VLSI Korea메타 글래스와 오우라 링 안의 반도체: AR1·PSoC 6·MAX86178F는 무슨 일을 하나
메타 글래스 AR1, 오우라 링 PSoC 6와 MAX86178F의 역할을 제품 이미지, 영상 대역폭·전력·메모리 계산으로 풀어봅니다.
메타 글래스에서 사진 한 장을 만드는 칩은 Qualcomm Snapdragon AR1 Gen 1이다. Oura Ring 4에서는 Infineon PSoC 6 계열 MCU와 Analog Devices MAX86178F AFE가 센서 제어와 생체신호 수집을 맡는다. 안경은 카메라와 음성이 만드는 순간적인 데이터 부하를 처리하고, 반지는 작은 배터리로 광학 측정을 오래 반복한다.
이 차이를 따라가면 웨어러블 반도체의 선택 기준이 보인다. 안경에는 영상 처리량과 메모리 대역폭이, 반지에는 광학 신호 품질과 평균 전력이 중요하다. 아래에서는 2023년형 Ray-Ban Meta와 Oura Ring 4를 중심으로 칩의 역할, 데이터 흐름, 전력과 실장 공간을 연결한다.
웨어러블의 성능은 연산 칩 하나로 정해지지 않는다. 빛과 소리를 읽는 회로, 데이터를 옮기는 메모리, 전원을 켜고 끄는 회로가 함께 제품의 사용 시간을 만든다.
1. 먼저 칩 지도를 보면 두 제품의 설계가 갈린다
Ray-Ban Meta의 AR1 채택은 Meta와 Qualcomm의 공식 발표에 나온다. Oura Ring 4의 PSoC 6·MAX86178F·Bosch 가속도 센서는 TechInsights가 분해한 JZ90-54218-15 시료에서 식별했다. Meta · Qualcomm · TechInsights
| Product | Semiconductor | Job in the system | Source |
|---|---|---|---|
| Ray-Ban Meta, 2023 | Qualcomm Snapdragon AR1 Gen 1 | Image, audio and application processing | Meta / Qualcomm announcement |
| Oura Ring 4 | Infineon PSoC 6 family | Sensor control and embedded processing | TechInsights teardown |
| Oura Ring 4 | Analog Devices MAX86178F | Analog acquisition of physiological signals | TechInsights teardown |
| Oura Ring 4 | Bosch Sensortec accelerometer | Motion sensing | TechInsights teardown; model not disclosed |
| Oura Ring 4 | LEDs and photodiodes | Emit light and detect reflected light | Oura / TechInsights |
| Design example | Texas Instruments BQ25120A | Charging, voltage conversion and load control | TI datasheet; reference component |
AR1은 여러 작업을 통합하는 SoC이고, PSoC 6는 센서를 제어하고 코드를 실행하는 MCU다. MAX86178F는 센서에서 들어온 작은 전기 신호를 디지털 데이터로 바꾸는 앞단에 있다. 이름을 외우는 것보다 센서 → AFE → MCU/SoC → 메모리 → 무선의 어느 위치를 맡는지 보면 시스템이 빨리 이해된다.
링의 LED와 포토다이오드도 반도체다. LED는 전류를 빛으로 바꾸고, 포토다이오드는 들어온 빛을 전류로 바꾼다. 이 둘 사이에 손가락 조직이 놓이고, AFE가 그 전류를 읽는다. MCU는 광원을 켤 시점과 데이터를 읽을 시점을 맞춘다.
2. Snapdragon AR1: 카메라 한 개 뒤에 필요한 연산 블록들
2023년 Ray-Ban Meta는 12 MP 카메라와 마이크 5개를 탑재했다. Qualcomm은 AR1의 핵심으로 듀얼 ISP, 3세대 Hexagon NPU, 영상·오디오 처리와 저전력 설계를 제시한다. 카메라가 만드는 픽셀을 CPU 하나가 모두 처리하는 구조가 아니라, 작업에 맞는 전용 블록을 연결하는 구조다. Meta 제품 발표 · AR1 제품 자료
이미지 센서는 들어온 빛을 픽셀 값으로 출력한다. ISP(Image Signal Processor)는 이 데이터를 사람이 보는 이미지로 만드는 과정에서 색 복원, 노이즈 억제, 노출과 색 조정 같은 처리를 맡는다. 카메라의 Bayer 색 필터를 예로 들면 각 픽셀은 빨강·초록·파랑 중 일부 색 정보만 읽으므로, 주변 샘플을 이용해 색을 복원하는 과정이 필요하다.
그다음 저장이나 전송에 맞춰 영상을 압축한다. NPU는 신경망 연산을, CPU는 앱 실행과 제어를 담당한다. 같은 프레임을 처리하더라도 ISP는 화질, 인코더는 비트스트림, NPU는 모델의 출력이라는 서로 다른 결과를 만든다. 기능을 전용 블록에 나누면 CPU가 큰 픽셀 배열을 계속 복사하고 계산하는 부담을 줄일 수 있다.
| AR1 platform block | Main workload | Engineering pressure |
|---|---|---|
| ISP | Image formation and enhancement | Pixel throughput, line buffers, noise |
| Hexagon NPU | Neural-network processing | Model size, precision, memory traffic |
| CPU | Control and software execution | Response time, interrupts, scheduling |
| Audio processing | Voice capture and enhancement | Microphone synchronization, latency |
| Memory / connectivity | Buffering and data transport | Bandwidth, transfer energy, retries |
Platform functions from Qualcomm documentation; the product configuration in this article is the 2023 Ray-Ban Meta.
이 구조에서 메모리 대역폭이 왜 중요한지는 간단한 설계 예제로 계산할 수 있다. 12 MP 프레임을 픽셀당 12 bit로 읽으면 한 프레임은 18 MB다. 이런 프레임을 초당 30개 처리하는 가상 입력의 데이터율은 12,000,000 × 12 ÷ 8 × 30 = 540 MB/s다.
중간 영상을 메모리에 한 번 썼다가 다시 읽는 단계만 있어도 해당 단계의 데이터 이동량은 540 × 2 = 1,080 MB/s가 된다. 센서 입력 이외에 처리 단계 사이의 이동이 추가되는 셈이다. 이것이 ISP의 line buffer, 블록 간 직접 전달, 메모리 접근 횟수 감소가 중요한 이유다. 위 계산은 압축 전 데이터 경로를 설명하는 예제다.
사진 파일이 몇 MB라는 사실만 보고 내부 대역폭을 판단하면 이 중간 이동을 놓친다. 저장 파일은 이미 압축된 결과이고, 처리 중에는 더 큰 프레임과 작업용 버퍼가 존재한다. 프레임의 전체 영역을 메모리에 보관하는 방식과 몇 줄씩 처리하는 방식은 필요한 저장 공간과 지연도 다르다.
마이크 5개는 소리를 다섯 배 크게 만들기 위한 구성이 아니다
여러 마이크는 서로 다른 위치에서 소리를 읽는다. 마이크 간 도착 시간과 신호의 차이를 이용하면 원하는 방향의 음성을 강조하거나 주변 소음을 줄이는 처리에 사용할 수 있다. 스피커에서 나온 소리가 마이크로 다시 들어오는 성분을 제거하는 echo cancellation도 통화 품질에 관여한다.
오디오 경로에는 픽셀 대신 일정한 간격의 샘플이 흐른다. 설계 예제로 마이크 5개에서 각각 48 kHz·24 bit PCM을 읽으면 5 × 48,000 × 24 = 5.76 Mbit/s, 즉 720 kB/s다. 영상보다 데이터율은 작지만, 샘플의 시간 정렬과 끊기지 않는 처리, 짧은 지연이 중요하다.
예를 들어 10 ms 단위로 처리하면 채널당 480개 샘플이 한 블록에 들어간다. 블록을 크게 묶을수록 호출 횟수는 줄지만, 첫 샘플이 결과를 기다리는 시간은 길어진다. 음성 명령과 통화는 이 지연을 바로 사용자가 느끼므로, 처리량만큼 버퍼 길이와 실행 우선순위가 중요하다.
3. Oura Ring 4: PSoC 6와 MAX86178F가 빛을 데이터로 바꾼다
Oura Ring 4는 다중 파장의 PPG, 디지털 온도 센서, 가속도 센서로 몸의 변화를 읽는다. Oura가 설명하는 Smart Sensing은 18개의 광학 신호 경로에서 착용 상태에 맞는 경로를 고르는 방식이다. TechInsights의 분해 요약에는 다색 LED 2개와 포토다이오드 3개가 나온다. Oura 기술 소개 · Smart Sensing · 분해 요약
PPG(Photoplethysmography)의 출발점은 광원의 밝기가 아니라 시간에 따라 달라지는 수광 신호다. LED가 손가락 조직에 빛을 비추면 일부가 흡수되고 일부가 되돌아온다. 포토다이오드가 이를 전류로 바꾸며, 맥동에 따른 작은 변화가 비교적 큰 바탕 신호 위에 겹친다.
AFE(Analog Front End)는 이 전류를 읽기 좋은 전압 또는 전하 신호로 변환하고, 주변광과 오프셋을 다루며, ADC로 숫자화한다. 유효 신호가 작다고 증폭만 높이면 주변광이나 큰 DC 성분 때문에 입력 범위를 넘을 수 있다. 광원 전류, 적분 시간, 수신 범위와 샘플링을 함께 조절해야 한다.
ADI의 공개 MAX86178 제품군 자료는 최대 6개 LED와 4개 포토다이오드 입력, 두 개의 광학 수신 채널과 각 채널의 20-bit ADC, 주변광 제거 회로를 설명한다. 이 구조는 광원 선택과 작은 광학 신호의 디지털 변환을 하나의 AFE에 모으는 방법을 보여준다. ADI MAX86178
20-bit 변환에는 2²⁰ = 1,048,576개의 코드가 있다. 그러나 회로가 구별해야 하는 것은 코드 수 자체보다 잡음 속의 맥동 변화다. 수광 전류가 ADC의 입력 범위를 잘 활용하도록 맞추고, 포화 없이 작은 변화를 읽는 것이 실제 아날로그 설계의 과제다. ADC 해상도와 센서 시스템의 SNR을 함께 보는 이유다.
| Ring signal path | Semiconductor task | Useful design variable |
|---|---|---|
| LED → tissue | Optical excitation | Wavelength, pulse current, pulse width |
| Tissue → photodiode | Light-to-current conversion | Optical coupling, detector area |
| Photodiode → AFE | Acquisition and digitization | Ambient rejection, integration, ADC range |
| AFE → MCU | Timing, buffering and processing | Interrupt rate, transfer size, filtering |
| MCU → memory / phone | Retention and synchronization | Data reduction, latency, radio activity |
PSoC 6는 이 측정을 운영하는 쪽에 있다. 센서 설정을 전달하고, 측정 완료에 반응하고, 데이터를 읽어 필터링·저장·통신 작업으로 넘긴다. AFE가 신호를 잘 읽도록 만드는 일과 MCU가 그 결과를 제때 가져오는 일은 서로 다른 설계 과제다.
PSoC 6의 듀얼 코어 제품군은 Cortex-M4와 Cortex-M0+를 함께 둔다. Infineon의 시스템 설계 문서는 각각 최대 150 MHz와 100 MHz를 제시하며, 코어 사이의 공유 메모리와 통신을 설명한다. 이 제품군 구조에서는 계산이 많은 작업과 가벼운 제어를 나눌 수 있다. Infineon AN215656
두 코어를 잘 쓰려면 일을 나누는 기준도 필요하다. 센서 이벤트마다 공유 버퍼를 서로 잠그고 해제하면 동기화 비용이 커진다. 일정량을 한쪽에서 모은 뒤 소유권을 넘기는 방식은 전달 횟수를 줄이지만, 메모리와 지연을 더 사용한다. 저전력 MCU의 설계는 클록을 낮추는 일뿐 아니라 깨우는 횟수와 전달하는 데이터량을 줄이는 일이다.
가속도 센서는 움직임이라는 추가 단서를 제공한다. 광학 신호가 급격하게 흔들릴 때 같은 시간의 가속도 변화를 함께 보면 움직임에 따른 오염을 해석하는 데 도움이 된다. 온도 센서는 다른 시간축의 변화를 제공한다. 여러 센서의 값을 함께 쓰려면 정확한 타임스탬프와 시간 정렬도 필요하다.
4. 며칠 가는 반지를 만드는 것은 평균 전력이다
설계 예제로 3.8 V·20 mAh 배터리를 7일 사용한다고 하자. 공칭 에너지는 3.8 × 20 = 76 mWh, 동작 시간은 7 × 24 = 168 h다. 따라서 평균 전력 예산은 0.452 mW다. 사용 가능한 에너지를 공칭의 80%로 잡으면 부하 예산은 0.362 mW로 내려간다.
여기에 LED 펄스를 올려보면 광학 설계의 무게가 드러난다. LED 하나를 10 mA로 100 μs씩 초당 100번 켜면 duty cycle은 1%, 평균 전류는 0.1 mA다. LED 전압을 3.0 V로 잡으면 평균 광원 부하는 0.3 mW다. 드라이버 손실을 더하기 전부터 위의 0.362 mW 예산 대부분을 차지한다.
이 경우 MCU의 몇 퍼센트 속도 개선보다 광원 펄스의 길이·횟수·전류를 조절하는 것이 더 큰 변화를 만들 수 있다. 다만 광원 에너지를 줄이면 수광 신호도 달라진다. 단순한 전류 절감보다 필요한 신호 품질을 얻는 최소 광원 에너지를 찾는 문제가 된다.
평균 전력은 각 동작 상태의 전력에 체류 시간을 곱해 합산하면 된다. Pavg = Σ(Pi × ti) ÷ T다. 광학 측정, 데이터 처리, 무선 동기화와 대기 상태를 나누면 어떤 상태가 배터리를 소비하는지, 어느 빈도를 바꿔야 하는지 보인다.
짧은 통신도 반복되면 비용이 커진다. 설계 예제로 10 mW의 부하가 매분 1초씩 동작하면 평균은 10 ÷ 60 = 0.167 mW다. 같은 1초 작업을 5분마다 하면 10 ÷ 300 = 0.033 mW다. 전송 묶음과 앱 갱신 지연 사이의 선택이 배터리 시간으로 연결된다.
광학 측정의 펄스 폭, CPU를 깨우는 주기, 무선 전송을 묶는 크기는 모두 같은 평균 전력 예산을 나눠 쓴다.
PMIC는 충전기이면서 전원의 배분 장치다
센서와 MCU는 서로 다른 전압과 잡음 조건을 요구한다. PMIC는 배터리 전압을 필요한 전원으로 바꾸고, 쓰지 않는 부하를 끄며, 충전을 제어한다. 이 경로 자체의 소비가 작아야 긴 대기 시간이 가능하다.
웨어러블용 전원 회로의 예인 TI BQ25120A는 충전기, buck converter, LDO/load switch를 통합한다. TI가 제시하는 700 nA typical은 buck가 켜진 무부하 상태의 정지 전류다. 저부하에서 전원 회로 자체의 전류가 왜 중요한지 보여주는 사양이다. TI BQ25120A
LDO의 손실은 간단히 Ploss = (Vin − Vout) × Iload로 계산한다. 3.8 V에서 1.8 V·1 mA 부하를 공급하는 예에서는 부하가 1.8 mW를 쓰는 동안 LDO가 2.0 mW를 열로 소모한다. 정지 전류를 제외한 이상적 효율은 약 47%다.
buck converter는 스위칭으로 전압을 낮춰 이 손실을 줄일 수 있지만, 인덕터와 스위칭 잡음, 경부하 동작을 고려해야 한다. 민감한 아날로그 회로에는 buck 뒤에 LDO를 두는 구성도 가능하다. 전압 효율만이 아니라 보드 공간과 측정 잡음까지 함께 맞추는 선택이다.
5. 메모리와 BLE: 샘플을 얼마나 오래, 어떤 형태로 남길 것인가
설계 예제로 3 bytes 샘플을 4개 채널에서 초당 100개씩 읽으면 데이터는 1,200 bytes/s다. 하루치 원시 데이터는 1,200 × 86,400 = 103,680,000 bytes, 즉 103.68 MB다. 아래 계산은 헤더와 타임스탬프를 제외한 값이다.
이 스트림을 10분 보관하려면 720 kB가 필요하다. 32 KiB 버퍼는 약 32,768 ÷ 1,200 = 27.3초 분량을 담는다. 따라서 버퍼 크기를 정하면 MCU가 데이터를 가져가야 하는 최장 간격도 함께 정해진다. 다른 작업으로 CPU가 바빠져도 이 간격을 넘기기 전에 처리해야 한다.
센서마다 인터럽트를 발생시키는 대신 FIFO에 샘플을 모았다가 일정 수량이 쌓이면 알리게 할 수 있다. DMA가 지원되는 경로라면 CPU가 샘플마다 복사하지 않고 주변장치와 메모리 사이의 전송을 맡길 수 있다. 이렇게 줄인 CPU 활동은 대기 시간 확대와 다른 처리의 여유로 돌아온다.
| Data strategy | Storage / radio effect | Design cost |
|---|---|---|
| Keep raw samples | Highest retained detail | Larger buffers and transfer volume |
| Compress samples | Smaller representation | Codec compute and metadata |
| Keep selected features | Compact summaries | Less detail for later reprocessing |
| Batch transfers | Fewer transfer sessions | More buffering and delivery delay |
무선에서는 유효 데이터 외에 연결 이벤트, 프로토콜 헤더와 재전송에도 에너지가 들어간다. 작은 패킷을 매우 자주 보내면 데이터가 적어도 깨어 있는 시간이 길어질 수 있다. 반대로 크게 묶으면 메모리가 더 필요하고 앱에 도착하는 정보가 늦어진다.
샘플을 줄이는 위치도 중요하다. AFE 뒤에서 원시 데이터를 전부 옮긴 다음 줄이는 방식은 앞단의 버스 부하를 그대로 둔다. 센서 또는 주변장치 단계에서 필요한 데이터만 넘길 수 있으면 이후 메모리와 무선의 작업량도 함께 줄어든다. 데이터 경로 앞쪽의 선택이 뒤쪽 여러 블록의 전력에 영향을 준다.
6. 마지막 설계는 칩 밖의 공간에서 결정된다
안경 다리에는 연산부, 전원, 배터리와 오디오 부품을 넣어야 한다. 링은 더 짧고 좁은 공간 안에서 센서가 피부를 향하고, 빛이 나가고 들어오는 창이 정렬되어야 한다. 칩 면적을 줄이는 것과 착용 가능한 제품을 만드는 것 사이에 보드·광학·기구 설계가 있다.
작은 WLCSP는 패키지 면적을 줄이는 선택지지만, 미세한 접점 간격은 보드 배선과 조립 공차를 어렵게 만든다. 여러 소자를 SiP로 묶으면 보드 위 연결을 패키지 안으로 옮길 수 있다. 그만큼 내부 연결, 열, 테스트와 수율을 패키지 수준에서 다뤄야 한다.
링의 광학부에서는 LED의 빛이 피부를 거치지 않고 포토다이오드로 직접 새는 경로가 문제다. 광학 창의 위치와 차광 구조, 부품 사이 거리와 정렬이 신호의 바탕 성분에 영향을 준다. 같은 AFE를 써도 광학 구조가 바뀌면 적정 광원 전류와 수신 범위가 달라질 수 있다.
RF 설계에서는 금속 외장과 인체가 안테나의 환경을 바꾼다. 이때 안테나 위치와 matching을 보드가 완성된 뒤의 부수 작업으로 두면 재설계가 커진다. 착용 상태의 연결 품질을 회로·기구 설계와 함께 확인해야 재전송으로 쓰는 에너지도 줄일 수 있다.
열도 평균값과 짧은 부하를 함께 본다. 긴 촬영이나 업로드는 안경 다리의 작은 영역에 연산·무선 부하를 집중시킨다. 열이 외장으로 퍼지는 경로, 피부와 닿는 면, 작업의 지속 시간이 온도 상승을 좌우한다. 배터리 총량이 충분해도 열 때문에 유지 가능한 처리량이 먼저 제한될 수 있다.
이 두 제품에서 읽을 핵심은 분명하다. AR1 설계는 프레임과 음성을 제때 처리하면서 데이터 이동과 발열을 줄이는 문제이고, Oura의 센서 설계는 작은 신호를 필요한 품질로 얻는 동안 광원·AFE·MCU·무선의 활동을 정밀하게 배분하는 문제다. 같은 웨어러블이라도 우선 최적화할 회로가 다르다.
Sources
- Meta, Ray-Ban Meta 발표, 2023-09-27.
- Qualcomm, AR1·XR2 플랫폼 발표, 2023-09-27.
- Qualcomm, Snapdragon AR1 Gen 1, 플랫폼 기능.
- Oura, Ring 4 기술 소개, 2025-03-18.
- Oura, Smart Sensing, 2024-10-03.
- TechInsights, Oura Ring Gen 4 Teardown, 2025-05-22.
- Analog Devices, MAX86178, 제품군 기능 및 데이터시트.
- Infineon, AN215656, PSoC 6 듀얼 코어 시스템 설계.
- Texas Instruments, BQ25120A, 전원 회로 설계 예시.
자료 확인 및 개정: 2026-09-29. AI의 도움을 받아 작성했다. 설계 예제의 입력값은 각 계산에 표시했다.
Disclosure
본 글은 정보 제공만을 목적으로 하며, 특정 증권의 매수 또는 매도를 권유하는 것이 아닙니다. 본 글에 포함된 수치와 사실은 기업 공시, 언론 보도, 시장 조사 등 공개적으로 이용 가능한 자료를 바탕으로 작성되었으며, 해당 자료 또는 작성 과정에서 오류가 발생할 수 있습니다. 필자는 언급된 기업의 주식을 보유하고 있을 수 있습니다. 모든 투자 결정 및 그에 따른 결과는 독자의 책임입니다.
📚 연재 목차
- 0회: 메타 글래스와 오우라 링 안의 반도체 (프라이머)
- 1회: 스마트워치 두뇌 전쟁 — Apple S10 vs Snapdragon W5+ Gen 2 vs Exynos W1000
