IoT 기반 스마트시티 구축동향 ⑨

3)사물인터넷(Iot) 기술 개발 동향_2

(3) 사물인터넷 실현의 핵심기반 스마트 센서 동향

① 스마트 센서의 개념과 진화 동향

1970년대 센서의 개념은 단지 ‘검출기’가 어떤 특정한 물질을 ‘감지’하는 수준에 머물렀으나, 현재의 센서는 감지 신호를 전달하여 중앙처리장치가 어떠한 판단을 내리도록 하는 형태로 상용화되고 있다. 1980년대 이후 반도체 산업 및 나노 기술 또는 *MEMS(미세전자제어기술) 발전에 힘입어 크고 무거운 조립식 센서를 반도체 IC와 같은 실리콘 기판 상에 작게 구현하게 되면서 성장했다. ‘스마트 센서’ 또는 ‘지능형 센서’ 는 *MCU 내장 및 *SoC 기술 접목을 통하여 데이터 처리, 저장, 자동보정, 자가진단, 의사결정, 통신 등의 기능을 수행함으로써 대상을 감지하고, 사물이 반응하게 한다는 점에서 IoT의 가장 핵심적인 요소로 주목한다.

*MEMS(Micro Electro Mechanical System) : 반도체 공정기술을 기반으로 성립되는 마이크론( μm, 1mm의 1/1000)이나 mm크기의 초소형 정밀기계 제작기술.*MCU(micro Controller Unit) : 반도체칩 내에 특정 목적의 기능을 수행하는 SW를 이식한 전용 프로세서로 다양한 기능 발현, 가능 컴퓨터의 CPU에 해당
*SoC(System on Chip) : 여러 가지 기능을 가진 시스템을 하나의 칩으로 구현한 기술 집약적 반도체, 마이크로프로세서, 메모리반도체, MCU 등 개별 반도체를 하나의 칩에 통합 가능

표. 센서, 스마트 센서 및 지능형 센서의 개념

구분	정의 및 특징	출처
센서	- 측정 대상으로부터 물리/화학/생물학적 정보를 측정하여 관측자나 시스템에서 읽을 수 있는 신호로 변환하는 정보소자	NIPA & KETI (2014)
스마트센서 / 지능형센서	- 물리적 또는 화학적인 아날로그 정보를 얻는 감지소자와 논리기능, 판단기능, 통신기능을 갖춘 지능화된 신호처리 IC가 결합된 센서소자
	- 기존 센서에서 논리/판단/통신 기능이 결합되어 데이터처리, 자동 보정, 자가 진단, 의사 결정 기능을 수행하는 고기능, 고정밀, 고편의성, 고부가가치 센서 의미	Securitiy intelligence plan (2014)
	- 스마트 센서 정의 및 상용화 조건 : (i) 중앙처리장치(CPU) 내장/탑재, (ii) 초소형, (iii) 무선 통신 기능의, (iv) 충분히 낮은 단가 형성	B.F. Spencer, Jr 외 (2004)
	- (스마트 센서) 센싱 소자, 아날로그 인터페이스 회로, 아날로그-디지털 변환기(ADC) 및 버스인터페이스를 단일 하우징에 조합, 일반적으로 MCU는 ADC 및 직렬 인터페이스 기능을 위해 통합 - (지능형 센서) 하나 이상 기능을 달성하기 위해 스마트 센서에 정교한 CPU 부여한 센서, 자기 진단, 하드웨어 교정 및 소프트웨어 구성 기능을 포함	Gartner (2014)

출처: IITP

② 스마트 센서 개발과 활용

센서 제조업계 측면에서는 치열한 가격 경쟁에 돌입함과 동시에 틈새시장 탐색 및 해당 시장경쟁력을 선점하고, 고객의 수요에 맞는 지능화된 센서를 개발∙공급, 수익성을 확보하는 것이 관건이다.
가. 틈새시장 공략 및 선점

센서 응용 IoT 제품 및 서비스 개발 업체에서는 아이디어를 현실화하고, 부가가치를 극대화하기 위해 제품 및 서비스 개발 단계에서부터 센서 제조업체와의 협업이 필요하다. 소니는 TV사업 분사, PC사업 매각 이후 가전에서도 발을 떼면서 스마트폰과 태블릿 PC 카메라에 들어가는 적층형 CMOS 이미지센서 시장을 장악했다. 애플, 삼성전자, 샤오미 등에 이미지 센서를 제공하고 있다. 소니는 2015년 자동차용 이미지 센서로 사업을 확대하며 약 1조원 규모를 투자할 계획이다. 삼성전자는 2016년의 신 사업 분야로 스마트헬스와 IoT를 적극 육성할 계획이며, 최근 센싱 역량 강화를 통한 의 시장 진출을 모색 중이다. 2015년 초 삼성벤처투자를 통해 이스라엘 의료용 센서 스타트업인 ‘얼리센스’에 1천만 달러(약 100억 원) 가량을 투자하고, MCU 제조사 ‘아트멜’, 비메모리 제조사 ‘프리스케일’에도 관심을 갖고 있다.
나. 융합센서와 센서 허브 활용

‘센서 융합’은 여러 개의 센서에서 전송하는 데이터를 지능적으로 결합하여 애플리케이션이나 시스템의 성능을 개선하는 SW로, 일반적으로 HW인 ‘센서 허브’ 와 결합하여 솔루션을 구축, 복수의 센서에서 나오는 데이터를 취합하여 개별 센서의 결함을 수정하고 오차 범위를 줄여 보다 정교한 정보를 결과 값으로 연산한다. 그러나 센서 허브를 통해 다른 센서들과의 연결이 용이, 데이터 처리에 필요한 전력 공급이 가능하나 단일 센서나 MCU에 비하여 전력 소모량이 많은 편이다. ‘12년 센서 업체인 ‘프리스케일’은 32비트 MCU를 사용하여 기압, 온도, 주변 광 감지 센서를 융합한 윈도우8 OS용 센서 플랫폼을 공개했다. 프리스케일은 센서 융합 플랫폼에 대하여 MS로부터 최초로 윈도우8 인증을 받은 회사가 되었으며, 향후 윈도우8용 IoT 응용 프로그램, 임베디드 프로세싱을 수행하는데 유리한 위치를 선점했다.
다. 창의적인 IoT형 센서응용 제품 및 서비스 개발

삼성전자는 2014년 3월 생체 신호를 인식해 결제할 수 있는 인증 기능 관련 특허를 국내와 미국 특허청(USPTO)에 출원하면서 헬스케어용 시장 뿐 아니라, 핀테크 기술을 확보했다. ‘생체신호를 이용하여 사용자 인증을 수행하는 착용형 기기 및 그 기기의 인증방법’ 에 관한 특허로, 실제 ‘기어 S’ 등 스마트 손목시계에 심박수나 산소포화도 등을 측정하는 센서를 장착했다. 3D 기반 실감 BIM 기수 선도 업체인 ‘버츄얼빌더스’는 국내 최초 비콘 기술(비콘 센서+애플리케이션)을 적용하여 보다 정확도 높은 공간정보를 획득함으로써 본업의 서비스 제공 질을 향상시켰다.

표. 센서 접목 제조 제품 사례 및 부가가치 변화(예)

구분	주요내용	부가가치 변화
스마트 운동화	운동화에 센서를 내장하여 운동거리, 운동량을 측정	일반 운동화 100달러 → IoT 운동화 150달러
스마트 체중계	사용자 인식 센서를 내장, 가족별 체중, 근육량, 지방량 등 정보 자동 관리	일반체중계 30 달러 → IoT 체중계 150달러

출처: 미래창조과학부

③ 스마트센서 시장 전망

IDC의 2015년 5월 자료에 따르면 센서와 모듈 관련 기술 분야가 전체 IoT 매출의 30% 이상을 차지할 것으로 전망한다. 만물의 센서 탑재, 사물 간 연결성 구축, 기기의 지능화, 서비스의 개인화 등 IoT 시대가 요구하는 기술 요건이 더욱 다양화될 것으로 예상되는 만큼 센서 업계에 새로운 비즈니스 기회가 창출될 것으로 기대한다. PwC가 1,500여 업체의 경영진을 대상으로 한 설문조사에 따르면 응답 업체의 20%가 센서에 투자, 응답 업체의 14%는 센서 기술이 타 IoT 유망 기술에 비해 조직에서 가장 중요한 전략적 위치를 가질 것으로 인식하고 있다. 
- 미래부는 K-ICT의 9대 전략산업 중 하나인 IoT 산업과 관련하여, 관계부처 간 ‘센서 산업 육성’ 에 협력하고 IoT 산업 활성화에 필요한 인프라 구축에 나설 계획이다. 

- 산업부는 세계 센서시장이 ‘12년 796억 불 에서 ‘20년 1,417억 불 (연평균9.4%)로 성장할 것으로 전망했으며, ‘센서산업발전전략(지경부, ’12.12월)’ 의 후속조치로 향후 6년 간 1,508억 원을 투입하여 ‘첨단 스마트센서’를 육성할 계획을 세웠다. 센서 자체에 논리 기능, 판단 기능, 통신 기능을 갖춘 지능화된 신호처리 IC가 결합된 ‘스마트 센서’ 소자를 적극 개발해 나갈 계획이다. 다품종 소량 생산이 요구되는 스마트 센서 수요 특성에 따라, 정부는 다수의 경쟁력 있는 스타트업과 중소기업이 스마트 센서를 개발할 수 있도록 지원한다.
-산업통상자원부는 6년 간 첨단센서 분야에 총 1,508억 원, 특히 기술개발에 1,400억 원의 예산을 배정하고 ‘25년까지 센서 4대 강국 진입, 세계 센서 시장 점유 5%의 목표를 설정했다.

- 미래창조과학부는 올해 중소기업 등을 선발하여 스마트센서 사용제품 제작(센서 설계보완, 센서-MCU-통신모듈 간 인터페이스 개발, 패키징 개선 등) 및 품질개선, 평가∙인증을 지원할 계획이다.(2015.4 발표)

세계 센서 시장 점유율 2위인 일본은 기업∙대학 등에서 신규 센서 기술 개발을 활발히 추진하며 IoT 시대에 대비, 센서 시장 선도를 위한 노력을 지속하고 있다. 

출처: IDC

그림. 2014년 2020년 세계 IoT 시장 관련 기술별 매출 비중 전망

표. 2020년 사물별 적용 센서 유형 및 시장 규모 전망

사물	센서 유형									2020년 시장규모 전망(백만불)
	관성 센서	자기 센서	압력 센서	온도 센서	음향 센서	화학 센서	습도 센서	질량 유량 센서	기타 센서
자동차	○	○	○	○		○	○	○	○	2,622
도시 (환경관리)			○	○	○	○	○		○	320
온도조절 장치				○			○		○	267
완구	○	○	○							227
흡연/탄소센서(소비자용)				○		○	○	○	○	176
헬스케어 모니터링 (소비자용)	○	○	○	○		○	○			122
스마트 워치	○	○							○	100
스마트 의류	○	○	○	○	○		○		○	92
스마트 전자소켓 및 어댑터		○		○			○		○	70

출처: 가트너

Transparency Market Research에 따르면 세계 스마트/지능형 센서 시장은 2012년 90억 달러에서 2019년 216억 달러 규모로 성장할 것으로 전망했다. 지역별로 보면 2012년 기준, 가장 큰 스마트/지능형 센서 시장은 유럽이며 특히 자동차 산업이 유럽의 스마트/지능형 센서 시장 성장을 견인을 하고 있다. 시장 규모 2위인 북미 지역에서는 의료와 가전 부문에서 스마트/지능형 센서 수요 증가세 이다. 유형별로는 스마트폰과 태블릿PC 제품의 채용 증가에 따라 현재 이미지 센서가 스마트/지능형 센서 시장의 선봉을 차지하고 있다. 자동차 모바일 기기, 로봇, 환경, 보안, 의료 및 건강, 스마트홈, 가전 등 다양한 분야에서 스마트 센서 활용 증가가 전망된다.