웨어러블 기기 전망과 반도체 기술

스포츠와 웰니스에서의 웨어러블 기기들이 주목받고 있다. 스마트폰 이후 스마트폰과 다양한 기능과의 융합을 가져 온 웨어러블 기기들이 새로운 시장성을 강화하고 있는 중이다. 반도체 업체들의 새로운 기능 특성 제품들이 기대되는 분야이다.

1. 스포츠 웨어러블 기술
웨어러블 기기는 프로 및 아마추어 운동선수, 피트니스 소비자 및 건강 증진 프로그램에 많은 혜택을 제공한다. 그 중에는 선수 안전 평가 툴, 운동 중 부상 예방, 신체 상태 및 기량에 대한 지표 등이 있다. 예를 들면 골프에서 팔찌형 웨어러블 GPS 스포츠 시계는 스윙 동작을 개선하는 용도로 연습 중 흔히 사용된다.

웨어러블 기기는 규칙적인 운동을 독려하고 건강을 증진한다. 웨어러블 기기 사용자는 이 기기 덕분에 규칙적인 운동을 하는 동기부여가 된다고 말한다. 업계 자료에 따르면 18-54세의 ‘모바일 세대’가 웨어러블 피트니스 기기 소유자의 약 77%를 차지하는 것으로 나타났다. 이 연령대 사용자들은 웨어러블 스포츠 기술을 수용하고 반복되는 일상 생활에서 중요한 부분을 차지한다.

스포츠나 건강의 혜택 외에도 웨어러블 기기는 스포츠 팬의 관람 경험을 향상시킬 수 있다. 선수 장비나 유니폼에 내장된 무선 센서를 이용해 스포츠 관람객은 이동을 추적하는 데이터와 가속도 및 최고 속도와 같은 성능 통계를 실시간으로 확인할 수 있다. 이 같은 기술은 분석 및 향상된 그래픽으로 주요 스포츠 행사의 생방송 판도를 크게 바꿀 수 있다.

웨어러블 스포츠 및 피트니스 시장의 활용 분야에는 팔찌형 기기, 센서 내장 장비, 직조 기술이나 인쇄전자 직물 등을 사용한 스마트 의류 등이 포함된다. 최근 포레스터 리서치가 웨어러블 센서 기기에 대한 소비자 관심도를 조사한 결과 팔찌형 웨어러블에 대한 소비자 관심이 가장 높았다. 팔찌형 기기에는 피트니스 밴드, GPS 골프 시계 등이 있다.

2. 컴퓨팅 SoC 트렌드
차세대 컴퓨팅 SoC 솔루션에 기대되는 3대 기술 트렌드는 강력한 마이크로컨트롤러(MCU) 보안 정책 도입, 메모리 용량 증가, 전력 최적화된 메모리 접근 방식에 대한 특별 관심 등으로 요약된다.

웨어러블 기기는 보안 위협에 취약하다. 따라서 강력한 보안 정책은 데이터에 오류를 일으키거나 데이터를 탈취하는 악성 공격으로부터 기기를 안전하게 보호하는 데 매우 중요하다. 보안은 웨어러블 기기에 내장할 수 있는 고유 알고리즘과 같은 지적 재산을 보호하는 데 필요하다. 보안 인증은 기기 복제를 예방하고 주변장치에 대한 위조방지 보안을 제공한다. 이러한 위협에 대처하기 위해 SoC 설계자들은 다계층 암호와 물리 보안을 MCU 아키텍처에 구축하는 방안을 고려해야 한다.

그림 1은 MCU TPU(Trust Protection Unit)의 주요 보안 기능을 나타낸다. 예를 들면 TPU가 통합된 MAX32621 MCU가 있다. 웨어러블 스포츠 및 피트니스 기기가 사물인터넷과 융합되고 있음에 따라 보안은 MCU 설계 및 선정 과정의 최우선 고려사항이 돼야 한다.

웨어러블 기기는 보다 많은 메모리 용량을 필요로 한다. 이는 센서 소자 개수 증가, 모바일 소프트웨어 애플리케이션 필요, 에지 분석(edge analytics) 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 랜(LAN)에서 데이터 처리량이 최소화 되어야 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 신호 처리를 수행해야 한다. 이는 센서 데이터를 처리하는 데 사용되는 고유 알고리즘과 모바일 애플리케이션 소프트웨어가 웨어러블 기기에 내장된다는 의미며 따라서 더 많은 메모리 용량이 필요하다. 시스템 관점에서 메모리 증가는 전력 소비 증가로 이어진다.

전력 소비 관리의 효율성 제고를 위해 DMA(Direct Memory Access)는 전용 PMU(Peripheral Management Unit)로 전력 최적화를 달성할 수 있다. PMU는 메인 MCU 메모리 공간 내에서 옵코드(opcode)와 오퍼랜드(operand)를 실행하는 PSM(Programmable State Machine)이다. 이 같은 방법론은 메인 프로세서 코어를 서비스 메모리와 주변장치에서 오프로드(off-load)해 전체 운영 전력 감소 효과를 가져온다.

3. 맥심 웰니스 플랫폼
맥심 ‘웰니스 플랫폼(Wellness Platform)’은 하드웨어와 소프트웨어로 이루어져 헬스케어 기술을 웨어러블 애플리케이션에 유연하게 적용할 수 있도록 솔루션화함으로써 웨어러블 제품의 특성을 최적화 할 수 있게 한다. 생산과정 중 부담될 수 있는 연구개발 비용을 줄여주고 시장 수요에 빠르게 대응할 수 있도록 돕는다.

맥심 인터그레이티드는 웨어러블 기기의 편안함과 착용성, 성능을 개선해 인류의 건강한 삶에 이바지 하고자 웨어러블 솔루션에 적합한 제품 개발에 전략적으로 투자하고 있다. 웰니스 플랫폼에 포함된 솔루션들은 전력과 배터리 관리, 디지털 프로세싱, 고밀도 집적 센서, 초 저전력 정보통신 등 업계 최고 수준의 기술을 제공하는 동시에 탄탄한 보안 기능을 자랑한다.

웰니스 플랫폼 응용 제품
●웰니스 시계는 로직 PD(Logic PD)와 공동으로 개발된 저전력, 고집적의 유선형 웨어러블 시계로 플랫폼 요소들이 다수 반영돼 있다. 이 기기를 통해 사용자는 심박수, 산소 레벨, 활동량, 체온 및 심리 상태 반응을 측정할 수 있다.
●맥박산소측정 패치는 휴대기기에 장착돼 있어 이용에 불편을 주지 않으며, 번거로움 없이 혈액 산소 함유량을 측정할 수 있게 한다.
●핏-2-셔츠는 심전도 반응, 혈압, 체온, 혈액산소 함량, 심장 박동수 및 심장활동수준 측정값을 블루투스(Bluetooth)를 통해 전송해 이상적인 웨어러블 피트니스 경험을 전달한다. 이전 세대에 비해 더 작고 정확하고 안전하며 배터리 수명도 더 길어졌다.

오상원 객원기자 chris@icnweb.co.kr