SK텔레콤-비트리, QRNG 칩셋 상용화…스마트폰·IoT·자율주행 ‘철통보안’

세계 최초 모바일용 QRNG 칩셋 상용화에 4년 소요

100만번의 테스트…오픈 API·양자보안 적용산업 넓혀

QRNG 칩셋. [사진=SK텔레콤]

“세계 양자보안 1위 기업 IDQ에 양자난수를 만드는 원천 기술이 있는데 이를 반도체 칩셋 형태로 상용화하고 싶습니다. 칩셋을 함께 개발해 주시겠습니까?”

오늘의 '갤럭시A퀀텀'이 있기까지 4년에 걸친 SK텔레콤과 비트리의 긴 도전이 시작된 순간이다.

2014년 설립된 비트리는 이미지 센서와 같은 반도체 칩셋을 정밀 설계하고, 이 솔루션을 글로벌 반도체 제조사에 공급하는 팹리스(Fabless) 기업이다. 마침 SK텔레콤은 세상에 없던 양자난수생성(QRNG) 칩셋을 상용화하기 위해 반도체 설계 전문 기업이 절실하게 필요했다.

비트리는 고민 끝에 SK텔레콤, IDQ와 손잡고 미래 양자 기술 개발에 협력하기로 했다. SK텔레콤과 IDQ가 2018년 한솥밥을 먹게 된 이후에는 개발에 가속도가 붙었다. 그리고 올해 모바일용 QRNG 칩셋(가로·세로 2.5x2.5㎜)을 세계 최초로 상용화했다.

◇100만번의 테스트, 갤럭시A퀀텀에 들어간 순수 난수

'세계 최초 모바일용 칩셋 상용화'라는 미션이 떨어진 건 2018년 초였다. SK텔레콤과 삼성전자 경영진이 '국제전자제품박람회(CES)'에서 QRNG 칩셋을 스마트폰에 탑재하는 데 뜻을 모았기 때문이다. 이는 지난달 출시된 세계 최초 양자보안 5G 스마트폰 '갤럭시A퀀텀' 탄생의 시발점이 됐다.

당시 사물인터넷(IoT)·자율주행용 QRNG 칩셋(5.0x5.0㎜)을 막 상용화한 비트리는 훨씬 더 작은 크기의 모바일용 칩셋을 개발해야 했다. 삼성전자 스마트폰의 높은 품질 기준을 통과하기 위해 칩셋 설계 및 테스트를 거듭했다.

특히 스마트폰 내 탑재를 위해 칩셋 크기를 매번 1㎜ 단위로 줄이는 데 각고의 노력이 들어갔다. QRNG 칩셋에는 LED 광원, CMOS 이미지센서, 전력 어댑터 등 수많은 정밀 부품이 들어가는데, 사이즈를 줄일 때마다 모든 부품의 설계를 변경하고 새로 만들어야 했다.

비트리는 설계를 변경할 때마다 반도체 웨이퍼(Wafer)를 생산하는 DB하이텍과 최종 패키징을 담당하는 IA네트웍스에 다시 설계도를 전달하고, 또 다른 시제품을 만들어 테스트하는 과정을 끊임없이 반복했다.

또 완전한 무작위성(Randomness)을 가진 순수 난수를 생성하기 위한 테스트도 6개월간 약 100만번 진행했다. LED 광원부의 빛 방출 세기와 CMOS 이미지센서의 픽셀 각도를 100만번 조절한 셈이다. 마치 분무기로 A4 종이 위에 물을 뿌릴 때 물방울이 전면 곳곳에 골고루 뿌려지도록 환경을 설정하는 것과 같다.

결국 비트리는 약 2년 만에 모바일용 QRNG 칩셋을 세계 최초로 상용화하고, 삼성전자의 품질기준을 통과해 올해 4월 양산 절차에 돌입했다.

QRNG 칩셋의 양자난수생성 과정. [제공=SK텔레콤]

◇"글로벌 스마트폰·IoT·자율주행 시장 정조준"

QRNG 칩셋은 2016년 USB 형태의 시제품에서 현재의 초소형 칩셋으로 진화했다. 칩셋 안에서 발광다이오드(LED) 광원부가 빛(양자)을 방출하고, 이 빛을 CMOS 이미지 센서가 감지해 디지털 신호로 변환, 난수를 생성한다.

새끼손톱보다 작은 QRNG 칩셋에는 비트리의 설계 기술과 IA네트웍스의 패키징 기술이 응집돼 있다. 고온·저온, 다습, 정전기 등 극한 상황에서도 정상적으로 동작하도록 초기 설계 단계부터 수많은 신뢰성 테스트를 거쳤다.

또 물리적인 해킹을 방지하기 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.

SK텔레콤은 5G 초연결 시대를 맞아 더 많은 분야의 글로벌 기업들이 양자보안 기술을 필요로 할 것으로 보고, 관련 사업을 확대해 나가고 있다. 이미 QRNG 칩셋을 글로벌 스마트폰, IoT, 자율주행 기업에 공급하는 사업을 추진 중이며 일부 가시화했다.

스마트폰 분야에선 글로벌 스마트폰 제조사에 모바일용 QRNG 칩셋을 공급함으로써 양자보안 기술이 탑재된 스마트폰 라인업을 늘려나갈 계획이다. 또 개발자들을 대상으로 오픈 API를 공유하고, 스마트폰에서 이용 가능한 양자보안 기반 서비스도 확대할 예정이다.

이와 함께 차세대 보안 기능에 대한 수요가 높은 자동차 전장, 클라우드 산업 분야에 사용되는 반도체에도 QRNG 칩셋을 탑재해 반도체 성능을 고도화하는 사업을 추진 중이다.