다시 앞서가는 SK하이닉스, 발열 잡는 ‘iHBM’ 기술 공개… “HBM5 등 차세대 제품에 적용”

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고성능 HBM 시대 ‘발열’ 최대 난제
패키지 내 냉각 요소 적용… 열 방출 용이
고온·고부하 환경 안정적 동작 특성 확보
HBM ‘일반 면티’·iHBM ‘기능성 메시 티셔츠’
기존 고객사 설계 호환성↑… “기술 도입 부담 낮춰”

SK하이닉스 HBM 제품 이미지. SK하이닉스 제공
SK하이닉스 HBM 제품 이미지. SK하이닉스 제공
SK하이닉스가 발열을 획기적으로 낮춘 메모리 설루션 ‘iHBM’ 기술을 26일 공개했다. HBM(고대역폭 메모리, High Bandwidth Memory) 패키지에 일체형 냉각 요소 ‘ICE(Integrated Cooling Elements)’를 적용한 기술이라고 소개했다. ICE는 전기가 통하지 않지만 열 전도가 높은 실리콘 소재를 활용해 HBM 패키지 내부에 추가적인 열 배출 경로를 형성하는 냉각 요소다. 초고성능 HBM 메모리 설루션 시장에서 SK하이닉스가 다시 한번 기술 격차를 벌려 나가는 모습이다.

폭증하는 AI 연산 수요 대응을 위해 HBM은 적층 단수 확대와 고속화를 거듭하면서 성능이 발전하고 있다. 성능이 높아지는 만큼 발열이 많아지는 문제가 뒤따른다. 이로 인해 HBM과 GPU를 연결하는 D2D PHY(Die-to-Die Physical Layer) 구간 발열 밀도(Power Density)를 효과적으로 제어하는 기술이 차세대 hbm 기술 경쟁력 핵심으로 꼽히고 있다.

D2D PHY는 HBM 베이스다이와 AI 고속 다이(Die) 간 초고속 데이터 통신을 가능하게 하는 물리적인 연결 통로다. D2D PHY 구간에서 ‘발열 밀도’는 단위 면적당 발생하는 발열량 크기를 의미한다. 기기나 시스템 냉각 효율과 수명을 결정짓는 핵심 지표이기도 하다.
SK하이닉스 발열 잡는 ‘iHBM 설루션’ 개념도. SK하이닉스 제공
SK하이닉스 발열 잡는 ‘iHBM 설루션’ 개념도. SK하이닉스 제공
SK하이닉스 iHBM 기술은 이러한 발열 문제를 구조적으로 해결한 것이 특징이라고 한다. 기존 HBM은 열을 코어 다이(Core Die)를 거쳐 외부로 내보내는 간접적인 방식에 의존해 왔는데 iHBM은 발열이 가장 집중되는 D2D PHY 영역 안에 열 제어 소자(ICE)를 넣어 열이 빠져 나갈 수 있는 전용 경로(Heat Path)를 별도로 만들었다는 설명이다.

가령 기존 HBM이 일반 면 티셔츠라면 iHBM은 땀과 열이 많이 나는 부위에 전용 통풍 소재가 적용된 기능성 메시 티셔츠로 볼 수 있다. 이를 통해 기존 대비 열저항(Thermal Resistance)을 30% 이상 낮추고 고온·고부하 환경에서도 안정적인 동작 특성을 유지할 수 있다고 SK하이닉스 측은 전했다.
SK하이닉스 HBM4 제품 이미지. SK하이닉스 제공
SK하이닉스 HBM4 제품 이미지. SK하이닉스 제공

신기술 도입 부담↓… “고객사 기존 SiP 환경·설계 호환”
해당 기술 양산 이슈도 해소했다. 오히려 양산성 측면에서 강점을 갖췄다고 강조했다. 이미 시장에서 검증된 어드밴스드(Advanced) MR-MUF(Mass Reflow Molded Underfill) 기반 WLP(Wafer Level Packaging) 공정을 적용해 안정적인 대량 생산이 가능하다는 설명이다. MR-MUF는 반도체 칩을 쌓아 올린 뒤 칩과 칩 사이 회로를 보호하기 위해 공간 사이에 액체 형태 보호재를 주입하고 굳히는 공정을 말한다. WLP는 웨이퍼를 개별 칩으로 자르지 않은 상태에서 패키징 공정과 테스트를 한 번에 진행하는 기술이다. 칩 크기를 획기적으로 줄이고 전기적 특성을 개선할 수 있는 공정 기술로 알려진다.

특히 고객사의 기존 SiP(System in Package, 시스템 통합 패키지) 환경과 높은 설계 호환성을 확보한 만큼 고객들은 큰 설계 변경 없이 즉시 적용이 가능해 실질적인 기술 도입 부담을 낮췄다고 SK하이닉스 측은 소개했다.

SK하이닉스는 iHBM 기술을 HMB5 등 차세대 제품부터 적용해 고성능 컴퓨팅(HPC), AI 데이터센터 등 초고집적·초고대역폭 환경에서 요구되는 열 관리 수준을 충족하고 시스템 전반의 안정성과 운영 효율을 높인다는 계획이다.

이강욱 SK하이닉스 PKG개발담당 부사장은 “iHBM은 메모리 설계 역량과 첨단 패키징 기술을 결합해 개발한 발열 최소화를 위한 최적 설루션”이라며 “AI 환경에서 고객이 필요로 하는 가치를 선제적으로 제공하고 AI 메모리 리더십을 더욱 공고히 해 나갈 것”이라고 말했다.

김민범 기자 mbkim@donga.com
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