휴대용 기기들의 크기와 전력을 줄이는 것은 부품 제조사들에게 요구되는 힘든 과제 중 하나이다. 최근에는 작은 웨어러블 제품들에 대한 관심이 증가하고 있어 높은 사양에 대한 요구가 커지고 있다. 여기서는 오디오 처리 부문에서 집적화된 최신 하드웨어 및 소프트웨어 솔루션이 고성능 휴대용 및 웨어러블 애플리케이션 개발에 어떻게 도움을 줄 수 있는지 살펴본다.
음성 녹음 및 오디오 재생은 웨어러블 기기와 각종 소형 휴대 기기(예를 들면 스마트폰, 블루투스 헤드셋 등)에 있어서 기본적인 기능이다. 고사양의 멀티태스킹에 필요한 이 애플리케이션들의 경우, 성능에 타협하지 않고 인체공학적이며 심미적인 제품을 만들고 싶을 때, 최소의 전력과 부품으로 실행할 수 있도록 혁신적 디지털 신호 처리(DSP) 알고리즘이 요구되고 있다.
몇 년 전에는 웨어러블 기기를 거의 볼 수 없었지만 이제는 뉴스의 헤드라인을 장식하고 있다. 웨어러블 기기는 착용할 수 있는 안경, 옷, 신발, 시계, 발찌 등을 가리키는데, 이 제품군들은 ‘새로움’에 의해 동력을 얻고 있지만 충분한 유통 기반이 없으므로 ‘충실한 생활의 동반자’인 이 기기의 혜택을 보려는 사람들은 직접 구매해야 한다. 그뿐 아니라 이 시장은 사람에 한정되지 않으며, 애완동물을 위한 웨어러블 기기들도 다양하다. 이 시장이 새롭다는 것을 고려할 때, 급격한 성장을 목격한다고 해서 놀랄 만한 일은 아니다.
시장조사 업체인 IDC(International Data Corporation)의 연구에 따르면, 2015년에 판매된 웨어러블 제품들은 이미 8천만 대에 달했다. IDC는 올해 이 시장이 40% 성장해서 1억 1천만 달러 이상 판매될 것이며, 2019년까지는 연평균 복합 성장률 28%를 유지해 2억 1500만 달러의 매출이 발생할 것으로 예상했다.
시장이 급격하게 성장함에 따라 기술 개발도 빠르게 이루어지고 있다. 이로 인해 새로운 개념의 제품들을 출시하기 위해 설계를 개선하고 더 많은 기능을 구현하거나 크기를 줄이는 등 치열한 경쟁을 벌이고 있다. 몇몇 2세대 혹은 3세대 제품들이 시장에 나오고 있는 것은 그만큼 제품 개발이 빠르게 진행되고 있음을 보여 준다.
소비자들은 제조사 및 설계자들에게 지속적으로 보다 나은 성능, 더 작은 크기, 저렴한 가격대의 제품을 요구한다. 웨어러블 시장에서 성공하기 위한 주요 기준에는 연결성, 기능성, 크기 및 배터리 충전 시간 등이 포함된다.
웨어러블 기기 공급자들이 직면한 주요 도전 중 하나가 바로 ‘경직성’이다. 초기 제품들의 경우, 새로운 가치가 너무 빨리 퇴색되어 서랍 속에서 잊혀졌는데, 이는 사용자의 눈을 사로잡지 못했다는 명백한 증거였다. 이 문제를 해결하기 위해 제조사들은 제품 개발을 위한 주요 기준을 계속 강화하면서 문자 그대로 현실에 안주하지 않고 항상 새로움을 찾아 노력해야 했다.
스마트폰 시장의 발자취를 보면, 다음과 같은 그림을 그릴 수 있다. 즉, 초기 세대의 휴대폰은 차 안에서만 사용할 수 있었지만 나중에는 서류 가방에 들어갈 정도로, 그리고 더 나중에는 주머니에 들어갈 정도로 진화했으며, 이제 팔목에 찰 수 있을 정도로 발전했다. 항상 크기는 줄어들었고 배터리 수명은 늘어났으며 기능 또한 진보해서 오늘날의 첨단 기기로 이어진 것이다.
웨어러블 기기 분야는 아직 갈 길이 멀지만, 이 제품들이 일상화될 때까지 더 작아지고 더 똑똑해지며 저전력에 도달하기 위해 계속 발전할 것이라는 부분은 확실하다. 그런데 이러한 기준들은 또 우리를 반대 방향으로 이끌기 시작했다. 즉, 보다 큰 기능성이 추구됨에 따라 더 많은 메모리와 센서들이 요구되는 복잡한 소프트웨어 개발이 필요해진 것이다. 또한 작동을 위해서는 더 많은 공간과 전력이 요구되며 작동을 위한 버튼과 사용 공간이 더 많아지는, 보다 직관적인 사용자 인터페이스가 필요해졌다. 다양한 기술 영역에서 이와 유사한 도전들이 이루어졌지만, 지금은 웨어러블 시장이 가장 큰 주목을 받고 있다.
현재 웨어러블 기기에는 1mm 크기의 정사각형 마이크가 사용되는데, 이 크기는 더 많은 지시사항이 요구되더라도 일정하게 유지된다. 저전력이면서 고기능인 DSP 솔루션은 마이크 설계에서 더 매력적이다.
온세미컨덕터의 LC823450 저전력, 고해상도 오디오 처리 시스템과 같은 솔루션은 소형 웨어러블 기기의 고급 음성 녹음과 재생 애플리케이션을 위한 기술로 사용할 수 있다. 이는 Dual Core ARM® Cortex®-M3 프로세서와 전용 32bit DSP 코어를 기반으로 한 이 시스템 온 칩(SoC)은 1656KB의 SRAM을 집적하고 있으며 고해상도(32비트)/192kHz 오디오 프로세싱을 실행한다.
이 솔루션을 채택한 웨어러블 기기가 AAA 배터리를 사용할 경우, 초저전력 소비로 인해 120시간 오디오를 재생할 수 있다. 경쟁 제품들에 비해 재생 시간이 약 1.7배 길다.
▲ 그림 1. LC823450는 다른 LSI에 비해 재생 시간이 70% 더 길다
XA 및 XB 버전의 작은 설치 공간(5.52mm×5.33mm)은 특히 일부 솔루션들이 온 보드 SDRAM을 제공하지 않는 것을 고려했을 때 대체 솔루션에 비해 훨씬 더 콤팩트하다.
진보된 DSP 알고리즘에는 마이크와 ‘S-Live’(저주파수 지능형 가상 자극)를 위한 잡음 소거(Noise Cancellation) 기능이 포함되어 있으므로 저주파수를 관리해 사용자에게 훨씬 큰 스피커로 듣는 것과 같은 경험을 제공한다. 잡음 소거 및 ‘S-Live’는 설계자가 소프트웨어를 빨리 설계하고 개발 비용을 최소화할 수 있도록 다양한 로열티와 DSP 코드 라이브러리가 제공된다.
웨어러블 시장이 차세대 거대 시장을 준비하고 있는 것은 확실하지만, 소비자들의 지갑을 열기 위해서는 그 솔루션이 성능 및 폼팩터 면에서 충분한 매력을 갖고 있어야 한다. 일부 기능들은 새롭지만 나머지 많은 부분들은 그렇지 않다. 그러나 어떤 경우든 이러한 제품들은 보다 작은 공간에 설치되며 전력 요건의 제약을 받는다는 점에서 동일하다.
▲ 그림 2. LC823450은 웨어러블을 포함한 모바일
기기에 이상적인 기능을 제공한다
그리고 최종 제품에 이와 같이 혁신적인 기능과 특징들이 없다면 웨어러블 시장은 그 가능성을 완전히 펼치지 못하게 된다. 또한 첨단 DSP 솔루션처럼 혁신적이고 획기적인 솔루션이 없다면 필요한 기능과 특징들이 더 이상 매력적으로 다가갈 수 없다.
Kenichi Kiyozaki _ 온세미컨덕터
