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세계 최초 양자보안 스마트폰 ‘갤럭시 A 퀀텀’…SK텔레콤의 제안으로 개발

정은경 기자

ek7869@

기사입력 : 2020-06-11 16:41

세계최초 양자난수생성 칩셋 상용화 목표로 4년간 도전
순수 난수 얻기 위해 100만번 테스트, 초당 2000개 난수 생성
스마트폰·IoT, 자율주행 기업 대상 양자난수생성 칩셋 공급 사업 추진

SK텔레콤이 출시한 양자보안 5G 스마트폰 '갤럭시A 퀀텀'/사진=SK텔레콤

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[한국금융신문=정은경 기자]
 

“세계 양자보안 1위 기업 IDQ에 양자 난수를 만드는 원천기술이 있는데 이를 반도체 칩셋 형태로 상용화하고 싶습니다. 칩셋을 함께 개발해 주시겠습니까?”

SK텔레콤과 비트리의 긴 도전은 2016년 SK텔레콤 양자 연구소(퀀텀테크랩)의 갑작스러운 제안으로 시작돼 4년간 이어져 오고 있다.

비트리는 2014년 설립해 이미지센서와 같은 반도체 칩셋을 정밀 설계해 글로벌 반도체 제조사에 공급하는 팹리스 기업이다. 당시 SK텔레콤은 세상에 없던 양자난수생성(QRNG) 칩셋을 상용화하기 위해 반도체 설계 전문기업이 절실하게 필요했으나, 양자보안 시장이 형성되지 않아 파트너사를 찾기란 쉽지 않았다. 이후 비트리는 SK텔레콤, IDQ와 손잡고 미래 양자 기술을 개발하는데 협력하기로 했다.

■ SK텔레콤-비트리, 노력 끝에 세계 최고 QRNG 기술 기업으로 성장

양자 난수 추출 원리/사진=SK텔레콤

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SK텔레콤과 비트리는 2018년 △IoT/자율주행용 QRNG 칩셋(5.0mm×5.0mm)과 △2020년 모바일용 QRNG 칩셋(2.5mm×2.5mm)을 세계 최초로 상용화했다.

QRNG 칩셋은 2016년 USB 형태의 시제품에서 현재는 초소형 칩셋으로 진화했다. 칩셋 안에서 LED 광원부가 빛(양자)을 방출하고, 이 빛을 CMOS 이미지센서가 감지해 디지털 신호로 변환해 난수를 생성한다.

QRNG 칩셋에는 비트리의 설계 기술과 아이에이네트웍스의 패키징 기술이 응집돼 있다. 고온/저온, 다습, 정전기 등 극한 상황에서도 정상적으로 작동하도록 수많은 신뢰성 테스트를 거쳤다.

또한 제 3자가 칩셋을 물리적으로 해킹하는 것을 막기 위해 칩셋 내부에 △구동 클럭(속도) 조절 기능 △부품별로 다른 전압을 공급하는 멀티 전원 △전원 감지 및 자동 초기화 기능 △칩셋 내부 데이터 접근 차단 기능 등을 구현했다.

■1mm의 싸움…세계 최초 모바일용 QRNG 칩셋 개발

2018년 초 SK텔레콤과 삼성전자 양사 경영진이 소비자가전 전시회(CES)에서 스마트폰에 QRNG 칩셋을 탑재하는 데 뜻을 모아 ‘세계 최초 모바일용 칩셋 상용화’라는 미션이 생겼다. 당시 비트리는 5.0×5.0×1.1mm(가로×세로×높이) 크기의 IoT/자율주행용 QRNG 칩셋을 막 상용화했는데, 훨씬 더 작은 크기의 모바일용 칩셋을 개발해야만 했다.

이후 비트리는 삼성전자 스마트폰의 높은 품질기준을 통과하기 위해 칩셋 설계 및 테스트를 거듭했다.

그중에서도 스마트폰 내 탑재를 위해 칩셋 크기를 매번 1mm 단위로 줄이는 데 많은 노력을 기울였다. QRNG 칩셋에는 LED 광원, CMOS 이미지센서, 전력 어댑터 등 수많은 정밀 부품이 들어가는데, 크기를 줄일 때마다 필연적으로 모든 부품의 설계를 모두 변경하고 새로 만들어야 하는 불편함도 있었다.

비트리는 설계를 변경할 때마다 반도체 웨이퍼를 생산하는 DB하이텍과 최종 패키징을 담당하는 아이에이네트웍스에 다시 설계도를 전달하고 또 다른 시제품을 만들어 테스트하는 과정을 끊임없이 반복했다.

특히 완전한 무작위성을 가진 순수 난수를 생성하기 위한 테스트도 6개월간 약 100만 번 진행했다.

순수 난수를 만들기 위해선 LED 광원부에서 방출되는 빛이 CMOS 이미지센서의 각 픽셀(Pixel, 이미지를 구성하는 최소 단위)에 골고루 잘 도달해야 하는데, LED 광원부의 빛 방출 세기와 CMOS 이미지센서의 픽셀 각도를 100만 번 조절해 최적의 조건 값을 찾는 과정이다. 말하자면, 분무기로 A4 종이 위에 물을 뿌릴 때 물방울이 종이 전면 곳곳에 골고루 뿌려지도록 환경을 설정하는 것과 같은 셈이다.

결국 비트리는 약 2년 만에 기존 칩셋 크기를 대폭 줄인 2.5x2.5x0.8mm 크기의 모바일용 QRNG 칩셋을 세계 최초로 상용화했다. 이후 삼성전자의 품질기준을 통과해 지난 4월 양산 절차에 돌입해 지난 5월에는 세계 최초 양자보안 5G 스마트폰 ‘갤럭시 A 퀀텀’이 출시됐다.

■SK텔레콤-IDQ-비트리, 스마트폰, IoT, 자율 주행에도 상용화 추진

양자난수생성(QRNG)칩셋 개발/사진=SK텔레콤

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SK텔레콤은 5G 초 연결시대를 맞아 더 많은 분야의 글로벌 기업들이 양자보안 기술을 필요로 할 것으로 전망하며 관련 사업을 더욱 확대해 나갈 예정이라고 밝혔다.

SK텔레콤은 양자 난수를 생성하는 원천기술을 가진 자회사 IDQ와 반도체 설계 전문기업 비트리와 함께 QRNG 칩셋을 개발해 글로벌 스마트폰, IoT, 자율주행 기업에 공급하는 사업을 추진 중이며 일부 가시화하고 있다.

스마트폰 분야에선 글로벌 스마트폰 제조사에 모바일용 QRNG 칩셋을 공급함으로써 양자보안 기술이 탑재된 스마트폰 라인업을 늘려가기로 했다. 또한 차세대 보안 기능에 대한 수요가 높은 자동차 전장, 클라우드 산업 분야에 사용되는 반도체에도 QRNG 칩셋을 탑재해 반도체 성능을 고도화하는 사업도 추진 중이다.

정은경 기자 ek7869@fntimes.com

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