전기전자/정보통신

Nikkei Electronics_2021.8 특집 요약 (p24~47)

애플 테크(Apple-Tech)의 대팽창
‘기술의 내제화’와 ‘생필품화’로 독창성과 고부가가치화

PART 1. 총론
가속화하는 ‘기술의 내제화’ 및 ‘필수품화’로 지배력 증대

애플(Apple)은 지금까지 적극적으로 독자 기술을 개발하고 제조에도 관여함으로써, 자사만의 매력을 제품에 반영시켜 왔다. 또한 아이폰(iPhone)을 생활 속에 녹아 들게 함으로써 항상 애플 제품을 지속적으로 사용하는 구매 사이클을 만들어 내고 있다. 2019년 가을 이후부터는 그런 경향이 한층 더 가속화되었다. 그 예로, Mac에서의 M1 채택, 미니 LED 백라이트를 탑재한 액정 패널, UWB 보급의 지원 등이 있다.

일렉트로닉스 관련 기업에 있어서 절대로 무시할 수 없는 기업이 바로 애플이다. 애플 제품의 부품 등으로의 채택이 결정될 경우에는 실적이 단번에 오르며, 채택이 보류될 경우에는 경영이 기울어질 정도로 실적이 나빠진다. 거래가 없는 회사일지라도, 애플 제품에 채택된 기술은 앞으로 타사가 추종할 가능성이 높기 때문에 차기 트랜드를 파악하기 위해서도 이를 주목할 필요가 있다.

애플을 분석한 결과, 다음의 2가지 대처를 잘 조합함으로써 그 영향력을 키워 왔다는 것을 알 수 있다. 그 중 하나는 ‘기술의 내제화(內製化)’이다. 애플이 원하는 기술을 자체적으로 개발, 혹은 파트너와의 공동 개발로 대량 발주를 통해 제조까지 커버한다. 이를 통해 부품을 안정적으로 공급받으면서 저비용으로 조달할 수 있다. 또한 타사에서의 동일 부품 채택을 방지할 수 있어, 상품의 독자성 확보 및 고부가가치화를 추진할 수 있다.

또 다른 하나는 애플의 제품, 특히 아이폰(iPhone)의 ‘생필품화’이다. 생활 속에서 항상 아이폰을 이용하도록 유도해 유저가 아이폰 없이는 생활할 수 없게 만든다. 그 단적인 예가 앱스토어(AppStore)를 통한 앱 서비스이다. 안드로이드로 갈아탈 경우, 지금까지의 자산을 사용할 수 없게 된다. NFC를 통한 결제나 펠리카(FeliCa)에 의한 전자화폐 기능, iCloud에 의한 사진 보존 및 데이터 동기화 기능 등도 같은 맥락에서의 포섭 도구이다.

-- 탈 삼성, 탈 퀄컴(Qualcomm)을 목표로 한다 --
2007년의 초대 아이폰 출시 이래, 이 같은 방침으로 착실하게 부품 조달 및 서비스 제공을 추진해 왔으나, 2019년 가을부터 애플의 움직임이 가속화되고 있다.

기술 내제화의 움직임으로는 특히 아이패드(iPad)나 맥(Mac)과 같은 대형 상품용이 눈에 띈다. 구체적으로는, 자체 제품인 SoC(System on Chip) ‘M1’을 MacBook, Mac, iPad Pro에 탑재하는 것과 미니 LED 백라이트 탑재 액정 패널인 ‘Liquid Retina XDR’를 12.9 인치 iPad Pro에 채택하는 것이다.

지금까지 Mac이나 MacBook 전용의 SoC에는 전면적으로 미국 인텔 제품을 채택해 왔다. M1의 채택을 통해 상품의 차별화·고부가가치화, 타사 의존으로부터의 탈피, 저비용화를 도모한다.

애플이 향후 디스플레이의 핵심으로 평가받고 있는 마이크로 LED 디스플레이에 대한 기술 축적의 의도도 있는 것으로 보여진다. 현재, 유기 EL패널에서는 주로 한국의 삼성전자에 의존하고 있지만, 애플로서는 이런 상황에서 벗어나고 싶을 것이다.

이동통신 기술에 대해서는 내제화를 통해 퀄컴에 대한 의존으로부터 탈피를 노린다. 예를 들면, ‘iPhone 12’ 시리즈에서는 타사가 퀄컴 제품을 사용하는 5G의 밀리파 안테나에 일부러 자사 설계 제품을 사용했다. 베이스밴드 처리 IC에 대해서도 인텔로부터 매수한 무선 반도체 부문에서의 내제화에 나서고 있다.

-- UWB로 필수품화에 속도를 낸다 --
아이폰의 생활 필수품화 시책으로는 2019년 9월에 출하를 개시한 ‘아이폰 11’부터 탑재를 시작한 UWB 무선 기능이 있다. UWB는 고정밀 측거가 가능하기 때문에 다른 UWB 기기와의 상대적 위치에 따른 서비스를 제공할 수 있다.

예를 들면, UWB 무전기를 탑재한 자동차와 연계해, 아이폰을 가진 유저가 차량 내에 있는 경우에는 전원을 켜 그 유저의 기호에 맞은 음악을 틀고, 차 밖의 트렁크 주변에 있을 경우에는 트렁크를 여는 등, 유저의 위치에 근거한 서비스를 제공할 수 있다. 물론 UWB 기능 없이도 생활은 가능하지만 한번 사용하기 시작하면 그만둘 수 없는 세계를 만들려고 하는 것이다.

2020년 6월에 출하를 개시한 아이패드프로(iPad Pro), 같은 해 10월에 출하를 개시한 ‘iPhone 12 Pro’ ‘Pro Max’에 탑재한 LiDAR 센서도 이와 같은 맥락이다. 현시점에서는 카메라 포커스의 어시스트나, 고정밀 AR(Augmented Reality)을 위한 지원 정도로 밖에 사용되고 있지 않아, 포기할 수 없는 기능이라고는 말할 수 없다. 그러나, 향후에 현실 세계를 클라우드 상에서 동일하게 구현하거나, 그렇게 구현한 정보를 단말기에서 재사용하게 될 것이다. 그 때, LiDAR는 필수 기능이 될 가능성이 높다.

PART 2. M1 탑재 제품
M1의 ‘iPad Pro’는 MacBook인가? 메인 기판의 비교로 차이 선명

애플은 Mac용 메인 프로세서를 인텔 제품에서 Arm베이스의 자사설계 SoC(System on a Chip)인 ‘M시리즈’로 변경하기 시작했다. 그런 가운데, 2021년 5월에 발매한 신형 ‘iPad Pro(2021)’에서는 메인 프로세서에 ‘M1’을 탑재했다.

신형 ‘iPad Pro’는 애플의 오리지널 칩인 ‘M1’을 메인 프로세서 담당의 SoC로서 탑재했다. 지금까지 iPad Pro시리즈는 아이폰용 SoC ‘A’시리즈의 개량판이 사용되어 왔다.

애플이 M1을 개발하는 목적은 인텔에 의존해 온 Mac 시리즈 전용의 메인 프로세서를 자사 설계로서 ‘내제화’ 하면서, 동시에 아이폰이나 아이패드와 동일한 Arm 아키텍쳐(Architecture)로 통일하는 것에 있다. 2020년 11월에 발매한 ‘MacBook Air’(2020), ‘MacBook Pro’(2020), ‘Mac mini’를 비롯해 2021년 5월에 발매한 ‘iMac’에도 M1를 탑재했다.

-- 차이가 없어진 iPad Pro와 MacBook --
여기서 의문이 드는 것은 ‘iPadPro에 M1을 탑재함으로써 MacBook과 같은 프로덕트 라인의 제품이 되는 지 여부이다. 실제로 사양을 비교해 보면, iPad Pro(2021)와 MacBook Air(2020)/MacBook Pro(2020)의 성능에 관한 부분에서는 거의 차이가 없다.

iPad Pro(2021)에는 키보드가 없지만, 별매의 Magic Keyboard를 장착하면 노트북처럼 사용할 수 있다. 분명히 다른 것은, iPad Pro는 터치 패널이나 펜 입력에 대응해, 후면 카메라가 있는 것, LiDAR나 자이로/가속도 등 각종 센서가 탑재되어 있다는 것이다.

그렇다면 내부적으로는 어떨까? iPad Pro(2021), MacBook Air(2020), MacBook Pro(2020)의 메인 기판에 탑재되고 있는 IC분석으로 차이를 조사해 보았다. 분석에는 포멀하우트 테크노솔루션스의 협조를 얻었다.

-- M1 주변과 USB는 공통 --
결론으로부터 말하면, 내부적으로는 iPad Pro(2021)와 MacBook Air(2020)/MacBook Pro(2020)는 별개의 것이다.

우선, iPad Pro(2021), MacBook Air(2020), MacBook Pro(2020)에서 공통되는 부품으로서는 M1주변과 USB와의 관련이 있다. M1 주변에서는 3기종에 M1와 DRAM을 인터포저로 탑재하는 실장(實裝)과 전원 관리에 Apple제의 IC를 사용하는 것 등이 공통되어 있다. 플래시 메모리는 복수 사로부터의 구매이며 수량에 따라 제조사가 다르다. 기종에 따라 제조사가 다른 것은 아니다.

USB는 3기종 모두 인텔의 Thunderbolt 4 리타이머 IC ‘JHL8040R’와 미국 Texas Instruments(TI)의 USB Type-C 컨트롤러 ‘CD3217B12’를 탑재하고 있다.

-- 장기적으로는 제품 라인 재검토 --

PART 3. 미니 LED 백라이트 액정
미세한 제어로 유기EL 화질, 양산에 적합한 심플한 실장(實裝)

애플이 2021년 5월에 발매한 신형 ‘iPad Pro’의 액정 패널로 채택한 미니 LED 백라이트. 고휘도 및 높은 콘트라스트 비율로 저소비 전력으로, 기존의 액정 패널 및 유기 EL를 뛰어넘는 ‘꿈의 디스플레이’ 기술 중 하나이지만, 높은 제조 비용 등의 커다란 장벽이 가로막고 있다. 그런 본 제품을 분석해 미니 LED 백라이트의 동작 및 실장을 분석했다.

애플이 2021년 5월에 발매한 신형 ‘iPad Pro’에서 화제가 된 것은 ‘M1’ 칩의 신규 탑재뿐만이 아니다. 12.9인치 모델에서는 액정 표시 장치(LCD)에 ‘미니 LED 백라이트’를 채택했다.

미니 LED 백라이트란 미소(微小)한 LED를 바둑판 모양으로 배열한 것이다. 각 LED의 점등을 치밀하게 제어함으로써 휘도나 콘트라스트비 등의 성능을 향상시킨다. 통상의 액정(LCD)에서는 화면의 끝에 있는 LED 백라이트를 발광시켜, 반사 시트나 도광판 시트를 이용해 화면 전체에 펼치기 때문에 밝기의 조절은 화면 전체에서 공통으로 이뤄진다.

한편, 미니 LED 백라이트를 탑재한 액정 디스플레이(이하, 미니 LED제품)에서는 화면 전체에 배치한 LED를 복수의 영역에 분할해 휘도를 제어하는 ‘로컬 디밍(Local Dimming)’ 기술에 의해 영역별로 백라이트의 밝기를 조절할 수 있다. 이에 따라, 밝게 하고 싶은 부분만 휘도를 높이거나 흑색 배경에서는 백라이트를 오프로 해 어둡게 하거나 할 수 있다.

-- 유기EL에 가까운 모양 --
-- 암실에서 헬로 현상을 관찰 --
-- 완성도는 높지만 과제가 남아 --
-- 분해하여 LED의 모습을 감상 --
-- 백라이트만으로 점등 성공 --
-- 고도의 미세한 휘도 제어 --
-- 1만 개 이상의 미니 LED --
-- 약 200 µm각의 LED 칩 --
-- LED는 1장의 PCB에 장착 --

PART 4. 이동통신 부품
탈 퀄컴을 목표로 밀리파 안테나에 커스텀 제품

애플이 5G(5세대 이동통신)를 위한 밀리파 안테나 모듈에 자사 설계 제품을 채택하고 있는 것이 밝혀졌다. 목적은 미국 퀄컴이 석권하는 이동통신 관련 부품을 ‘내제화’하는 것에 있다고 보여진다.

반도체 부품을 중심으로 주요 부품을 직접 설계하는 ‘자전주의(自前主義)’ 애플이 급기야 5G의 핵심 부품까지 직접 만들고 있는 것으로 나타났다. 미국판 ‘iPhone 12’(및 2021년판의 ‘iPad Pro’(이하, iPad Pro(2021)라고 표기) 시리즈가 채택하는 밀리파대의 5G통신용 안테나 내부를 닛케이크로스텍이 분석한 결과, 범용품이 아닌 커스텀 제품을 탑재하고 있는 것으로 판명되었다.

미국판 iPhone12 시리즈, iPad Pro(2021)는, 28GHz대와 39GHz대라고 하는 2 종류의 밀리파대 5G통신에 대응한다. 대응 영역은 한정되지만, 미국 Verizon이 미국 내에서 밀리파대의 5 G통신 서비스를 적극적으로 제공하고 있기 때문이다.

넓은 대역폭을 활용할 수 있어 고속 통신이 가능한 밀리파대 5G 통신이지만, 직진성이 높고 전파가 구석구석까지 도달하기 어렵다는 어려움도 있다. 닛케이크로스텍은 밀리파에 대응한 미국판 ‘iPhone12 Pro Max’ 및 ‘12.9 인치 iPad Pro(2021)’를 입수. 분해한 결과, 5G통신용의 반도체 부품은 퀄컴 제품인 것에 반해, 안테나 모듈은 밀리파대 안테나 모듈로서 일반적인 퀄컴의 범용품(‘QTM 535’ 등)이 아닌, 커스텀 제품을 채택하고 있었다. 취급이 어려운 밀리파대의 전파를 연결되기 쉽게 하기 위한 대책으로 보여진다.
 

-- iPhone에도, iPad Pro에도 3개 --
iPhone 12 Pro Max, iPad Pro(2021)의 밀리파대의 안테나 모듈은 각각 전부 3개 있었다. iPhone 12에서는 디스플레이 면과 후면, 측면, iPad Pro(2021)에서는 인카메라를 위로 하여 세로(짧은 변이 상하가 되는 상태)로 잡았을 때, 왼쪽 아래와 오른쪽 측면 위, 왼쪽 위에 안테나가 있었다. 각각 다른 방향에서 전파(전자파)를 송수신 할 수 있도록 되어 있다. 잡는 방법이나 놓는 방법과는 상관 없이 어딘가의 안테나가 손이나 책상에 차폐되지 않도록 하기 위한 대응으로 보여진다.

iPhone 12의 전면 측 및 후면 측을 향하고 있는 안테나 모듈과 iPad Pro(2021)의 우측 면 위의 안테나 모듈은 모두 외관부터 퀄컴의 범용품과 크게 다르다. 나머지 안테나 모듈은 외관 상 비슷하지만 퀄컴의 범용품에 비해 약간 작았다.

퀄컴의 QTM535는 삼성전자가 2020년 8월에 발매한 스마트폰 ‘Galaxy Note20 Ultra’ 등에 일반적으로 채택되고 있다. 이번 비교에서는 미국판 Galaxy Note20 Ultra가 탑재하는 QTM535를 조사했다. 해당 제품의 측면 안테나 모듈의 커넥터부를 제외한 외형 치수는 길이 약 17.7mm×폭 약 4.2mm×높이 약 2.0mm. 이에 비해 애플의 안테나 모듈은 길이 약 16.9mm×폭 약 3.8mm×높이 약 1.9mm였다.

-- 퀄컴 제품보다 복잡 --
-- 혼마루(本丸) IC에서도 탈 퀄컴을 목표 --

PART 5. UWB
거리를 측정하면서 통신을 최대치로 활용, 오픈화로 인프라를 노린다

아이폰의 생활 필수품화를 향해 현재 애플이 가장 주력 하고 있는 것이 UWB(Ultra-Wide Band) 무선 기능의 이용을 확대하는 것이다. UWB의 고정밀도 거리 측정을 하면서 통신할 수 있는 특징을 활용해, 집이나 자동차의 시큐리티 시스템, 결제 단말기, 주변IoT 기기와의 연계를 추진한다. 일렉트로닉스 업계 전체를 포섭하려는 기세이다.

UWB는 2000년대 전반에 각광을 받아 당시로서는 고속인 1G비트/초의 통신을 실현할 잠재력을 지니고 있으며 고정밀 실내 측위가 가능해 ‘무선의 혁명아’라고까지 불린 무선 기술이다. 당초에는 특히 고속 통신을 실현하기 위한 기술로서 주목 받았다. 그런데 무선 LAN의 고속화 등의 이유로 보급에는 이르지 못해, UWB는 2010년대 이후, 컨슈머 용도로는 본 무대에서 거의 모습을 감췄다.

그런 UWB에 재 주목한 것이 애플이다. 애플은 2019년에 발매한 ‘iPhone 11’ 시리즈에 UWB 무전기를 탑재했다. 애플이 UWB에 기대를 건 이유는 GPS의 전파가 닿지 않는 실내에서의 고정밀 측위·측거에 적합하며, 동시에 통신도 가능하기 때문이다. 무선 LAN이나 블루투스로도 측위·측거는 가능하지만, UWB가 고정밀도이며, 동시에 단시간에 측정할 수 있다.

전파(전자파) 환경에 따라 다르지만, 블루투스의 경우, 검출할 수 있는 위치 정밀도는 ±수 십cm인데 반해, UWB라면 ±수cm이다. 측정시간은 오더 당 블루투스가 초 단위인 반면, UWB는 밀리초로 세 자릿수 짧다. 따라서, 지금까지는 ‘실시간 위치 측위 시스템(Real Time Location System:RTLS)’이라고 하는 생산관리나 안전 관리, 물류 관리 등의 BtoB(기업용) 분야에서 도입되어 왔다.

애플은 우선 iPhone11에 대해, 근거리에 있는 다른 단말과 무선통신을 이용해 사진이나 서류 등의 콘텐츠를 송수신·공유하는 ‘AirDrop’ 기능에 UWB를 적용했다. 자신의 단말기를 상대의 단말기로 향하면, 상대의 송신지의 리스트에 최초로 표시되는 등, UWB를 통해 보다 직감적으로 사용할 수 있게 했다.

그 다음은, 2020년 발매의 ‘Apple Watch Series 6’와 ‘iPhone 12’ 시리즈, 스마트 스피커 ‘HomePod mini’에 UWB 무선 기능을 채택하는 등, 대응 하드웨어를 늘려 갔다. HomePod mini에서는 UWB의 특성을 살리고, iPhone과 오디오 기능으로 부드러운 연동을 도모할 수 있도록 하고 있다. 예를 들면, 음악 재생 중의 HomePod mini에 iPhone을 가까이 대면, 그 음악 재생이 iPhone 측에 인계된다. 집에서부터 음악이 끊기지 않고 나갈 수 있다.

이어서, 2021년 4월에 발매한 AirTag에 UWB를 채택했다. 분실 태그의 통신에는 지금까지 블루투스를 이용하는 것이 일반적이었다. Air Tag에서는 광범위하고 대략적인 위치 탐색에 블루투스를 이용하고, "방의 어디에 있는가?"라는 세밀한 위치 추정에 UWB를 이용한다.

-- 다음은 열쇠나 결제에 활용 --
-- Wallet으로 UWB가 이용 가능? --
-- 적용 범위 확대에 공개적으로 나선다 --
-- IC 벤더에 사양을 공개 --

 -- 끝 --

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