[TECH REPORT] 블루투스, 끝없는 진화와 확장

[노르딕 세미컨덕터=최수철 지사장] 블루투스의 확산과 진화는 계속되고 있으며 수많은 기술 공급업체들은 애플리케이션 전반에 걸쳐 이전에는 상상조차 할 수 없었던 혁신을 거듭하고 있다.

오늘날에는 아마추어나 운동선수들이 달리기하는 동안 체력과 경기력에 대한 심층 분석을 제공하고 잠재적 위험 사고에 대한 경고를 보내거나 정확한 위치를 비상 연락망으로 전송해 대응할 수 있도록 하는 것은 물론 의료 전문가의 판단 없이도 개인의 건강 문제에 대한 의학적 수준의 평가를 제공할 수 있는 기술이 보편화 되고 있다.

이는 거의 모든 곳에 편재 돼 있는 유비쿼터스 무선 기술이 우리의 일상생활을 더욱 간편하고 안전하며 건강하게 만드는 수많은 시나리오 중 일부에 불과하다. 또한 기술이 진화하면서 소형 폼팩터의 커넥티드 기기로 훨씬 더 많은 기능을 훨씬 더 적은 전력으로 수행할 수 있게 됐다.

이런 무선 혁신의 눈부신 성장은 25년 전 개방형 하드웨어 및 소프트웨어 사양과 상호 운용이 가능한 표준화된 프로토콜이 출현하면서 그 기반이 마련됐다. 이 기술이 바로 지금까지 다양한 형태로 커넥티드 세상의 중요 부분을 담당하고 있는 블루투스(Bluetooth) 기술이다.

1998년 5월 에릭슨과 노키아, 인텔, IBM 및 도시바가 블루투스 SIG(Bluetooth Special Interest Group)를 설립한 후 2년 만에 블루투스 1.0 사양이 출시됐고 최초의 블루투스 휴대폰과 무선 헤드셋이 개발됐다.

이후 채택 속도가 매우 빠르게 가속화되면서 블루투스 SIG 회원사 또한 급증했으며 지난해 기준 전 세계적으로 50억 개 이상의 블루투스 지원 기기가 출하된 데 이어 이 수치는 2026년까지 70억 개로 증가할 것으로 예상된다.

오늘날 웨어러블 기기는 이미 보편화 되고 있으며 스마트 홈과 스마트 산업은 물론 스마트 도시에 이르기까지 ‘블루투스 세상’이 우리의 삶을 변화시키고 있다. 표준 출시는 성장을 견인하는 중요한 계기가 됐지만 2010년 블루투스 4.0 사양의 주요 특징적 요소 중 하나인 에너지 효율적인 블루투스 LE(Bluetooth Low Energy) 버전이 공개되면서 성장 속도는 더욱 가속화됐다.

블루투스 LE는 핀란드 기업인 노키아의 벤처기업으로부터 핸드셋에 심박수 모니터와 같은 주변장치를 연결하기 위해 코인 셀 배터리로 동작할 수 있는 무선 기술을 개발하기 위해서 지난 2001년 탄생했다. 이후 초저전력, 고성능 무선 연결 분야의 선도주자로 알려진 노르딕 세미컨덕터와 파트너들이 이 기술을 더욱 발전시켰다.

특히 노르딕 기술은 노키아 휴대폰과 심박수 측정 벨트를 무선으로 연결할 수 있도록 지원했으며 다른 여러 애플리케이션에도 적용됐다. 이 노키아 이니셔티브는 와이브리라는 브랜드로 2006년 10월 대중에게 공개됐으며 곧 블루투스 SIG의 관심을 얻게 됐다.

노르딕은 독보적인 무선 기술 분야의 선도주자였지만 개방형 표준을 지지하기로 결정하고 연구개발의 산물인 자사의 IP 상당 부분을 블루투스 SIG에 양도했으며 이후 셀룰러 IoT, DECT NR+ 및 와이파이 또한 이와 마찬가지로 개방형 표준을 추구하고 있다. 이런 조치는 대대적인 성공으로 이어졌다. 저전력 무선 시장은 폭발적으로 성장했으며 노르딕은 점유율을 선도하며 세계 시장의 리더가 됐다.

매우 낮은 전력을 소모하는 블루투스 LE는 배터리를 자주 충전하거나 교체할 필요 없이 센서에서 데이터를 수집할 수 있다는 점에서 시장의 판도를 획기적으로 변화시켰다. 또한 핸드셋 제조업체들이 원래의 블루투스 기술에 익숙했기 때문에 저전력 버전을 새로운 모델에 빠르게 채택할 수 있었다.

이는 스마트폰의 컴퓨팅 성능을 활용하는 피트니스 밴드와 같은 무선 연결 주변기기인 ‘앱세서리(Appcessory)’ 시장을 촉발시키는 계기가 됐다. 오늘날의 최첨단 웨어러블 기기 또한 이러한 배경에서 탄생한 것이다.

▶블루투스의 지속적인 성장
블루투스 기기 구현 방식을 세밀하게 정의하고 있는 기술 문서인 블루투스 코어 사양의 지속적인 발전과 점점 더 정교해지는 애플리케이션을 지원할 수 있는 관련 애플리케이션 소프트웨어 및 강력한 블루투스 SoC를 기반으로 블루투스 세상은 더욱 확장됐다.

블루투스 SIG의 마크 파월 CEO는 성명서를 통해 “블루투스 SIG 회원사 커뮤니티는 지속적인 혁신을 통해 블루투스 기술의 기능을 개선하고 새로운 시장 흐름을 형성하는데 주력하고 있다”고 밝혔다.

예를 들어 2016년 중반 블루투스 5가 도입되면서 도달거리 확장 및 더 빠른 데이터 전송속도 등 블루투스 기술에 몇 가지 주요 기능이 추가됐다. 블루투스 5 센서는 더 긴 도달거리에서 데이터를 회수하는데 따른 일부 장애물이 제거됨으로써 스마트 워치에서 스마트 농업에 이르기까지 다양한 무선 애플리케이션의 기능을 향상시킬 수 있게 됐다.

2017년 7월 공개된 블루투스 메시 1.0 릴리스 사양은 이름에서 알 수 있듯이 블루투스 LE 기능을 확장한 메시 네트워킹 기술로 처음으로 네트워크 내의 기기들이 중앙 허브 장치에 의존하지 않고도 다른 노드를 통해 무선 패킷을 전송해 통신이 가능하게 됐다.

블루투스 메시는 스마트 조명과 예측유지보수, 자산 추적 및 포지셔닝 등과 같은 애플리케이션에서 요구되는 중요 기능을 제공한다.

또한 2019년에 공개된 블루투스 사양을 새롭게 업데이트한 블루투스 5.1은 방향탐지 기능을 도입해 블루투스 기술을 또 다른 첨단 애플리케이션에 적용할 수 있도록 했다.

제한된 정밀도의 위치 서비스를 제공했던 이전의 RSSI(Received Signal Strength Indication)를 향상시키기 위해 설계된 블루투스 방향탐지 기능은 실내 자산추적과 같은 RTLS(Real Time Location System)를 위한 새롭고 향상된 적용 사례를 제공한다.

이 기능은 위치 정확도를 미터에서 센티미터 수준으로 개선해 자산과 사람에 대한 정확한 실내 위치확인을 지원함으로써 새로운 가능성을 제시하고 있다. 블루투스 방향탐지 기능을 지원하는 스마트폰을 통해 공항이나 병원과 같은 넓은 공간에서 분실된 개인 물품이나 길을 찾는 등의 다양한 시나리오를 지원할 수 있다.

시장조사기관인 ABI 리서치에 따르면 2023년 말까지 총 17만 8000건의 블루투스 RTLS 구현이 이뤄지고 올해 2억 6200만 개의 블루투스 위치확인 서비스 기기가 출하될 것으로 예상되고 있다.

블루투스 기술은 수익성이 뛰어난 오디오 시장에서도 무선 오디오 제품의 음질과 전력소모를 향상시킬 수 있는 ‘무선 사운드의 미래’로 주목받고 있다. 블루투스 5.2 기능에 LE 오디오 지원 사양이 추가된 것이다.

오디오 개발자들은 이 기술을 통해 증가하는 소비자의 성능 요구사항을 충족하고 오디오 주변기기 시장 전반에 걸쳐 지속적인 성장을 도모할 수 있게 됐다.

이외에도 LE 오디오는 오라캐스트 브로드캐스트 오디오를 지원하고 보청기에서 블루투스 오디오 구현을 표준화할 수 있게 됐다. 2022년에는 헤드셋과 헤드폰, 스피커 및 이어버드를 포함해 전 세계적으로 13억 6000만 개의 블루투스 오디오 스트리밍 기기가 출하됐다.

또한 블루투스 기술은 스마트 홈 기기의 네트워크 등록을 위한 무선 기술로 선택됐다. 스마트 홈 기기 제조업체들은 스레드나 지그비와 같은 여러 저전력 무선 프로토콜을 이용할 수도 있지만 블루투스는 스마트폰 및 태블릿과의 상호 운용성을 제공하는 독보적인 장점을 갖고 있다.

특히 매터 표준에 포함되면서 스마트 홈 분야에서 블루투스 기술의 위상은 더욱 확고해졌다. 매터는 노르딕 세미컨덕터를 비롯한 세계 최대 기술 기업들의 지원을 통해 이질적인 에코시스템을 통합하고 스마트 기기 세상을 더욱 밀접하게 연결함으로써 스마트 홈 애플리케이션에 혁신을 일으키고 있다.

▶개척자가 리더가 되다
노르딕 세미컨덕터는 2006년 노키아의 와이브리 이니셔티브에 합류한 이후 지속적으로 블루투스 LE 기술의 성공에 기여해 왔다. 그러나 기술을 개척한 기업이 모두 시장의 리더가 되는 것은 아니다. 노르딕 엔지니어링 팀은 블루투스 LE 기술을 선도하면서도 회사의 입지를 강화하는데 주력해 왔다.

노르딕은 초기 초저전력 무선 기술에 대한 경험을 바탕으로 2012년에 출시한 무선과 마이크로프로세서, 메모리 및 여러 기능들을 통합한 nRF51 시리즈를 통해 고집적 블루투스 SoC를 출시한 최초의 회사 중 하나가 됐다. 이런 SoC 개념은 이후 거의 모든 블루투스 LE 공급업체들에게 영향을 미쳤다.

이후 10년이 지난 오늘날까지 빠르게 성장해 온 노르딕의 블루투스 LE 솔루션은 수상 경력에 빛나는 뛰어난 성능과 함께 설계가 용이한 사용 편의성을 통해 PC 주변기기와 게임, 스포츠 및 피트니스, 휴대폰 액세서리, 가전제품, 장난감, 의료 및 산업 자동화 등 세계 최고 브랜드의 수많은 제품에 널리 적용되고 있다.

노르딕의 모든 솔루션은 첨단 기능과 전력 효율성은 물론, 다양한 기능 세트와 메모리로 구성돼 있으며 매일 백만 개 이상의 블루투스 LE SoC가 출하되고 있다.

DNB 마켓이 집계한 블루투스 SIG의 데이터에 따르면 노르딕은 2021년 블루투스 LE 시장에서 새롭게 인증된 디자인의 39%에 달하는 시장 점유율을 차지하고 있으며 2022년에 새롭게 인증된 총 1100개 이상의 디자인 중 446개에 노르딕 솔루션이 채택된 것으로 나타났다.

노르딕은 nRF51 시리즈 출시 이후 첨단 반도체 제조기술과 더 풍부한 메모리 용량, 더 뛰어난 프로세싱 성능 및 속도, 더 많은 임베디드 코어를 사용한 새로운 제품을 통해 지속적으로 칩 성능을 발전시켜 왔다. 새로운 세대의 제품이 출시될 때마다 개발자들은 전력소모에 대한 큰 부담 없이 혁신의 한계를 뛰어넘을 수 있었다.

2019년 말 노르딕 세미컨덕터는 블루투스 LE SoC 제품군 중 주력 제품인 nRF5340을 출시했다. nRF5340은 Arm Cortex-M33 듀얼 프로세서 하드웨어 아키텍처를 기반으로 하는 세계 최초의 무선 SoC다.

이 제품은 머신러닝과 같은 첨단 프로세싱을 처리하는 고성능 애플리케이션 프로세서와 무선 프로토콜을 감독하는 완전히 프로그래밍이 가능한 초저전력 네트워크 프로세서가 모두 내장돼 있다. 또한 이 고집적 SoC는 고급 보안 기능까지 갖추고 있어 첨단 웨어러블, 전문 조명 및 산업 자동화 애플리케이션을 완벽하게 지원한다.

노르딕 세미컨덕터 아태지역 세일즈 및 마케팅 밥 브랜달 부사장은 “개발자들은 미래의 상용 제품에 필요한 보다 복잡한 애플리케이션을 구현하기 위해 선도적으로 노력하고 있다”며 “이러한 애플리케이션은 보다 뛰어난 컴퓨팅 성능과 고도의 보안 기능을 필요로 하지만 노르딕 솔루션은 이와 함께 탁월한 에너지 효율성까지 제공함으로써 큰 반향을 일으켰다”고 말했다.

이어 그는 “nRF5340은 이러한 요구사항을 충족하는 것은 물론 복잡한 애플리케이션을 훨씬 쉽고 간단하게 구현할 수 있는 설계 툴 또한 제공하고 있다”고 덧붙였다.

올해 초 노르딕 세미컨덕터는 nRF54 시리즈의 첫 번째 SoC를 발표하고 선도적인 블루투스 LE 접근방식을 다시 한번 확장했다. 다중 Arm Cortex-M33 프로세서와 다중 RISC-V 코프로세서를 갖춘 nRF54H20 SoC는 뛰어난 프로세싱 성능과 탁월한 에너지 효율성 및 최첨단 보안 기능이 요구되는 혁신적인 IoT 애플리케이션에 이상적인 솔루션이다.

블루투스 5.4 및 미래의 블루투스 사양과 LE 오디오, 블루투스 메시, 스레드 및 매터 등을 지원할 수 있는 nRF54H20은 새로운 시대의 혁신적인 IoT 제품을 위한 기반으로 자리하게 될 것이다.

nRF54H20 SoC는 차세대 웨어러블, 스마트 홈, 의료 및 LE 오디오 애플리케이션 외에도 엣지에서의 센서융합 지원 및 복잡한 머신러닝을 필요로 하는 애플리케이션애 매우 이상적인 솔루션이다.

노르딕 세미컨덕터의 스벤-토르 라르센 CEO는 “nRF54 시리즈는 초저전력 무선 기술에 대한 수십 년간의 전문지식이 축적된 결과물”이라며 “이 제품은 노르딕의 4세대 블루투스 LE 솔루션의 첫 번째 SoC라는 중요한 이정표 수립과 함께 노르딕 고객들이 현재의 기술 수준을 넘어 훨씬 더 발전된 제품을 구현할 수 있도록 지원하는 새로운 차원의 솔루션”이라고 말했다.

▶끝없이 확장하는 애플리케이션
제품의 기능이 발전하면서 노르딕의 저전력 무선 기술로 구현되는 애플리케이션의 성능도 계속해서 향상되고 있다.

예를 들어 미국에 본사를 둔 휴먼 퍼포먼스 회사인 후프가 출시한 첨단 건강 모니터링 웨어러블은 재충전 없이 최대 5일 동안 지속적으로 생리학적 데이터를 모니터링할 수 있다.

후프의 전기 엔지니어링 그룹 브라이언 마틴스 책임자는 “nRF52840 SoC가 지원하는 매우 낮은 전력소모와 획기적인 배터리 설계를 통해 재충전까지 최대 5일 동안 지속적인 생리학적 데이터 모니터링을 제공할 수 있다”고 말했다.

후프 4.0은 착용자의 심박수와 심박 변이도, 혈중 산소포화도, 수면 데이터, 긴장도 및 피부 온도 등을 모니터링한다. 이 데이터는 노르딕 SoC를 통해 스마트폰으로 전달되며 회원들은 앱을 통해 건강 정보와 개선사항 및 이상정보 등을 확인하고, 자신의 건강기록을 다운로드할 수 있다.

한편 인텔리전트 기술 회사인 마진의 다기능 GPS 바이크 컴퓨터는 13개 범주에 걸쳐 100개 이상의 라이딩 데이터 항목을 기록할 수 있을 뿐만 아니라 최대 8개의 주변장치를 지원할 수 있다.

C406 Pro는 위성 기반 위치확인 기능을 이용해 2.4인치(61mm) LCD 화면에 속도와 주행 거리, 시간, 온도 및 고도와 같은 다양한 데이터를 정확하게 기록하고 표시할 수 있다.

이 바이크 컴퓨터는 노르딕의 멀티 프로토콜 nRF52840 SoC를 내장해 심박수 모니터와 파워 미터, 속도 및 케이던스 센서와 같은 센서 기기는 물론, 전자 변속 시스템과 이 회사의 L508 레이더 후미등을 지원한다.

또한 이 SoC는 초저전력 ANT+ 무선 프로토콜도 지원하고 있어 보완 기기인 ANT+ 마진이나 타사 기기들을 바이크 컴퓨터에 동시에 연결할 수도 있다.

마진 판빈 콩 CTO는 “노르딕은 이미 상당한 시장 경험과 수많은 고객 성공사례는 물론 시의적절한 기술 지원 서비스까지 안정적으로 제공하고 있다”고 말했다.

또 다른 사례로 영국계 미국 피트니스 장비 제조업체인 워터로워가 개발한 로잉머신 성능 모니터기는 사용자들이 실시간으로 동기부여 프로그램 및 데이터 기반 인센티브에 액세스해 보다 스마트한 운동 및 건강을 유지할 수 있도록 해준다. 이 머신은 nRF52811을 이용해 사용자의 데이터를 스마트폰 앱으로 전송한다.

산업 분야의 사례로는 중국에 기반을 둔 옥토넷 테크놀로지의 블루투스 위치확인 게이트웨이를 들 수 있다. 이 게이트웨이는 노르딕의 nRF52833 SoC의 방향탐지 기능을 이용해 고가의 병원 장비와 병원 직원들의 위치를 추적할 수 있다.

옥토넷 테크놀로지 신 장 CTO는 “노르딕 제품은 업계 최고 수준의 뛰어난 성능과 안정성, 신뢰성을 제공한다”며 “이와 함께 노르딕 세일즈 엔지니어와 기술 지원 엔지니어들의 뛰어난 전문성과 열정 또한 큰 도움이 됐다”고 밝혔다.

이런 주목할만한 사례들 외에도 노르딕의 블루투스 LE 무선 연결 솔루션을 채택한 이와 유사한 첨단 애플리케이션은 매우 다양하다.

이제 블루투스 LE 기술은 전 세계적으로 연결된 우리의 삶을 대변하는 기술로 자리 잡았다. 블루투스 LE 기기들은 로스앤젤레스의 스마트 홈에서 호주의 외딴 아웃백 목장에 이르기까지 지구상의 모든 사람들을 지원하고 있다.

혹독한 훈련을 수행하는 운동선수이거나 대담한 모험가 또는 급성질환을 앓고 있는 환자들이나 선진국의 일반 소비자들에 이르기까지 우리 모두는 블루투스 세상의 시민으로 살아가고 있다.