모바일결제 시장은 이제 성장기에 접어들었다. 관련한 반도체 역시 흐름에 편승하듯 속속 빠르게 발전하고 있다. 과거 몇 년간 NFC 반도체 생산이 주를 이뤘는데, 사실 NFC 반도체는 스마트폰보다 자동차, 가전제품 등에서 더 많이 활용되고 있다. 반면, 최근에는 MST나 BLE 기술 기반의 모바일결제용 반도체도 등장하고 있는 추세다.
가트너(Gartner)는 2018년이 되면 절반 이상의 소비자가 스마트폰과 웨어러블 디바이스로 결제를 할 것이라고 밝혔다. 가트너의 수석 연구원인 아만다 사비아는 “모바일 디바이스와 서비스의 혁신이 전통적인 비즈니스 모델에 영향을 주고 있기 때문에, 제품 관리자는 새로운 기기와 서비스의 소비자가 누구인지, 그리고 제품들이 사용되는 방식이 어떠한지를 파악해야 한다”고 말했다.
세계 반도체 무역 통계 기구(World Semiconductor Trade Statistics)는 전 세계 반도체 시장이 2015년 2,934억 4,100만 달러에서 2016년 2,994억 1,000억 달러, 2017년에는 3,067억 3,600억 달러로 연평균 2.2%씩 성장할 것이라고 발표했다. 특히 메모리반도체 시장이 2017년까지 연평균 1.4% 성장하는 반면, 시스템반도체 시장규모는 2015년 1,968억 6500억 달러에서 2016년 2018억 2700억 달러, 2017년 2072억 1200억 달러로 연평균 2.6%의 성장률을 보일 것이라고 밝혔다.



스마트폰 NFC 센서 비중 9%대
스마트폰, 디지털 가전, 자동차 등 시스템의 경쟁력을 결정하는 고부가가치 제품인 시스템 반도체는 스마트폰의 경우 원가 비중이 40%(메모리반도체 10~15%)나 차지한다. 애플의 아이폰6S의 경우를 보자. 칩웍스(Chipworks)에서 공개한 아이폰6S(64 GB 기준)의 부품 원가는 234달러로, 이 중 반도체가 127.2달러로 54%나 차지하고 있다.
이 원가에는 셀룰러 관련 부품이 36달러, A9 프로세서 25달러, 지문 인증과 NFC 센서 22달러, 플래시메모리 64 GB 20달러가 포함되어 있다. 이밖에 액정, 카메라, 배터리 등 부품이 73.8달러를, 케이스 등 기타 부품이 33달러를 차지하고 있다.
이처럼 스마트폰 시장에서 시스템메모리의 비중은 매우 크다. 지문인증과 NFC 센서가 차지하는 비중은 애플의 경우 전체 원가 중 9.4%이지만 그 중요성은 계속 커지고 있다. 아이폰6S의 NFC 컨트롤러는 NXP 66V10이 채용됐는데, Secure Element 008과 NXP PN549를 포함하고 있다. 이 NFC 반도체는 아이폰5S에는 없던 것으로 아이폰6(NXP 65V10)부터 장착됐는데, 이는 애플페이를 통한 모바일 결제 사용성 확보를 위한 것이다(물론 아이폰5S 이전의 아이폰에서도 NFC 기능은 존재했다).
참고로 IHS는 삼성전자의 갤럭시 S7의 부품 중 퀄컴 스냅드래곤 820 SoC의 단가를 62달러로 추산했다. 전체 부품원가인 255달러 중 SoC가 24% 가량을 차지하고 있는 것이다.
NFC의 구조
NFC의 구조는 안테나, 메인 IC, 페라이트 시트(Ferrite Sheet) 등으로 구분할 수 있다. 여기서 페라이트 시트는 안테나의 기능을 가능하도록 하기 위함이다. NFC 안테나가 작동하기 위해서는 반대편 안테나 리더기와 통신이 이뤄져야 하는데, 이 경우 안테나 코일에서는 자기장이 발생하게 된다. 그리고 안테나는 스마트폰 단말기 형태상 후면에 부착되기 때문에 금속 재질과 근접한 경우가 많아진다. 그리고 금속이 안테나 코일의 SRF(self-resonant frequency; 자기공진 주파수)를 변화시켜 손실을 악화시키고 안테나 코일의 인덕턴스를 낮추게 되고 결국 통신 장애를 일으키게 된다.
이러한 현상의 원인은 자기장으로 인해서 금속에서 발생하는 와류 때문인데, 이를 없애기 위해서는 고투자율과 고저항 재료(그림 2의 FLEX-μ)를 금속과 안테나 사이에 위치시켜 자기력선을 조절할 수 있게 해야 한다. 이때 사용되는 것이 소프트 페라이트로 제작된 적절한 투자율, 손실, 두께를 가진 페라이트시트다. 즉 NFC 페라이트 시트는 NFC 신호를 증폭시켜 안테나에서 신호를 수신할 수 있는 반경 거리를 약 4~5 cm 가량 넓혀준다. 약 50 ㎜ × 60 ㎜ 크기에 90 μm 두께의 스티커 형태가 주로 사용된다.
NFC 스마트폰용 페라이트 시트는 소성된 박형의 페라이트 기판을 작은 크기로 절단하고 그 양면에 PET 필름을 붙여준 구조다. 최근의 기술적 추이는 고투자율, 박형화, 대면적화다.



 
NFC 넘어 MST, BLE용 반도체도 생산
최근의 상황을 보면, NXP 반도체는 지난 2월 퀄컴 테크놀로지와 함께 퀄컴 스냅드래곤 800, 600, 400, 200 프로세서 플랫폼에 NFC와 보안칩(eSE) 올인원 솔루션을 결합했다고 발표했다. 이 솔루션에는 교통카드와 결제 등 모바일 결제 서비스의 사전 인증이 포함되어 있다.
이어 3월에는 중국 스마트폰 제조사인 샤오미와 대중교통 시스템, 모바일 결제와 관련한 제휴를 맺었다. 샤오미는 스마트폰 미(MI) 5부터 NXP의 NFC 솔루션인 NFC마이콘과 보안장치를 통해 대중교통 이용 시 탭앤페이(tap and pay) 방식의 운임 결제가 가능하도록 할 계획이다.
국내 시스템반도체 기업인 지니틱스는 올해 1월 국내에서는 처음으로 삼성페이 등에 쓰이는 모바일 결제용 MST 반도체를 공급한다고 밝혔다. 지니틱스의 반도체는 신용카드 정보를 저장하면 금융 결제를 사용할 수 있어, 기존 가맹점의 카드결제기를 교체하지 않아도 사용할 수 있다. 삼성전자는 올해부터 보급형 스마트폰인 갤럭시A 시리즈에 이 제품을 사용할 계획이다.
BLE와 관련한 제품도 지속적으로 등장하고 있다. 올해 3월, 어보브반도체는 SK텔레콤과 공동으로 개발한 MCU(Micro Controller Unit)와 BLE를 결합한 형태의 IoT 기기용 SoC를 발표했다. 이 SoC는 SK텔레콤의 IoT 서비스용 비콘에 들어가는 모든 제품에 탑재될 전망이며 양산은 올해 하반기로 계획하고 있다.
한편, 노르딕 세미컨덕터는 nRF52832 블루투스(Bluetooth) 저에너지 SoC를 기반으로 한 저비용의 최신 IoT 타깃 프로그래머블 싱글 보드 컴퓨터(또는 베이스 보드)인 아두이노 프리모(Arduino Primo)를 출시했다. nRF52832는 경쟁 솔루션 대비 일반적인 프로세싱 파워가 최고 60%에 이르고, 10배의 부동소수점(Floating Point) 성능과 2배의 DSP(Digital Signal Processing) 성능을 제공하는 64 MHz, 32 bit ARM짋 Cortex™-M4F 프로세서를 갖추고 있다.
또한 2.4 GHz 무선 멀티 프로토콜은 블루투스 4.2 사양과 완벽하게 호환되며, -96 dB의 RX 민감도와 5.5 mA의 RX/TX 피크 전류를 갖추고 있다. 이와 함께 512 KB의 플래시 메모리 및 64 KB RAM과 더불어 전력소모를 최적화하는 완전 자동화된 전력관리 시스템을 갖추고 있다.