SK하이닉스가 공개한 ‘iHBM 설루션’ 개념도 [사진=SK하이닉스]
[뉴시안 = 최문수 기자] SK하이닉스가 HBM(고대역폭메모리) 패키지 내부에 일체형 냉각 요소를 넣아 발열을 획기적으로 낮춘 ‘iBHM’ 기술을 공개했다. 이 기술은 차세대 제품인 HBM5부터 본격 적용될 예정이다.
26일 SK하이닉스에 따르면, AI(인공지능) 연산 수요가 폭증하면서 HBM은 칩을 더 높이 쌓고 속도를 높이는 방향으로 발전해 왔다. 하지만 성능이 좋아질수록 기기에서 발생하는 열이 심해지는 고질적인 문제가 존재했다.
특히, HBM의 두뇌 역할을 하는 베이스다이와 AI 고속 다이 사이의 초고속 데이터 통신 통로인 ‘D2D PHY’ 구간에 열이 집중적으로 몰려, 시스템의 냉각 효율과 수명을 결정짓는 ‘발열 밀도(단위 면적당 발열량)’ 제어가 차세대 반도체 경쟁력의 핵심 과제로 꼽혀왔다.
기존 HBM은 내부에서 발생한 열이 주변 칩을 거쳐 외부로 돌아 나가는 간접적인 방식을 사용했다면, 이번에 공개된 iHBM 기술은 발열이 가장 심한 통신 통로(D2D PHY) 내부에 ‘ICE’라는 열 제어 소자를 직접 집어넣었다.
ICE는 전기는 통하지 않으면서도 열을 흡수하는 성질이 뛰어난 실리콘 소재로 만들어졌다. 뜨거운 중심부에 일종의 ‘열 전용 고속도로’를 개척한 셈이다. 그 결과, 칩 내부의 열저항을 기존 방식보다 30% 이상 낮췄으며, 오랜 시간 무거운 연산을 처리하는 고온 환경에서도 칩이 멈추지 않고 안정적으로 작동하게 대안을 마련한 것으로 알려진다.
생산 효율성과 고객 편의성도 확보했다. SK하이닉스는 이미 시장에서 안정성을 검증받은 ‘Advanced MR-MUF’ 공정 기반의 ‘WLP(Wafer Level Packaging)’ 공정을 그대로 도입했다.
WLP는 웨이퍼를 낱개로 자르기 전에 패키징과 테스트를 한 번에 끝내 칩 크기를 줄이고 전기 성능을 높이는 기술이다. 덕분에 대량 생산이 용이하다고 한다.
아울러, 여러 칩을 하나의 주머니에 담는 고객사의 기존 ‘시스템 통합 패키지(SiP)’ 설계 환경과도 쉽게 호환돼, 전 세계 빅테크 기업들이 반도체 틀을 바꾸지 않고도 이 기술을 즉시 도입할 수 있도록 설계 부담을 최소화했다.
SK하이닉스는 이번 iHBM 기술을 HBM5 등 차세대 제품군부터 적용할 방침이다. 이를 통해 고성능 컴퓨팅(HPC)이나 AI 데이터센터처럼 엄청난 데이터와 열이 발생하는 초고집적 환경의 요구 조건을 충족하고, 반도체 시스템 전반의 안정성과 운영 효율을 한 단계 끌어올리겠다는 전략이다.
SK하이닉스 이강욱 부사장(PKG개발 담당)은 “iHBM은 메모리 설계 역량과 첨단 패키징 기술을 결합해 개발한 발열 최소화를 위한 최적의 설루션”이라며 “AI 환경에서 고객이 필요로 하는 가치를 선제적으로 제공하며 AI 메모리 리더십을 더욱 공고히 하겠다”라고 밝혔다.
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