신소재·3D 구조부터 하이브리드 본딩·CPO까지 데이터 병목 정조준 삼성·SK하이닉스와 공동개발…차세대 메모리 양산 적용 가속
왼쪽부터 무큰드 스리니바산 어플라이드 머티리얼즈 그룹 부사장, 박광선 어플라이드 머터리얼즈 코리아 대표. /사진=머니투데이방송(MTN)
세계 최대 반도체 장비기업인 어플라이드 머티리얼즈가 AI 반도체의 성능과 전력 효율을 떨어뜨리는 이른바 ‘메모리 장벽(Memory Wall)’을 해소하기 위한 기술 로드맵을 제시했다. 연산을 담당하는 프로세서의 성능은 빠르게 높아지고 있지만 데이터를 저장·공급하는 메모리가 이를 따라가지 못하면서 병목이 발생하고 있다는 판단에서다. 어플라이드 머티리얼즈는 공정 미세화만으로는 한계가 있는 만큼 새로운 소재와 3차원(3D) 구조, 첨단 패키징, 광통신 등 데이터 이동 경로 전반을 고도화해 돌파구를 마련한다는 전략이다.
어플라이드 머티리얼즈는 31일 ‘AI 메모리 스케일링: D램에서 HBM, 시스템 통합까지’ 미디어 브리핑을 열고 메모리 장벽을 해결하기 위한 네 가지 전략을 발표했다. ▲로직 반도체의 혁신 기술을 적용해 D램의 속도와 성능을 높이고 ▲첨단 패키징 기술로 HBM의 적층과 연결 효율을 개선하며 ▲메모리와 컴퓨팅을 더욱 긴밀하게 통합해 시스템 수준에서 데이터 이동 효율을 높이는 한편 ▲차세대 AI 메모리 기술을 개발하기 위한 기업 간 공동 혁신을 확대한다는 내용이다.
회사 측은 D램 안에서 데이터를 꺼내거나 넣는 트랜지스터에 신소재 '실리콘게르마늄'을 넣어 성능과 전력 효율을 개선할 수 있다고 전했다. 동시에 트랜지스터 구조를 평면형에서 지느러미 구조 '핀펫'으로 바꿔 누설전류를 줄이는 방안도 제시됐다.
어플라이 머터리얼즈 측이 시연한 HBM 모형. 앞쪽이 하이브리드 본딩을 활용해 D램을 더 촘촘하게 쌓은 HBM 모습이다. /사진=머니투데이방송(MTN)
D램과 같은 칩 사이를 연결할 때는 '하이브리드 본딩'을 활용하는 것에 대한 중요성을 강조했다. 어플라이드 머티리얼즈 측은 "현재 D램 칩을 층층이 붙이는 마이크로범프가 1mm² 당 1000개 정도의 신호가 오가는데, 하이브리드 본딩은 이것보다 10배에서 100배 많은 신호를 주고받을 수 있다"고 설명했다. 하이브리드 본딩은 D램을 쌓아 HBM을 만들 때 활용될 수 있다.
AI 데이터센터에서 서버 간 대용량 데이터를 전송할 때 전기 신호 대신 빛 신호를 활용하는 공동광학패키징(CPO) 기술도 메모리 장벽으로 인한 데이터 병목을 완화하는 방법으로 제시됐다. 데이터를 광신호로 전송해 일정 시간 안에 데이터를 옮길 수 있는 양을 늘리는 방법이다.
기업들이 공동 연구를 하고 이를 적용하기 위한 실증 플랫폼의 대한 필요성도 제기됐다. 어플라이드 머티리얼즈의 협업 플랫폼 'EPIC'은 반도체 신기술을 함께 개발하고 양산까지 연결하는 것을 목표로 한다. 삼성전자와 SK하이닉스가 창립 파트너로 참여하고 있는 가운데, 미국 실리콘밸리 EPIC 센터에서는 미래 기술을 처음 만들고 상용화하는 방향을 잡는다. 한국 오산에 위치한 'ACC 코리아'에서는 그 기술을 한국 고객사 공정에 맞춰 검증하고 양산 적용을 돕는다.
무큰드 스리니바산 어플라이드 머티리얼즈 그룹 부사장은 "EPIC 센터는 기술이 양산에 투입돼 효과를 발휘하는 것을 목표로 한다"며 "착수한 지 10개월 된 현 시점에서 고객사와 협업 기업 11곳과 계약을 달성하고 있으며, 첫 번째 연구개발 장비를 현장에 투입해 2개월 안에 본격 가동될 것"이라고 밝혔다.
박광선 어플라이드 머티리얼즈 코리아 대표는 "메모리 장벽이 과제로 떠오른 상황에서 패키징이 전략적 기술로 자리 잡았다"며 "미국 EPIC 센터에서는 미래 기술을 고객사와 함께 만들고, ACC 코리아에서는 삼성과 SK하이닉스의 양산 라인에 빨리 적용하도록 지원하겠다"고 전했다.
