스마트폰을 새로 살 때마다 제가 가장 먼저 확인하는 게 카메라 부분입니다. 성능은 올라가는데 카툭튀, 즉 카메라가 툭 튀어나온 설계는 해가 갈수록 더 심해지는 것 같아서 솔직히 불만이었습니다. 그런데 최근 삼성전자가 이 문제를 근본부터 뒤집을 수 있는 기술을 조용히 준비하고 있다는 걸 알게 됐습니다. 바로 메타표면(Meta-surface) 기술입니다. 이게 단순히 카메라 하나 개선하는 얘기가 아니라는 걸 알고 나서, 저는 꽤 오래 이 기술을 들여다보게 됐습니다.
나노프리즘으로 증명된 메타표면의 현실성
메타표면이란 머리카락 두께의 100분의 1 크기에 불과한 나노 구조체를 평평한 기판 위에 수천만 개 배열해 빛의 방향과 속도를 정밀하게 제어하는 기술입니다. 쉽게 말해, 두꺼운 유리 렌즈가 해온 일을 눈에 보이지도 않는 초미세 기둥들로 대신하는 겁니다. 인류가 2,000년 가까이 볼록 렌즈와 오목 렌즈에 의존해 온 방식을 완전히 대체하는 개념이라 처음 접했을 때는 솔직히 반신반의했습니다.
그런데 이게 '꿈의 기술'이 아니라는 강력한 증거가 이미 나와 있습니다. 삼성전자가 세계 최초로 상용화에 성공한 나노프리즘(Nano-prism)이 바로 그겁니다. 나노프리즘이란 메타표면 원리를 카메라 이미지 센서에 적용해, 기존에는 버려지던 빛의 절반 이상을 각 픽셀로 정확히 유도하는 구조입니다. 기존 카메라는 각 픽셀이 자신의 색에 해당하는 빛만 받고 나머지는 그냥 흘려보냈습니다. 제가 야간 촬영 결과물을 비교해봤을 때, 이 차이가 단순한 소프트웨어 보정과는 다른 결이라는 걸 느낀 적이 있습니다. 렌즈 크기를 키운 게 아니라 빛 자체의 경로를 재설계한 결과였던 겁니다.
삼성종합기술원은 이 기술에 10년 이상 막대한 자원을 투입해 왔습니다. 더 나아가 삼성전자와 포스텍(POSTECH)의 공동 연구에서는 기존의 두꺼운 다층 광학 구조를 단 500마이크로미터(㎛) 두께의 단일 층으로 압축하는 데 성공했습니다. 500마이크로미터란 1밀리미터의 절반에 불과한 두께로, 이것이 실제 AR 글라스나 VR 헤드셋에 적용된다면 지금처럼 기기 내부 공간의 80% 이상을 텅 비워 초점거리를 확보해야 하는 물리적 제약이 사라지게 됩니다.
메타표면 기술이 가져오는 변화를 정리하면 다음과 같습니다.
- 카툭튀 없는 완전히 평평한 스마트폰 카메라 설계 가능
- VR·AR 기기의 두께와 무게를 대폭 줄일 수 있는 초박형 광학계 구현
- 나노프리즘을 통한 저조도(야간) 카메라 성능의 비약적 향상
- 값비싼 반도체 공정 대신 인쇄 방식으로 대량 양산 가능
현재 이 분야에서 세계 1위 수준의 기술력을 보유한 기업이 삼성전자라는 평가가 나오는 이유가 여기 있습니다(출처: 삼성전자 공식 연구소 소개 — 삼성종합기술원).
광학혁신이 바꿀 주가전망, 그리고 냉정한 시각
접는 스마트폰도 처음에는 말이 안 된다고 했습니다. 제가 갤럭시 폴드 초기 소식을 들었을 때 주변에서 "그게 팔리겠냐"는 반응이 훨씬 많았습니다. 근데 삼성은 세계 최초로 폴더블폰을 상용화해 냈습니다. 메타표면도 같은 맥락으로 볼 수 있습니다. 이미 나노프리즘 상용화라는 첫 번째 계단을 올라섰고, AR 글라스 프로토타입 데모까지 완성된 상태입니다.
투자 관점에서 현 시점의 삼성전자를 보면 흥미로운 수치가 눈에 들어옵니다. PER(주가수익비율)은 기업의 주가가 연간 순이익의 몇 배로 거래되고 있는지를 나타내는 지표인데, 현재 삼성전자의 PER은 글로벌 AI 대장주 엔비디아와 비교해 현저히 낮은 수준입니다. 영업이익 규모가 엔비디아에 근접하고 있음에도 시장에서 평가받는 기업가치는 약 5분의 1 수준에 머물고 있다는 점은, 저도 처음 숫자를 확인했을 때 예상 밖이었습니다.
HBM(고대역폭메모리)은 기존 D램 구조를 수직으로 쌓아 데이터 처리 속도를 폭발적으로 높인 기술입니다. SK하이닉스가 HBM 세계 1위, 삼성전자가 2위를 달리며 AI 반도체 붐의 핵심 수혜주가 된 건 이미 잘 알려진 사실입니다. 메타표면은 이 HBM과 성격이 다릅니다. HBM이 기존 구조의 성능을 극한까지 끌어올린 기술이라면, 메타표면은 빛을 다루는 광학계의 패러다임 자체를 바꾸는 기술입니다. 그 파급력의 크기도 다르고, 리스크도 다릅니다.
물론 냉정하게 봐야 할 부분도 있습니다. 메타표면은 아직 스마트폰 전체에 적용된 상용 제품이 나온 단계가 아닙니다. 나노 구조체의 대량 생산 공정 안정화, 수율 관리, 실제 소비자 환경에서의 내구성 등 넘어야 할 기술적 허들이 남아 있습니다. 국내외 광학 분야 연구 동향을 보면 메타표면 연구는 삼성 외에도 여러 기관에서 경쟁적으로 진행 중입니다(출처: 한국연구재단 — 기초연구사업 광학 분야 현황). 기술 선점이 곧 시장 지배로 이어지려면 상용화 속도와 생태계 구축이 뒷받침돼야 합니다.
메타표면이 성공적으로 스마트폰과 AR 기기에 탑재되는 시대가 오면, 애플이든 구글이든 메타든 현실을 캡처할 이미지 센서와 광학계는 삼성 없이 완성하기 어렵게 됩니다. 그 구도는 지금 HBM에서 보이는 것과 닮아 있습니다. 그때 주가가 어떻게 될지는 아무도 단언할 수 없지만, 기술의 방향이 어디를 향하고 있는지는 제법 선명하게 보이는 것 같습니다.
이 기술이 시장에서 언제 본격적으로 평가받을지는 지켜봐야 알 일입니다. 다만 저는 삼성전자가 10년 넘게 '본전을 생각하지 않고' 쌓아온 기술이 서서히 수면 위로 올라오고 있다는 사실 자체는 꽤 무겁게 받아들이고 있습니다. 투자 판단은 각자가 해야 할 몫이고, 이 글은 어디까지나 기술 동향에 대한 개인적인 분석과 의견 공유임을 밝혀둡니다.