SK하이닉스 “HBM 승부는 패키징”...AI 반도체 경쟁판 바뀐다[핫칩스 2026]

GPU·HBM·파운드리 함께 설계하는 시대
“이제는 HBM 업체만의 문제가 아니다”
HBM 가장 먼저 조립돼 열·응력 모두 견뎌야
20단 적층 위한 하이브리드 본딩도 개발

이재식 SK하이닉스 아메리카 부사장이 23일(현지시간) 미국 스탠퍼드대에서 열린 반도체 학회 ‘핫칩스 2026’에서 발표하고 있다. [사진=원호섭 특파원]

고대역폭메모리(HBM) 경쟁이 메모리 성능에서 패키징 기술 경쟁으로 옮겨가고 있다. SK하이닉스는 인공지능(AI) 반도체 시대에는 HBM 자체의 성능뿐 아니라 GPU, 패키징, 파운드리 공정까지 함께 최적화해야 경쟁력을 확보할 수 있다고 강조했다.

이재식 SK하이닉스 아메리카 부사장은 24일(현지시간) 미국 스탠퍼드대에서 열린 반도체 학회 ‘핫칩스 2026’에서 ‘HBM을 위한 첨단 패키징’을 주제로 발표하며 “앞으로는 HBM 자체만 볼 것이 아니라 고객의 패키징 기술이 HBM에 어떤 영향을 주는지도 함께 봐야 한다”라며 “3차원(3D) 적층 시대로 가면 HBM 업체만의 문제가 아니라 파운드리와 함께 개발해야 하는 과제가 될 것”이라고 밝혔다.

이 부사장의 발언은 AI 반도체 개발 방식이 달라지고 있다는 점을 보여준다. 과거에는 메모리를 완성한 뒤 PC나 서버에 꽂으면 됐지만 AI 반도체는 GPU와 HBM을 실리콘 인터포저 위에 함께 올려 하나의 칩처럼 패키징한다. 메모리 업체와 GPU 설계사, 파운드리, 패키징 업체가 처음부터 함께 설계해야 하는 이유다. SK하이닉스도 반도체 패키징이 기존 2차원(2D)에서 2.5D를 거쳐 3D 적층 구조로 진화할 것으로 전망했다.

HBM이 AI 반도체에서 가장 먼저 조립된다는 점도 기존 메모리와 다른 점으로 꼽았다. 이 부사장은 “과거에는 메모리가 시스템 조립의 마지막 단계에 들어갔지만 AI용 HBM은 인터포저 위에 가장 먼저 실장된다”며 “이후 공정에서 발생하는 열과 기계적 응력을 모두 견뎌야 하기 때문에 신뢰성이 훨씬 중요해졌다”고 설명했다. 다양한 첨단 패키징 기술이 적용될수록 HBM이 받는 열과 응력도 달라지는 만큼 고객과 공동 개발이 필수라는 설명이다.

발표에서는 차세대 HBM 패키징 기술도 소개됐다. SK하이닉스는 현재 16단 적층을 넘어 20단 이상 HBM 구현을 위해 ‘하이브리드 본딩’을 개발하고 있다고 밝혔다. 이 기술은 기존 마이크로 범프를 없애 칩을 직접 연결하는 방식으로 동일한 높이에서 코어 다이 두께를 최대 24% 늘리고 범프 간격은 18마이크로미터(㎛) 이하로 줄일 수 있다. 열을 더 잘 전달해 발열 문제를 줄이는 효과도 기대된다.

HBM 내부 특정 영역에서 발생하는 ‘핫스폿’을 식히기 위한 기술도 공개했다. 이 부사장은 “HBM의 입출력 속도가 빨라질수록 일부 영역에 열이 집중되는 현상이 심해진다”며 “이를 해결하기 위해 고열전도 소재를 추가한 ‘iHBM’ 기술을 개발하고 있다”고 소개했다. 전체를 식히는 것이 아니라 열이 집중되는 부분만 집중적으로 냉각하는 방식이다.

이 부사장은 “HBM의 대역폭과 용량은 앞으로도 계속 커질 것이지만 열과 전력, 패키징이 더 큰 과제가 될 것”이라며 “이제는 메모리 업체 혼자 해결할 수 있는 문제가 아니라 고객과 파운드리, 패키징 업체가 함께 최적화해야 하는 시대가 시작됐다”고 말했다. [실리콘밸리 원호섭 특파원]