스마트폰 배터리 수명을 늘리는 전력 보호 칩

스마트폰에서 비디오를 보거나 1시간 혹은 2시간 동안 GPS를 이용하면 배터리가 아마도 매우 빨리 소모되는 것을 볼 수 있다. 데이터 속도가 상승하고 스마트폰이 더 많은 전력을 소비하면서 배터리 수명도 역시 걱정이 된다. 최근 MIT 시핀 아웃 에타 디바이스가 개발한 기술은 2배 더 휴대폰 배터리를 유지시킬 수 있고 휴대폰 내 에너지를 보호할 수 있는데 도움을 줄 것이다.

스마트폰 배터리 소모에서 주된 원인은 전화기들의 안테나들을 통해 라디오 신호를 제거하도록 디자인된 소자인 비효율적인 전력 증폭기이다. 비슷하게 큰 모듈들이 전력을 10배에서 100배 이용할 수 있는 무선 베이스 스테이션 안에서도 발견된다. 특별히 주어진 시간에서 상당히 큰 데이터를 보내기 위해 준비된 이 증폭기들은 다른 스마트폰 소자들 이상 베이스 스테이션 내 전기 소비의 약 75퍼센트의 전력을 소비하고 열로 이 전력의 절반 이상을 낭비하도록 최대 전압을 유지한다. 이는 스마트폰 배터리가 수명을 잃고 베이스 스테이션이 에너지를 낭비하고 금전적으로 손해를 보는 것을 의미한다.

그러나 에타 디바이스는 이런 낭비를 줄이도록 요구된 증폭기들에 전력을 공급하는 전압을 조절하기 위해 기본적으로 장치들을 스위치하도록 거의 십 년간의 MIT 연구에 기반한 베이스 스테이션을 위한 신발상자 크기 모델과 스마트폰을 위한 칩을 개발했다.

전력 증폭기들이 배터리에서 사용하는 수 나노초마다 전력의 양을 조정하는 고속 기어박스로써 우리의 기술을 찾을 수 있다고 이 기술을 공동 개발한 전자 공학과 전 부교수이며 에타 디바이스 기술 사장인 조엘 도슨 박사가 설명했다. 이는 매우 높은 효율을 유지하기 위해 중요한 소자가 되도록 도와준다.

작년 베이스 스테이션 안에서 시도할 때, 에타 디바이스의 모듈은 70퍼센트 이상 평균 효율을 얻기 위해 4G LTE 네트워크를 최초의 송신기가 되었다. 이전까지 가장 높은 효율은 45퍼센트이고 이는 이마 평균적인 것이었다.

수 백만 달러의 투자 지원을 가진 MIT 전기 공학과 교수인 데이비드 페레얼트 박사과 전 MIT 슬로안 연구원 매티어스 아스트롬에 의해 공동 창업된 에타 디바이스는 큰 베이스 스테인션 제조업자와 협력해 왔다. 목표는 2015년 말까지 라이브 베이스 스테이션 내에 이 기술을 배치하는 것이다.

또한 에타 디바이스는 내년 말까지 그들의 칩들을 내장하기 위해 LTE 가능 스마트폰의 주 제조자들과 함께 대화에 들어갔다. 도슨은 이것이 현재 스마트폰 배터리 수명을 잠재적으로 두 배 증가시킬 것이라고 말했다.

배터리 수명 이외, 통신 산업이 개선된 효율의 장점에 혜택을 받을 수 있는 많은 방법들이 있다. 에타 디바이스의 접근방법은 예를 들어 열로 덜 소실되기 때문에 더 작은 송수화기를 개발할 수 있게 할 것이다. 이 기술은 베이스 스테이션들이 전력을 위해 비싼 디젤 연료에 의존하는 개발도상국 내 베이스 스테이션들을 위해 작동 비용을 줄일 수 있게 해 줄 것이다.

최종적으로 이는 환경에 좋은 영역을 끼칠 것이다. 만약 모든 중간 크기 이동 네트워크들이 에타 디바이스의 기술로 현재 라디오 증폭기들을 대체한다면 온실 가스들의 감소는 5백만 대의 자동차들이 도로에서 내뿜는 것과 같은 양이다.

지난 8월 세계 경제 포럼은 2015 기술 개척자로 에타 디바이스를 선정했다. 드롭박스, 스포티파이, 트위터와 같은 회사들이 이전에 선정되었다. 에타 디바이스의 상업적 성공은 부분적으로 MIT 에서 비즈니스 통찰력으로 알아차린 공학적 창의력의 산물이다.

전력 전자 연구 그룹을 지도하는 2008년 도슨과 페리얼트는 상업적인 부품들을 개발하기 위해 관련 학제들에서 MIT 학생들과 함께 연구한 혁신팀 (i-Teams) 수업에 비대칭 멀티레벨 아우페이징(AMO)으로 불린 에타 기술의 초기 개념을 제출했다.

AMO 기술은 알고리듬들이 개별 전력 증폭기 내에서 데이타를 수신하는데 요구되는 서로 다른 전압들에서 선택하고 전력 전환을 위한 최적의 선택을 취하고 초당 약 20 백만 번 실시할 수 있는 새로운 수신기 구조였다.

이는 새로운 큰 것을 찾고 있으며 10년 동안 모바일 산업에서 근무한 후 MIT에 온 아스트롬의 눈에 들어왔다. 아스트롬의 도움으로 교수들은 베이스 스테이션들로 최기 기울어진 모바일 시장을 위해 이 기술을 디자인하기 시작했다.당시, 아스트롬은 모두와 마찬가지로 점심시간 배터리가 소모된 아이폰에 놀라워했다. 그 아이폰은 일년 동안 사용한 것이지만 얼마나 많은 데이타 통화량이 증가했는지 볼 수 있을 것이다.

i-Team 초안에서 사업 계획을 완성한 두 교수들은 표준 시스템들에 효율에서 77퍼센트 게인을 보인 첫 번째 하드웨어 제품으로 2009년 기술 혁신을 위한 데쉬판데 센터 지원을 얻었다. 이 기술을 설명한 논문은 그해 IEEE 라디오 주파수 집적 회로 심포지엄에서 제출됐다. 그 데쉬판데 센터 지원은 지원 자체가 컸으며 지역 벤처 자본가들과 연결시켜주고 이런 사업 사고방식을 사고하는데 도움을 주었다.

에타 디바이스는 CEO로 아스트롬을 필두로 2010 년 출범했다. 그로부터, 에타 디바이스의 캠브리지와 스톡콜름 사무실에서 모든 빠른 프로토타입을 만들고 소비자 피드백을 모았다.

회사를 독립적으로 운영하는 것은 새로운 전력 전자소자 하드웨어를 가지고 이 기술을 입증하기 위한 최고의 방법이었다고 도슨이 전했다. MIT에서 놀라운 성능을 가졌지만 현재 전시간 이 기술에서 근무하는 전문가 팀을 가지고 있다. 이에 따른 성능 숫자들은 굉장하다. 현재 그들은 과거 연구들로 되돌아가 고유 MIT 연구 논문들을 미친듯이 연구하고 있다.

다행히도, 몇 가지 획기적인 변화들이 현재의 ETAvanced를 개발하기 위해 그런 오래된 연구 프로젝트들에서 나왔고 이 기술의 비밀 결과들을 안전하게 발전시키고 있다.

현재, 에타 디바이스의 주된 장점은 이 기술이 계속 증가하는 데이터 대역폭을 다룰 수 있다는 것이다.

다수의 주 스마트폰 제조자들은 현재 즉석에서 증폭기들에 전력을 공급하는 전압을 조절하는 포락선 추적 (ET)을 이용하고 있다. 그러나 계속적으로 이 전압을 조절함으로써 ET 효율은 4G/LTE와 802.11ac (WiFi) 무선 표준에 대하여 20MHz 대역폭까지만 사용되고 있다. 이와 반대로 ETAvanced는 LTE 어드벤스드 (80 MHz)와 차세대 WiFi 표준 (160 MHz) 등 더 새로운 통신 표준들에서 사용되는 초고 대역폭들에 이미 동조되고 있다.

미래 통신 표준들에 대비하는 것은 회사를 발전시키는데 도움이 되는 것이다. 작은 회사로서 또 다른 기술과 공정한 싸움에서 질 수 있다. 그러므로 그들이 이룰 수 없는 몇 가지 압도하는 장점들을 가지고 있어야 한다. 새로운 하드웨어를 소개하여 오늘의 제품보다 더 나이지고 미래 증명을 이루기 위해 굴복시키는 경우를 만들어야 한다고 아스트롬 박사가 전했다.

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 스마트폰 배터리 수명을 늘리는 전력 보호 칩