홈 뉴스 산업 동향 TWS 메인 제어 칩 경쟁, 지연 시간, 노이즈 감소 및 안정성 간의 균형

TWS 메인 제어 칩 경쟁, 지연 시간, 노이즈 감소 및 안정성 간의 균형

2021-12-28 307

전자 애호가 네트워크(Electronic Enthusiast Network) 보도 (글/저우 카이양) 수많은 무선 연결 기술 중 블루투스가 완전 무선 이어폰(TWS) 덕분에 다시 한번 시장 열풍을 일으키고 있습니다. 블루투스 이어폰은 더 이상 새로운 기술 제품은 아니지만, TWS의 등장으로 많은 사람들이 이 제품에 대해 가지고 있던 불편함이 해소되었습니다. 최근 주요 휴대폰 및 이어폰 제조업체들은 강력한 메인 제어 칩을 사용하여 노이즈 캔슬링, 음성 제어 등의 추가 기능을 구현한 새로운 TWS 이어폰 제품을 출시하고 있습니다. 이 모든 것은 블루투스 4.0에 추가된 저전력 프로토콜인 BLE 덕분입니다.

ABI 리서치에 따르면, BLE 기기 수는 2023년에 1.6억 대에 달할 것으로 예상되며, 2018년부터 2023년까지 연평균 27%의 성장률을 기록할 전망입니다. 스마트 홈, 사물 인터넷(IoT) 등 다양한 분야에서 BLE 기술의 인기가 꾸준히 상승하면서, 2010년 등장 이후 지속적인 성장을 거듭해 왔습니다. 특히 BLE 오디오 애플리케이션의 급증으로 블루투스 시장의 핵심 기술로 자리매김했습니다. 블루투스 5.2 출시와 함께 BLE는 고품질 오디오 전송을 지원하는 LE 오디오 기술로 발전했습니다.

TWS(완전 무선 이어폰)의 핵심인 메인 제어 칩은 다양한 블루투스 헤드셋의 성능과 기능을 근본적으로 결정합니다. 스트래티지 애널리틱스에 따르면, 애플은 에어팟 시리즈를 앞세워 2019년 TWS 시장 점유율 50%를 차지했습니다. 애플 외에 시장에는 어떤 경쟁 TWS 단말기 제품들이 있으며, 각각의 주요 제어 칩은 무엇일까요?

브로드 컴

갤럭시 버즈 라이브 / 三星

삼성에서 작년에 출시한 갤럭시 버즈는 미국 컨슈머 리포트에서 2019년 최고의 무선 이어폰으로 선정되었습니다. 이 이어폰은 AKG의 튜닝뿐만 아니라 브로드컴의 BCM43014 메인 제어 칩을 탑재했습니다. 브로드컴은 이 칩이 수년간 축적된 반도체 전문 기술과 무선 오디오 엔지니어링 기술의 결정체라고 강조했습니다. 블루투스 5 프로토콜을 지원하는 동시에, 고급 음향 알고리즘을 완벽하게 통합하여 배경 소음을 줄여줍니다.

삼성은 액티브 노이즈 캔슬링 TWS 이어폰 시장 확대를 위해 올해 두 가지 신제품을 출시했습니다. 연초에 출시된 갤럭시 버즈 플러스와 이달 출시된 갤럭시 버즈 라이브는 모두 브로드컴의 새로운 메인 제어 칩인 BCM43015를 탑재했습니다. 이 칩은 ARM Cortex-M4를 MCU로, ARM Cortex-M0+를 센서 중앙 처리 장치로 사용합니다. 또한, BCM43015는 저전력 섀도우 기술(LPST)과 확장 동기 연결(eSCO)을 지원하고, 적응형 주파수 호핑 기술(AFH)을 통해 무선 주파수 간섭을 줄입니다. 뿐만 아니라, 오디오 서브시스템으로는 Cadence의 Xtensa Hifi-3 DSP 코어를 내장하고, 듀얼 채널 12비트 ADC를 사용하여 배터리 전압을 모니터링합니다.

퀄컴

QCC3040 구조도 / 퀄컴

퀄컴이 CSR을 인수한 이후, CSR의 기술력을 바탕으로 개발된 블루투스 칩이 시장 점유율 대부분을 차지해 왔으며, 이제 TWS(트랜지 무선 이어폰) 시장 역시 이러한 기회를 놓치지 않을 것입니다. 퀄컴은 올해 출시한 고급형 블루투스 칩 QCC514x 외에도 보급형 및 중급형 시장을 겨냥한 QCC304x 시리즈를 선보였습니다. 예를 들어 QCC3040 칩은 두 개의 32비트 프로세서(최고 주파수 32MHz)와 120MHz로 설정 가능한 DSP 코어를 탑재하여 이전 세대 QCC300x 시리즈 대비 에너지 소비를 70% 절감했습니다. 또한, QCC3040은 초저전력 디지털 노이즈 감소 기술을 내장하고 있으며, 최신 블루투스 5.2 프로토콜을 지원합니다.

퀄컴 블루투스 칩의 가장 큰 장점은 뛰어난 성능 외에도 다양한 오디오 코덱 프로토콜을 지원한다는 점입니다. 퀄컴의 aptX는 현재 TWS 헤드셋에서 가장 뛰어난 적응성을 자랑하는 프로토콜이라고 할 수 있습니다. aptX는 안정성에 중점을 둔 aptX Adaptive, 음질에 중점을 둔 aptX HD, 그리고 저지연을 목표로 하는 aptX LL(Low Latency)을 포함합니다.

Apple

에어팟 1세대 / 애플

완전 무선 이어폰(TWS)을 단숨에 대중화시킨 에어팟은 1세대 제품에 애플 자체 개발 W1 칩을 사용했습니다. 하지만 이후 출시된 2세대 제품과 에어팟 프로에는 새로운 H1 칩이 탑재되었습니다.

새로운 칩은 블루투스 4.2 프로토콜을 5.0으로 업그레이드할 뿐만 아니라 통화 시간을 50% 향상시킵니다. 애플은 H1 칩 덕분에 차세대 에어팟 프로의 연결 속도가 1.5배 빨라지고, 블루투스 신호의 안정성, 속도 및 거리가 개선되며, 지연 시간이 30% 감소하고, 새로운 음성 제어 기능이 추가되었다고 밝혔습니다.

화웨이

키린 A1 칩 / 화웨이

화웨이는 FreeBuds 3에 세계 최초로 블루투스 5.1 인증을 획득한 키린 A1 칩을 탑재했습니다. 이 칩은 최대 200MHz의 주파수와 10uA/MHz의 최대 전력 소비를 자랑하는 Cortex-M7 프로세서를 사용하는데, 이는 업계 표준인 30uA/MHz보다 훨씬 낮은 수치입니다. 또한, 새로운 듀얼 채널 동기 전송 기술과 356MHz 고속 오디오 처리 장치를 탑재하여 안정적이고 빠른 블루투스 연결을 제공할 뿐만 아니라 오디오 및 비디오 동기화 지연을 줄여줍니다. 키린 A1은 실시간 3A 통화 소음 감소 알고리즘과 적응형 소음 감소(ANR) 기술을 통해 15dB의 주변 소음 감소 효과를 제공하며, 에코 제거(AEC) 기능을 통해 통화 중 상대방의 에코를 방지합니다.

듀얼 채널 동기 전송 기술 / 화웨이

화웨이는 자체 개발한 듀얼 채널 동기 전송 기술을 통해 지연 및 전력 소모 문제를 해결했습니다. 기존 TWS 헤드셋은 좌우 채널을 동시에 메인 헤드셋으로 전송한 후 보조 헤드셋으로 전달합니다. 이로 인해 전송 효율이 낮고 지연이 심하며 연결 끊김 및 높은 전력 소모 문제가 발생합니다. 또한 블루투스와 2.4GHz Wi-Fi가 동일한 주파수 대역을 사용하기 때문에 서로 간섭을 일으키기 쉽습니다. 이 기술은 두 헤드셋이 각각 좌우 채널에서 통신을 수신하여 블루투스 5.2의 LE 동기 채널과 유사하게 전력 소모를 50%까지 줄입니다.

헝쉬안 테크놀로지

Honor Flypods 3 / 화웨이

FreeBuds 3 이전까지 화웨이의 TWS 제품은 주로 헝쉔 테크놀로지(Hengxuan Technology)의 메인 제어 칩을 사용했습니다. 예를 들어, 화웨이 Freebuds 2 Pro와 Honor FlyPods 3에는 모두 헝쉔 테크놀로지의 BES2300 칩이 내장되어 있습니다. BES2300은 28nm HKMG CMOS 공정을 사용하고 Cortex-M4F 코어를 통합하여 ANC(액티브 노이즈 캔슬링)를 지원하며, 평균 25dB의 노이즈 감소 효과를 제공합니다. 화웨이 외에도 샤오미 Air2s와 오포 Enco W51 등 많은 국내 브랜드의 이어폰에도 헝쉔 테크놀로지의 블루투스 칩이 사용되고 있습니다.

기존 TWS 솔루션의 전파 문제를 해결하기 위해 헝쉬안 테크놀로지는 자체 솔루션인 LBRT 저주파 전송 기술을 개발했습니다. 이 기술은 메인 및 보조 헤드폰의 전송을 저주파 대역(10~15MHz)에서 유지하여 저전력 소비와 저지연을 실현하는 동시에 3Mbps의 높은 음악 전송률을 제공합니다.

리얼텍

Realtek은 2018년에 TWS(Two-Wi-Fi)용 듀얼 모드 Bluetooth 5.0 칩 솔루션인 RTL8763B를 출시했습니다. 이 칩은 32비트 ARM Cortex-M4F 프로세서와 초저전력 DSP 코어로 구성되어 있습니다. 베이스밴드 주파수는 40MHz이고, ROM 용량은 768KB이며, 향상된 Tensilica Hi-Fi-mini 24비트 DSP 코어를 사용합니다.

RTL8773C 칩 / Realtek

작년에 리얼텍은 새로운 노이즈 감소 칩 솔루션인 RTL8773 시리즈를 발표했습니다. 이 칩셋은 주변 소음 감소(ENC)와 하이브리드 능동형 소음 감소(ANC)를 지원합니다. 리얼텍은 이 칩이 자체 능동형 소음 감소 알고리즘뿐만 아니라 타사 알고리즘도 지원하며 최대 40dB의 소음 감소 효과를 제공한다고 밝혔습니다. 이 시리즈의 RTL8763BFP는 저지연 애플리케이션에 초점을 맞춰 100ms 이하의 지연 시간을 달성할 수 있습니다. 이는 화웨이 프리버즈 3(키린 A1: 190ms), 비보 TWS 이어폰(QCC5126: 180ms), 에어팟 프로(H1: 144ms)와 같은 다른 주요 제어 칩과 비교했을 때 큰 장점입니다.

아이로하

WF-1000XM3 헤드폰 / 소니

루오파 테크놀로지는 2017년 미디어텍 그룹의 일원이 되었으며, 소니 TWS 제품의 주요 칩 공급업체이기도 합니다. 소니의 최신 노이즈 캔슬링 TWS 이어폰인 WF-1000XM3에는 루오파의 AB1552A 칩(미디어텍 모델 MT2811SP)이 탑재되어 있습니다. 소니는 또한 자체 개발한 노이즈 캔슬링 프로세서 QN1e를 이어폰에 추가했습니다. 2019년 루오파는 하이브리드 액티브 노이즈 캔슬링 메인 제어 칩 솔루션인 AB155x를 출시했습니다. 이 칩 시리즈는 최대 156MHz의 주파수를 가진 ARM Cortex-M4 프로세서와 최대 312MHz의 주파수를 가진 Tensilica HiFi mini DSP 코어를 내장하고 있습니다. 또한 AB155x는 자체 개발한 MCSync(멀티캐스트 동기화) 기술을 사용합니다. MCSync 기술을 지원하는 TWS 이어폰은 더욱 안정적인 연결을 제공하고, 오디오 끊김 현상을 줄이며, 지연 시간을 단축하고, 고해상도 오디오 디코딩을 지원합니다.

개요

기존 블루투스 헤드셋이나 노이즈 캔슬링 블루투스 헤드셋과 비교했을 때, TWS 헤드셋은 배터리 수명, 노이즈 감소 효과, 음질 면에서 다소 저하되는 부분이 있습니다. 하지만 크기와 전력 소비의 제약을 고려하면 이러한 절충은 불가피합니다. 그러나 블루투스 칩 공정 기술이 더욱 발전함에 따라 향후 블루투스 칩 성능은 획기적인 발전을 이룰 것으로 기대됩니다.

지연 및 간섭을 줄이기 위해 많은 칩 제조업체들이 자체 솔루션을 제공해 왔습니다. 그러나 블루투스 5.2의 시장 점유율이 확대됨에 따라 향후에는 LE 동기화 채널이 보편화될 가능성이 높습니다. 블루투스 기술 연합의 제품 인증 페이지를 보면, 많은 단말기, 칩, IP 제조업체들이 차세대 블루투스 5.2 제품 개발에 박차를 가하고 있음을 알 수 있습니다. 이러한 추세로 볼 때, TWS 헤드셋이 블루투스 헤드셋 시장을 완전히 장악하는 시대가 곧 도래할 것으로 예상됩니다.

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