다른 동향은 장비에 탑재되는 센서다. 센서 내장 장비들은 운동선수들의 움직임을 추적하거나 기량을 분석하기 위해 많이 사용된다. 또 선수들의 외상을 방지하기 위해서나 부상을 당했을 때 빨리 알아내기 위해 사용된다. 여기서 새로운 부분은 에지 분석(edge analytics)이다. 많은 데이터가 생성됐을 때, 이것을 멀리 있는 클라우드 상의 서버 로드에 보내지 않고도 네트워크 에지 단에서 바로바로 분석하는 것이다. 따라서 데이터에 대한 액세스가 훨씬 더 빠르게 일어나고 보다 연관성이 높은 분석이 가능해진다.
끝으로 직물 공학과 관련된 스마트 의류 분야이다. 이러한 기술의 발전을 통해 더욱 더 많은 센서가 의류 내에 장착될 수 있다. 그 결과 사용자의 생리적인 상태와 주변 상태를 더 쉽게 정량화 할 수 있다. 이 모든 동향을 이끌고 있는 촉매가 결국 SoC의 혁신이다.


컴퓨팅 SoC
그림 1은 전형적인 웨어러블 기기의 블록 다이어그램이다. 차세대 컴퓨팅 SoC 솔루션에 기대되는 3가지 기술 트렌드는, 우선 MCU와 관련된 동향으로 메모리 용량이 점점 더 증가하고 있다는 것이다. 이는 웨어러블 기기에 탑재되는 센서 소자 개수 증가, 모바일 소프트웨어 애플리케이션 필요, 에지 분석 등장 등의 복합적인 이유 때문이다. 2020년 일반 웨어러블 기기는 2013년에 비해 약 3배 증가한 4.1개의 센서 소자를 탑재할 것으로 전망된다. 센서 증가는 데이터 용량 증가로 이어지고, 이에 따라 웨어러블 기기와 에지 액세스 포인트 간 통신 네트워크 트래픽이 증가한다. 이처럼 통신 혼잡도를 줄이기 위해 근거리 통신(LAN)에서 데이터 처리량이 최소화되어야 한다.
분석 처리를 기기에 더욱 가까이 위치시킴으로써 네트워크 데이터 트래픽이 감소하고 자연스럽게 혼잡도가 감소한다. 이는 바로 에지 분석이 제공하는 주요 혜택이기도 하다. 그 결과 웨어러블 기기 내에서 추가적인 신호처리를 수행해야 한다. 이는 센서 데이터를 처리하는 데 사용되는 고유 알고리즘과 모바일 애플리케이션 소프트웨어가 웨어러블 기기에 내장된다는 의미이다. 따라서 더 많은 메모리 용량이 필요하다. 시스템 관점에서 메모리 증가는 전력 소비 증가로 이어진다. 따라서 설계자들은 메모리 액세스가 보다 효율적으로 이루어질 수 있도록 설계해야 한다. 이는 좀 더 전력 효율성을 높여야 한다는 의미이다.
전력 효율성을 높이기 위해서는 메인 MCU 내에 전용 PMU(Peripheral Management Unit)가 상주할 수 있도록 만들어야 한다. PMU는 메인 MCU 메모리 공간 내에서 옵코드(opcode)와 오퍼랜드(operand)를 실행하는 PSM(Programmable State Machine)이다. 이같은 방법론은 메인 프로세서 코어를 서비스 메모리와 주변장치에서 오프로드(off-load)해 전체 운영 전력의 감소 효과를 가져온다.
두 번째 MCU와 관련된 기술 트렌드로는 보안 문제다. 웨어러블이 IoT와 융합되면서 보안 공격에 점점 더 노출되고 있다. 이에 따라 MCU 단에서 보안이 훨씬 더 강화될 필요가 있다. 또한 보안 인증 부분에 대한 노력도 필요하다. 이를 통해 기기에 대한 복제나 위변조를 방지할 암호화나 물리적 보안이 강화될 것이며, 암호화 내에서도 보다 강력한 TPU(Trust Protection Unit)가 필요하게 될 것이다.
 
그림 2는 다계층 보안을 위한 TPU의 주요 보안 기능을 나타낸다. 즉각적으로 메모리를 삭제하는 즉시 삭제(instant erase) 기능, 난수(random number)를 생성하는 기능, 위변조를 방지하기 위한 변조 검출(tamper detect) 기능, CRC32/16 생성기, AES 엔진 등 다양한 요소가 배치돼 있다. 맥심이 새롭게 내놓는 모든 MCU에는 TPU가 통합된다.
 
그림 3은 초저전력 MCU SoC 제품인 MAX32621의 블록 다이어그램이다. 메모리 용량이 이전 제품 대비 8배로 늘었다. 내부를 보면, 2048 KB 플래시 메모리, 256 KB SRAM, 8KB 캐시가 탑재돼 있다. 또한 메모리 액세스 부분도 효율성이 훨씬 더 증대됐다. 보다 효율적인 PMU가 탑재되면서 MHz 당 소비되는 전력량이 30% 낮아졌다.
웨어러블 기기에서 중요한 부분 중 하나인 전력 소모를 줄이기 위해서는 초저 대기전류를 구현해야 한다. 대기 상태에서도 25%의 배터리 전류가 소모된다. 따라서 MCU 단과 전력 SoC 단에서 무작동 상태 일 때 전류 소모량을 최소화해야 한다. 또한 배터리의 75%는 센싱을 할 때나 네트워크와 통신할 때 소모된다. 따라서 로드 최적화된 DC 전력 레귤레이터가 필요하다.
현재 시장에서는 스마트 배터리 관리를 위한 다양한 활동이 관찰되고 있다. 예를 들어 배터리 수명을 최적화하기 위한 고정확도 연료 게이지 알고리즘이 도입되고 있으며, 고속 충전을 가능하도록 하는 스마트 파워 기능들이 도입되고 있다. 이러한 것이 중요한 이유는 사용자가 재충전 하지 않고 웨어러블 기기를 최대한 오래 사용하기를 원하기 때문이며, 재충전해야 한다면 최대한 빠른 충전을 원하기 때문이다.
 
그림 4는 웨어러블 기기를 위한 PMIC 제품인 MAX14676을 보여주고 있다. 이 제품은 독자 개발한 임베디드 연료 게이지가 장착돼 있다. 또한 USB 포트나 24V 전원을 통해 빠르고 효과적으로 충전할 수 있도록 스마트 배터리 충전기가 탑재돼 있다. 이 외에도 고효율의 저 IQ 전력 레귤레이터가 제공된다. 이를 통해 고효율의 DC-DC 변환이 가능하다.
비즈니스 생태계
이 모든 것들이 클라우드 컴퓨팅에서 출발했다. 서버들이 클라우드 상에 존재하게 되면서 광범위하게 영향을 미치게 됐고, IoT로 이어졌다. IoT는 수십 억 개의 기기들이 연결되면서 엄청난 중요 데이터를 생산하고 있다. 이를 기반으로 빅데이터가 구현될 수 있다. 이런 빅데이터를 통해서 보다 의미 있는 결과를 제공하게 되면서 디지털 피트니스 분야가 크게 부상할 것으로 전망된다. 디지털 피트니스는 빅데이터가 우리의 삶을 더 건강하고 더 나은 삶을 살 수 있도록 의미 있게 활용되는 사례라고 할 수 있다.
그런데 이런 것들을 모두 구현하기 위해서는 활발한 협업이 이루어지는 비즈니스 생태계가 필수다. 생태계의 구성요소에는 클라우드 파트너가 있을 것이다. 두 번째는 빅데이터로부터 의미 있는 정보를 추출하는 분석 요소가 있다. 세 번째는 사용자의 신체적인 상태나 주변 환경에 대한 다양한 정보를 감지하는 웨어러블 기기 내에서의 센싱 기능이 있을 것이다. 네 번째는 웨어러블 기기에 탑재되는 컴퓨팅 SoC가 있을 것이다. 다섯 번째는 다른 클라우드와의 연결성을 제공하는 요소가 필요하다. 여섯 번째는 다양한 구성요소의 제어를 담당하는 요소가 필요하다.
차세대 웨어러블 스포츠 피트니스 기술을 구현하기 위해서는 무엇보다도 참여자들 간 협업이 필수다. 최근 맥심이 출시한 저전력 MAX32600MBED 개발 보드는 협업의 좋은 예라고 할 수 있다. 이 개발 보드는 맥심과 ARM, 클라우드 파트너의 협업을 통해 만들어진 결과물이다. 전체 에코시스템을 보다 손쉬운 형태로 고객에게 제공함으로써 고객들도 보다 쉽게 다양한 IoT 플랫폼을 개발할 수 있도록 돕고 있다.