연 100억 달러 규모를 돌파한 CMOS 이미지센서 산업이 기술과 시장의 큰 변화 속에 연평균성장률 10%를 기록하며 순항하고 있다. ‘디스플레이에서 감지로’라는 말로 표현되는 이미지센서의 역할 변화와 함께 기술과 생산에 대한 대규모 투자가 진행되고 있다.
연 10.6% 성장, 160억 달러 규모로 시장조사기관 욜디벨로프먼트(Yole Development)는 모바일과 오토모티브 애플리케이션을 통해 이미지센서 산업이 연평균 10.6% 성장, 2020년 시장 가치가 160억 달러에 달할 것으로 전망했다.

이미지센서 시장에서 스마트폰 애플리케이션은 여전히 큰 점유율을 갖고 있지만, 상당수의 일반 애플리케이션이 이미지센서 산업 성장에 기여하고 있다. 예를 들어 자동차, 의료는 물론 감시 및 보안 분야에서 높은 성장률을 기록하고 있다. 이와 함께 기존 플레이어와 신흥 플레이어 간 기술과 시장 경쟁이 더욱 치열해지고 있다.

다용도 스마트폰 카메라에 의해 대체된 피처폰 카메라와 디지털 스틸 카메라 업계는 이미지센서 산업의 밝은 전망과는 대조적으로 많은 어려움에 직면해 있다. 이들 플레이어의 관련 산업 인수합병은 올해도 지속될 전망이다.

현재 헤드 마운트 디스플레이 등 다양한 신시장 트렌드는 이미지센서 산업 변화에 큰 영향을 미치고 있다. 예를 들어, 고 사양의 헤드셋과 두 개의 카메라를 장착하기 시작한 스마트폰은 모바일 기기의 전면 카메라 장착을 구식으로 만들고 있다. 많은 중국 업체들이 고해상도 카메라 제조에 박차를 가하고 있고, 마이크로 카메라 모듈의 평균 가격에 큰 영향을 미치고 있다. 때문에 저가 업체들이 서브 메가 픽셀 제품생산을 중단하고 5 Mp 이상 카메라로 관심을 돌리고 있다.

이러한 경향은 업계의 설비투자와 기술 포트폴리오 구성에 막대한 영향을 미치고 있는데, 이는 기능이 시대에 뒤떨어져 궁지에 몰린 후방 카메라보다 더욱 심각한 상황이다. 한편, 자동차 산업에서는 닛산(Nissan), 포드(Ford), 테슬라(Tesla) 등 모든 전통적 플레이어와 신흥 OEM이 새로운 비전센서를 활용한 다양한 애플리케이션을 장착하기 시작하면서 산업에 새로운 역사를 쓰고 있다.

많은 업체들이 30%에서 50% 사이의 고성장을 기록하며 쾌재를 부르고 있지만, 이미지센서 산업의 성장은 시작에 불과하다. 특히, 자동차 산업 등과 함께 이미지센서 산업은 ‘디스플레이(display)’를 위한 애플리케이션에서 ‘감지(sensing)’를 위한 산업으로 변화하고 있다.
새로운 프로세서·소프트웨어 프로바이더는 센서 디자인과 마케팅 부문의 핵심 파트너가 될 것이다. 이미지센서 산업만 보면 시장은 2020년 8억 달러 규모가 될 전망이다.


재편성되는 산업구조

이미지센서 시장의 역동적인 변화로 기업 간 경쟁구도가 크게 바뀌고 있다. 소니는 현재 제조 및 판매, 기술 분야의 리더이고, 삼성과 옴니비전(OmniVision) 또한 업계의 강자다. 주목할 것은 갤럭시코어(Galaxycore)와 픽셀플러스(Pixelplus), 실리콘화일(Siliconfile)과 같은 신생 업체가 많은 경험을 보유한 기존 업체와 동등할 정도로 크게 부각되고 있다는 점이다.

IDM(Integrated Device Manufacturer)모델은 시장이 둔화된 디지털 카메라 산업에서 캐논과 니콘같은 기업에게 큰 강점이 돼왔다. 파나소닉의 경우 고성능 부품 개발을 위해 반도체 개발 전문 업체인 타워재즈(TowerJazz)와 합작투자해 왔으며, 하이닉스는 실리콘화일(Siliconfile)의 나머지 지분을 매입, IDM을 사들여 시장변화에 대응했다. 이같은 동향은 씨모시스(Cmosis)와 픽셀플러스(PixelPlus)와 같은 신생 업체가 진입할 공간이 현재도 남아있음을 의미한다.

일부 업체는 팹라이트나 팹리스로 내몰리는 추세다. 시장변화에 대응하기 위해 많은 기업들이 다양한 생존 방식을 구상하고 있는 가운데, 온세미컨덕터(On Semiconductor)는 앱티나(Aptina)를 사들였고, ST마이크로일렉트로닉스(ST Microelectronics)는 제조일부를 UMC를 통해 위탁 생산하고 있다. 달사(Dalsa), 이투브이(e2v), 씨모시스(Cmosis), 포르자(Forza)와 같은 하이엔드 업체는 타워재즈(TowerJazz)에 하청을 주고 있다. 이런 사례들은 고품질 지향의 제조업체들이 차별화와 혁신을 위해 많은 어려움을 겪고 있다는 것을 보여준다.

팹리스 모델은 로우엔드 시장에서 주도적이다. 옴니비전(Omnivision), 갤럭시코어(Galaxycore), 픽셀플러스(Pixelplus)와 같은 메인 플레이어들은 TSMC, SMIC, 동부 등 파운드리와 중요한 파트너십을 맺고 있다. 자본지출에 대한 부담으로 파운드리에 의존한다. 기술이 빠르게 진보함에 따라 이들 파운드리들이 이미지 센서 기술 개발을 위해 얼마나 노력하는지를 쉽게 알 수 있다. SMIC는 토판(Toppan)과 프로세스 역량을 강화하기 위해 파트너십을 맺고 있고, 동부하이텍은 매각을 모색중이다.
BSI 대세

시장분석기관 욜디벨로프먼트는 2010년도부터 후면조사형기술(BSI)이 성장할 것을 꾸준히 전망해왔다. 현재 BSI는 이미지센서 제품의 50% 이상을 담당하는 주요 기술이 됐다. BSI는 1.4 μm~ 1.1 μm의 픽셀 사이즈에 도달하기 위한 기술적 단계다. 8 Mp 이상의 카메라를 스마트폰 그리고 24 Mp 이상의 DSLR로 전환시킨다.

모바일에서 크기의 제한은 3D 적층 BSI에 영향을 끼쳤으며, 이는 현재 시장의 20%를 차지한다. 흥미로운 것은 센서가 오토 포커스와 광학식 손떨림 보정과 같은 더 많은 기능들과 통합될 때 디지털 부품 기술 노드와 픽셀 어레이 부문이 서로 분리되고 있다는 점이다.
미래의 이미지센서 산업 기술은 ▶카메라 모듈 크기 ▶해상도, 저조도 성능, 초점과 안정성의 이미지 품질 ▶슬로우모션 비디오, 이미지 분석, 모션 컨트롤등 기능성의 제약과 이의 극복 여부에 따라 성장할 것이다.
CMOS 이미지센서란?

CMOS 이미지센서는 CMOS(상보성 금속산화막 반도체)를 이용한 고체촬상 소자를 말한다. CCD이미지센서와 동일하게 광다이오드를 사용하지만 제조 과정과 신호를 읽는 방법에 차이가 있다.

CCD보다 감도가 떨어진다고 알려졌으나, 최근 화질이 크게 개선돼 DSLR 카메라와 같은 고해상도 디지털 카메라와 휴대전화, 자동차 감시카메라 등에서 광범위하게 사용되고 있다.



대량생산이 가능하기에 고전압 아날로그 회로를 가지는 CCD 이미지센서와 비교해 제조 단가가 낮다는 특징이 있는 CMOS 이미지센서는 소자의 크기가 작아서 소비 전력이 적다는 장점을 갖췄다.

의료용 기기, 스마트폰, 디지털카메라, 자동차 등 전자기기에서 카메라의 활용도가 증가하며, 이미지센서와 웨어러블 기기 간의 접목이 시작되면서 미래 반도체 기술을 CMOS 이미지센서가 주도할 것이라는 게 업계의 공통된 관측이다.
소니, 이미지센서로 ADAS 도전
소니가 자동주행, 운전자 지원 시스템(ADAS) 기술 개발에 나선다. 소니는 자동주행을 위한 이미지센서 제품 및 시스템을 연내 출시키로 했다.
소니는 최근 1억 엔을 투자해 자율주행 소프트웨어 기술 기업 ZMP의 지분 2%를 매입해 소니의 이미지센서 기술과 ZMP의 인공지능 기술을 융합한 자동주행 기술을 개발키로 했다. ZMP는 그 동안 미놀타 등의 하드웨어와 토요타 프리어스를 통해 자사의 자율주행 소프트웨어 기술을 데모하고 판매해왔다. 소니는 이를 통해 차량용 이미지센서를 오는 12월부터 양산할 계획이다. 소니가 내놓을 차량용 이미지센서는 일반 자동차 센서에 비해 10배 정도 감도가 좋고 어둠 속에서도 주위 장애물을 감지할 수 있다. 소니 센서가 수집한 데이터는 ZMP의 소프트웨어를 통해 신속히 분석된다.