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[지식정보] IoT 센서 국제경쟁력 비교

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IoT 센서 시장 규모는 ’20366US$에서 ’25876US$으로 커질 것으로 예상되며 CAGR 19.0% 수준의 성장을 보일 것으로 전망된다. IoT 센서 시장은 미국(33.7%), EU(19.4%), 아시아·태평양(32.3%)로 미국과 아시아·태평양 시장이 양분하고, 이어서 EU가 시장을 점유하고 있다. 신규 시장으로 전통 제조업, 농업 등이 부상하고, 유사 제조공정에서의 기능 통합, 부품과 솔루션의 결합이라는 3대 트렌드 변화 발생하고 있다. 센서 솔루션 업체로의 주도권 이동하고, 주문형 센서는 시스템 반도체 시장과 같이 센서 설계업체와 위탁생산업체가 공존하는 생태계가 조성될 전망이다. 국가별로 센서 산업을 국가 핵심 산업으로 육성하기 위해 원천기술, 자본, 인력 등 성장 인프라에 대한 투자 지원정책을 추진하고 있으며 관련 규제를 완화하는 추세다. 기기·공장·빌딩·도시 등에 디지털 기술이 접목되고, 코로나19로 인한 비대면 서비스가 확산되고 있다. 덩달아 산업·사회 전반에 보안 위협이 일상화되면서 각국은 정보보호와 관련된 보안 이슈가 대두되고 있다. 글로벌 기업은 IoT 센서 하드웨어뿐 아니라 제공되는 SW에 대한 부분도 계약 시 중요하게 보고 있다. 

 

전 세계 IoT 센서 시장의 잠재력은 매우 높아 향후 3년 간 시장이 약 150~200%로 확대 전망이다. IoT 센서 주요 품목별 시장 규모는 이미지, 바이오, 화학센서가 가장 크며 3대 제품이 센서 산업의 약 40%를 차지하고 있다. 제조공정에서 사용되는 센서는 특정 환경 변화를 측정하는 수준에서 나아가, 데이터 처리, 자가 진단 등이 가능한 스마트 센서 기술로 전환이 가속화하고 있다. 제조공정에 사용되는 센서는 무선화지능화로 발전됨에 따라 소형화, 복합화, 저전력 중심으로 진화가 가속화될 전망이다.

 

정부는 스마트 제조 생태계 조성을 위해 정책을 추진 중이며, IoT를 비롯한 핵심 기술 개발 및 보급·확산을 통해 스마트 제조 시장의 성장을 견인하는 동인으로 작용하고 있다. 제조용 IoT 관련 정부 지원 정책은 제조 스마트화를 비전으로 요소 기술 단위에서 R&D 및 보급·확산과 연계하여 기술 경쟁력 확보 및 산업 생태계 육성을 지원하고 있다. IoT 플랫폼, 소프트웨어 업체와의 협력 및 공동 개발을 통한 기술 확보 전략이 필요하다. 단품 센서가 아닌 복합 구조 및 국내 강점을 보이고 있는 실리콘 기반의 센서 기술 확보 전략이 필요하다.

 

자료: KOTRA자료 21-148, 전기전자산업 해외 시장동향 및 시사점: 반도체 장비, 모바일 디스플레이, 3D프린팅, IoT 센서 산업 중심

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1. 글로벌 시장동향

 

글로벌 시장 동향 및 권역별 시장점유율

 

(시장 규모) IoT 센서 시장 규모는 ’20366US$ ’25876US$으로 커질 것으로 예상되며 CAGR 19.0% 수준의 성장을 보일 것으로 전망

- 스마트 시티, 자율 주행과 5G , 사물과 사물이 직접 상호 작용하는 IoT 관련 부품 수요 증가세에 맞추어 IoT 센서의 수요도 크게 늘어날 것으로 전망

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(성장성과 시장 점유율) IoT 센서 시장은 미국(33.7%), EU(19.4%), 아시아·태평양(32.3%)로 미국과 아시아·태평양 시장이 양분하고, 이어서 EU가 시장을 점유하고 있는 상황

- 미국 지역은 미국이, 아시아 지역은 일본이, EU 지역은 독일이 IoT 센서 시장을 과점하며 전 세계 산업을 주도하고 있음

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글로벌 가치사슬 변화

 

신규 시장(전통 제조업, 농업 등)의 부상, 유사 제조공정에서의 기능 통합, 부품과 솔루션의 결합이라는 3대 트렌드 변화 발생

- 전통 제조업, 빌딩 및 도시 인프라, 농업 등에서 IoT 센서 수요 증가

 

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- 기능은 다르나 제조공정이 유사한 센서는 통합하는 추세로 다품종 소량 비즈니스라는 한계 완화

* (사례) 보쉬는 압력과 온도를 동시에 측정하는 환경 콤보센서(BMP280)를 개발한 이후, 압력·온도·습도·가스 기능이 통합되어 향상된 BME680 센서를 연이어 출시

- HW가 점차 범용화되면서 센서 성능이 주요 차별적 요소가 되었으며, 맞춤형 SW 애플리케이션이 주목받고 있음

* (사례) GE는 스마트 팩토리에 자사 솔루션 디지털 파워 플랜트를 제공함에 따라 발전소 가동 시간 2.5배 향상

 

센서 솔루션 업체로의 주도권 이동

- 스마트센서 관련 하드웨어는 일부 대기업에 의해 과점될 것으로 전망

- 주문형 센서는 시스템 반도체 시장과 같이 센서 설계업체와 위탁생산업체가 공존하는 생태계가 조성될 것으로 전망됨

- 센서 범용화에 따라, 센서 가격은 하락 추세. 이로 인해 하드웨어 업체의 수익구조는 다소 악화되고 있음

- 스마트센서 분야의 산업가치는 기존 센서의 하드웨어에서 솔루션을 보유하거나, 시스템 설계가 가능한 소프트웨어 업체로 이동

- 센서 관련 하드웨어 업체 위상이 저하되는 것에 비해, 최근 다양한 이종 기기 등장에 따라, 이를 통합하고 전환시키는 소프트웨어의 중요성이 높아지고 있음

- 통합 플랫폼 운영사가 스마트폰, 자율주행차 등에 적용할 센서를 결정할 수 있으므로, Gogle, Apple O/S 설계기업이 업계를 주도할 것으로 전망됨

- 스마트 센서는 기술 주도형에서 응용 주도형으로 전환되고 있으므로, 솔루션이 필수 기술로 대두됨

 

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주요국 정책동향

 

국가별로 센서 산업을 국가 핵심 산업으로 육성하기 위해 원천기술, 자본, 인력 등 성장 인프라에 대한 투자 지원정책을 추진하고 있으며 관련 규제를 완화하는 추세임

 

기기·공장·빌딩·도시 등에 디지털 기술이 접목되고, 코로나19로 인한 비대면 서비스가 확산되면서 산업·사회 전반에 보안 위협이 일상화됨. 이에 따라, 각국에서 정보보호와 관련된 보안 이슈가 대두됨

 

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글로벌 주요 기업 현황 및 동향

 

글로벌 기업은 IoT 센서 HW뿐 아니라 제공되는 SW에 대한 부분도 계약 시 중요하게 보는 것으로 나타남

- 최근 20201월부터 미국 캘리포니아 주에서는 최초로 IoT 보안 관련 법*을 시행하며 Security IoT SW 기술에 대한 중요성이 대두되는 추세로 이는 스마트센서 시장으로도 확대될 전망

* ·간접적으로 인터넷에 연결하는 기기를 제조하는 업체는 모든 기기에 보안 기능을 갖춰야 하는 법을 제정

 

전 세계 IoT 센서 시장의 잠재력은 매우 높아 향후 3년 간 시장이 약 150~200%로 확대될 것으로 전망

 

권역별 주요기업 동향

 

Qualcomm(미국)

 

- 19857명의 엔지니어가 세운 퀄컴(Qualcomm, QCOM-US)은 퀄리티 커뮤니케이션이란 의미를 담고 있음

- 초기 비즈니스는 정부 프로젝트가 중심. 위성통신을 트럭 운송에 적용하는 사업 운영함

- 1990년대 CDMA(Code division multiple aces) 관련 연구를 위해 IPO를 한 이후 회사는 모바일 통신 기술을 선도하기 시작

- 회사의 매출 구성은 QCT(Qualcomm CDMA Technologies)QTL(Qualcomm Technology Licensing)의 두 부분으로 나뉨

- QCT는 모바일/무선통신 관련 칩을 판매하는 사업부와 QTL은 기술 라이센스료를 받는 사업부임

- 사업모델은 칩 디자인 및 지적재산권에 중점을 두고 있음

- 따라서 대부분의 칩을 TSMC, 삼성전자, SMIC와 같은 파운드리 업체에게 맡기고, 테스트는 ASE, Amkor와 같은 전문 테스트 업체에게 맡김. 하지만 RFE 관련 칩은 내부에서 생산

- 셀룰러 이외의 무선 연결 관련 제품(와이파이, 블루투스 등), 5G 인프라에 쓰이는 셀룰러 제품, 컴퓨팅 관련 제품들이 퀄컴에게 주요한 IoT 관련 비즈니스 아이템임

- IoT 엣지 디바이스의 비전 처리 전용 브랜드로 ‘Qualcomm Vision Inteligence Platform’을 만들었으며, SoC 제품 2개를 발표함

- 제품명은 QC605QC603으로 삼성전자의 10nm FinFet 공정을 통해 제조

 

Texas Instruments(미국)

 

- 1930년 미국에서 설립되었고 1954년 트랜지스터라디오를 처음 제조한 기업

- 1970~1980년대에 가전과 국방산업에 참여하여 DSP, Data converter, 센서 등을 생산하기 시작했으며 현재는 온도, 습도, 전류, 자기, 레이더, 초음파 센서 등을 제조 중에 있음

- IoT 용 프로세서, 전원관리회로, MCU 및 센서를 설계· 제조 판매 중

- 자율 주행 자동차와 스마트 빌딩에서 소규모 시스템에 적용되는 온도센서, mmWavel, 전류 감지, 자기, 습도, 초음파를 이용하는 특수 센서도 제조 중

 

Analogdevice(미국)

 

- 1965년에 설립된 기업으로 아날로그에 특화된 ADC, DAC, MEMS, DSP 칩을 가전과 산업용으로 생산

- 가속도 센서, 자이로스코프, 자기센서, 온도센서와 위치와 움직임 감지 광학 센서 생산.

- 전력 효율성 향상시킬 수 있는 제품을 제공하고 있음

- 최근 애저 키넥트(Azure Kinect) 기술 활용하기 위해 마이크로소프트(MS)와 전략적 제휴.

- MS의 애저 키넥트 기술을 활용, ADI는 더욱 우수한 3D 디테일로 이미징을 제공하고 먼 거리에서 작동하며 LoS(line-of-sight)에 관계없이 강력한 성능을 발휘하는 플러그인 플레이 기반 센서 시스템을 구축할 계획

- ADI의 새로운 무선 배터리 관리 시스템(wBMS)은 제너럴 모터스(GM)의 얼티엄(Ultium) 배터리 기술이 적용된 양산차를 통해 첫 선을 보일 예정

* ADIwBMS 기술은 전통적인 유선 하네스를 제거하여 최대 90%까지 배선을 줄이고 배터리 팩의 부피도 15%까지 축소할 수 있으며, 배터리 수명 주기 동안 주행 거리와 정확도를 떨어뜨리지 않으면서 설계 유연성과 제조 용이성을 향상시킴

 

BOSCH(EU)

 

- 1885년 정밀기계·전기기계 제조 업체로서 설립되었으며, 1887년 가솔린 엔진용 전자제품, 점화 장치 개발

- 1897년에 자동차 엔진용 점화 장치를 개발한 이후 자동차 전장품을 중심으로 하는 부품회사로서 지위를 확립

- 매년 개최되는 CES(Consumer Electronics Show)에서 데이터 인공지능, 사물인터넷을 활용하는 AIoT의 기술을 선보이며 적극적인 개발 활동을 나타냄

- CES 2021에서는 IoTAI를 결합한 커넥티비티 솔루션을 제시

- 제시된 솔루션은 자가학습(Self-learning)이 가능한 피트니스 트랙킹용 웨어러블(Wearables) 및 히어러블(Hearables) AI 센서로 이 센서를 사용하면 웨어러블 및 청각 장치 제조업체가 센서의 자가학습 AI 소프트웨어를 통해 고도로 개인화된 피트니스 추적을 제공.

 

STMicroelectronics(EU)

 

- 전자제품과 반도체를 생산하는 기업으로 ST마이크로일렉트로닉스(이하ST)의 생산공장은 이탈리아와 프랑스에 위치

- 스마트 드라이빙 및 IoT를 위한 혁신적인 반도체 솔류션을 제공하여 다양한 전자 애플리케이션 분야의 수요를 충족시키고 있음

- ST가 스마트 인프라 및 물류, 스마트 산업, 스마트 리빙을 통한 지속 가능성을 강력하게 추구하면서, 장거리 무선연결을 이용해 스마트 기기를 IoT(Internet of Things)에 연결하는 로라(LoRa®) SoC(System-on-Chip)를 발표

- STM32WLE5 SoC를 사용해 에너지 및 자원의 효율적 관리를 지원하는 원격 환경 센서, 계량기, 추적기, 프로세스 컨트롤러와 같은 장치를 보다 쉽게 개발하게 됨

- MEMS 기반의 스마트센서를 개발하고 있으며, 3축 가속도센서, 3축 자이로스코프를 신호처리회로, 머신러닝코어와 결합한 저전력, 고정밀 모션센서칩을 2019년에 출시함

- 2.5×3×0.83mm3의 크기이며, 내부 모션, 자유 낙하 같은 가속도 검출, 단일 또는 이중 탭 검출, 동작-무동작, 보행 수 카운터, 보행 검출 등 다양한 모션 감지 등의 처리가 가능

- 스마트폰, 자율주행 자동차, 로봇 등에 활용 가능함

 

Infineon Technologies(EU)

 

- 199년 모기업 지멘스로부터 독립하여 설립된 회사

- 자동차, 산업, 통신 및 범용 반도체와 시스템 솔루션을 제공

- ASIC, discrete ICIoT 용 센서를 생산할 수 있는 3차원 ToF(Time Of Flight) 이미지 센서를 생산

- 2021Wi-Fi 6/6E Bluetoth 5.2 콤보 제품을 출시

- 고성능의 안정적인 보안 AIROC 고성능 무선 커넥티비티 제품군을 확장하고 있음

 

2. 국내 산업동향

 

산업 특징

 

IoT 센서 주요 품목별 시장 규모는 이미지, 바이오, 화학센서가 가장 크며 3대 제품이 센서 산업의 약 40%를 차지

- 이미지 센서는 스마트폰 탑재량 증가, 타 센서 대비 높은 가격 등으로 인해 시장 규모가 가장 크며 2017년 기준 센서 산업에서 차지하는 비중은 13.4%로 나타남

- 바이오센서는 전체 센서 산업의 13.3%를 차지하며 혈당 측정 센서가 성장을 견인해오다 최근 헬스케어 패러다임이 치료에서 사전 예방으로 전환되며 더욱 큰 성장 가능성을 보여주고 있음

- 화학 센서는 전체 센서 산업의 11.8%를 차지하며 산소, 이산화탄소 등의 농도 등을 감지하여 가스 누출 사고 예방 등에 활용됨

- 자동차용 센서는 센서 산업의 23.3%를 차지하며, 자율주행차의 도입으로 2021년에 연평균 10.6% 성장이 예상

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산업 구조

 

제조공정에서 사용되는 센서는 특정 환경 변화를 측정하는 수준에서 나아가, 데이터 처리, 자가 진단 등이 가능한 스마트 센서 기술로 전환이 가속화

- 과거의 센서는 특정 물리/화학/기계적 변화를 측정하는 수준에 머물렀으며 센서의 수가 증가함에 따라 대용량 데이터를 중앙 집중 방식으로 처리하기에는 전력 소모가 커지는 단점이 존재

- MEMS SoC(System on Chip) 기술의 발전과 MCU가 내장되면서 데이터 처리, 저장, 자동 보정, 자가 진단, 의사결정, 통신 등의 기능을 수행하는 스마트 센서 중심으로 발전

- 스마트 센서의 주요 구조는 특정 환경 변화를 감지하는 센서, 데이터를 수집분석처리하는 MCU, 데이터를 서버로 전송 또는 수신 받는 통신 모듈을 하나의 반도체로 집적화되어 있음

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- 센서 자체에서 데이터를 가공처리하여 서버로 전송하는 분산 방식이 가능하여, 중앙 처리 장치의 전력 소모를 줄이고 유연한 생산 방식이 가능하여 제조업 스마트화를 위한 핵심 기술로 부상

- 센서를 통해 생성된 데이터는 실질적인 자동화스마트화의 기초가 되며, 상태 모니터링 및 진단을 통해 설비 등의 예지 보전 등에 활용

 

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제조공정에 사용되는 센서는 무선화지능화로 발전됨에 따라 소형화, 복합화, 저전력 중심으로 진화가 가속화될 전망

 

(소형경량화) 제조 장비에 적용되는 센서는 크기는 작고 높은 성능을 제공하는 센서 기술이 요구되며, 하나의 칩에 센서와 반도체 회로를 집적한 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술과 SoC 기술이 진화됨에 따라 고성능소형화 기술 개발이 활발

- 설치 장소의 제약에서 자유롭고, 밸브, 액츄에이터 등 소형부품에 통합 가능하며, 작은 크기로 최상의 성능을 제공하므로 다양한 애플리케이션에 적용이 가능

- 일례로 가속도 센서의 칩 크기는 2009년에 비해 1/9 수준으로 크기가 줄어 초소형으로 개발 중이며, 이에 따라 제조 장비도 점차 소형화되는 추세

 

(복합 센서) 복수의 센서를 단일 모듈로 집적화하여 서로 다른 감지 데이터를 결합하여 불확실성을 낮춰 더욱 정확한 정보를 생성하는 복합 센서 모듈이 개발되는 추세

- 보쉬는 압력과 온도를 동시에 측정하는 복합 센서를 개발한 이후 다양한 환경 측정용 센서를 통합하여 출시

- ST는 가속도센서, 압력 센서, 습도 센서가 결합된 멀티 센서 기반 제조용 스마트 센서를 출시

 

(저전력 센서) 제조 공정에서 무선 센서 기술이 활용되면서 장시간 유지가 가능한 전력이 요구되며 적은 전력으로도 센서를 가동하는 저 전력 기술 개발이 활발

- 제조 공정에서 사용되는 센서는 지속적인 전력 공급을 위해 전력 배선(유선)을 사용하거나, 배터리를 이용하고 있으며 이는 유지 보수, 설비 재배치 등에 투입되는 시간 및 비용을 증가시키는 문제가 있음

- 또한, 에너지 자립을 통해 배터리 교환과 전기 배선의 유지관리 비용을 줄일 수 있는 MEMs 기반의 에너지 하베스팅 기술*이 각광

* , 진동, 압력, , RF 등 일상생활에서 버려지거나 소모되는 에너지를 수집하여 전력으로 변환해 사용하는 기술

- 이에, 다중 에너지 수집이 가능하고 에너지 하베스팅 기능을 IoT 플랫폼에 연동시키는 연구가 활발히 이뤄지고 있음.(자료: 기술 동향 브리프 IoT, 한국과학기술기획평가원, 2020.8)

 

산업 육성을 위한 정부 정책

 

스마트 제조 생태계 조성을 위해 정부 주도의 정책을 추진 중이며, IoT를 비롯한 핵심 기술 개발 및 보급·확산을 통해 스마트 제조 시장의 성장을 견인하는 동인으로 작용

 

제조용 IoT 관련 정부 지원 정책은 제조 스마트화를 비전으로 요소 기술 단위에서 R&D 및 보급·확산과 연계하여 기술 경쟁력 확보 및 산업 생태계 육성을 지원하고 있음

 

(제조업 혁신 3.0전략) 산업부에서 4차 산업 혁명 시대에 대응하여 대한민국의 제조업이 나아갈 방향을 3대 전략6대 과제 중심으로 수립하고, 후속으로 ’153제조업 혁신 3.0 전략 실행 대책을 발표하여 스마트 공장 보급 확산을 지원하는 정책을 추진

 

(스마트 제조 혁신 비전 2025) 제조업과 ICT를 융합한 스마트 공장 구축을 통해, 중소중견기업의 제조혁신을 촉진하며 기반 산업 경쟁력을 확보

 

(스마트 제조 R&D 로드맵) 스마트 제조 산업의 미래 신성장동력 확보를 위해 4대 추진방향을 설정하고, IoT, CPS 등 첨단 기술과 시스템의 융합을 통해 스마트 제조 경쟁력 강화 추진(자료: KISTEP 기술동향브리프 2020 제조용 IoT 보고서 20208)

 

3. 해외기업 인터뷰 및 시사점

 

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인터넷 환경에서 모든 기기와 사물이 거미줄처럼 연결되고 있는 초연결 시대에 IoT 센서는 인간과 기기의 원활한 소통을 돕는 센서는 4차 산업혁명 시대의 산업을 견인하는 핵심 기반 기술임

 

주요 국가에서는 IoT 기술을 산업의 주요 기술로 판단, 지원이 확대되고 있으며 국내에서는 첨단 스마트센서 육성 사업을 통해 2015년부터 지원 중

 

기존의 단순 하드웨어 개발에서 시스템 설계가 가능한 플랫폼/소프트웨어와의 통합 기술 개발 진행

* 소형화 및 고집적화에 따른 복합 센서 개발

* 실리콘 화합물 소재 재질 개발

* 딥러닝, 기계학습, 분산컴퓨팅 기술을 적용한 기술 개발

 

기술 개발 전략 마련 필요

- IoT 플랫폼, 소프트웨어 업체와의 협력 및 공동 개발을 통한 기술 확보 전략 필요

- 특히 중소기업에서는 IoT 용 지능형 센서 기술에 대한 이해와 의사결정이 쉽지 않으므로 정부의 기술 로드맵 이행이나 연구기관과의 기술 개발 협업을 통해 리스크를 감소하는 것이 중요

- 단품 센서가 아닌 복합 구조 및 국내 강점을 보이고 있는 실리콘 기반의 센서 기술 확보 전략 필요

 

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[지식정보] 생명공학(BioTech) 산업 10대 트렌드

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생명공학(바이오테크)은 생물학적 시스템, 살아있는 유기체 또는 그 일부를 사용하여 다른 제품을 개발하거나 만드는 기술이다. 빵을 양조하고 굽는 것은 생명공학(원하는 제품을 생산하기… 더보기

[칼럼] 도시인 정신 건강을 증진하는 도시 미래 6개 트렌드

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작년 초부터 시작된 코로나 19 대유행은 우리가 살고, 일하고, 노는 장소의 모양, 느낌, 기능 등 모든 것을 다시 생각하게 하는 계기를 만들었다.도시부동산 연구단체인 ULI는 최… 더보기

[지식정보] 글로벌 제약(Pharma) 10대 트렌드

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StartUs Insights는 전 세계 제약 회사 1,745개의 새로운 솔루션을 분석하고 영향력이 큰 상위 10개 제약 산업 동향을 제시하고 있다. 이과 관련하여 영향력 있는 산… 더보기

[지식정보] 국내 스마트시티 현황

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KDB 미래전략연구소가 최근에 발표한 ‘국내 스마트시티 현황과 시사점’을 정리하였다.스마트시티는 ICT 기술을 접목한 최첨단 도시 모델로 교통 혼잡, 에너지 부족 등 각종 도시문제… 더보기

[칼럼] 글로벌 헬스케어 10대 트렌드

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최근 글로벌 의료(헬스케어)산업 트렌드는 임상 진단, 치료, 질병 관리 과제를 해결하는 신기술 솔루션으로 가고 있다. 생명공학정책연구센터에 의하면, 지난해 글로벌 시장규모는 215… 더보기