SK하이닉스, HBM 발열 잡는 설루션 개발 성공

ICE 넣어 발열 집중 구간 열 방출 경로 개선
열저항 30% 이상 저감
고온·고부하 환경서도 안정적 동작
검증된 MR-MUF 공정 적용으로 양산성 확보
높은 설계 호환성으로 고객 도입 부담도 낮춰
HBM5 등 차세대 제품부터 적용

[헤럴드경제=서경원 기자] SK하이닉스가 HBM(고대역폭메모리)의 주요 기술적 한계 요소로 지적돼 온 발열 문제를 획기적으로 개선할 수 있는 설루션을 공개했다.

SK하이닉스는 HBM 패키지에 일체형 냉각요소(ICE)를 내재해 발열을 크게 저감시킬 수 있는 ‘iHBM’ 기술을 26일 선보였다.

ICE(Integrated Cooling Elements)는 전기는 통하지 않지만 열 전도가 높은 실리콘 소재를 활용해 HBM 패키지 내부에 추가적인 열 배출 경로를 형성하는 냉각 요소를 뜻한다.

폭증하는 AI(인공지능) 연산 수요 대응을 위해 HBM은 마치 아파트 층수를 높이고 엘리베이터 속도를 높이는 것처럼 적층 단수 확대와 고속화를 거듭하며 성능이 발전해 왔다. 하지만 이에 따라 발열 문제도 동반 심화되는 딜레마가 있었다.

이에 HBM과 GPU(그래픽처리장치)를 연결하는 D2D PHY(Die-to-Die Physical Layer, 다이간 물리계층) 구간의 발열 밀도(Power Density, 단위 면적당 발생하는 발열량 크기)를 효과적으로 제어하는 기술이 차세대 HBM 기술 경쟁력의 핵심으로 부상했다.

이런 가운데 발표된 SK하이닉스의 iHBM 기술은 이같은 발열 문제를 구조적으로 해결할 수 있는 방안을 제시했다는 평가를 받고 있다.

기존 HBM은 열을 코어 다이(Core Die, 메모리층)를 거쳐 외부로 내보내는 간접적인 방식에 의존해 왔다. 하지만 iHBM은 발열이 가장 집중되는 D2D PHY 영역 안에 ICE를 넣어 열이 빠져 나갈 수 있는 전용 경로를 별도로 만들었다. 이를 통해 기존 대비 열저항을 30% 이상 낮추고, 고온·고부하 환경에서도 안정적인 동작 특성을 유지할 수 있게 됐다는 게 SK하이닉스의 설명이다.

양산성 측면에서도 강점을 갖췄다. 이미 시장에서 검증된 어드밴스드 MR-MUF(Mass Reflow Molded Underfill, 반도체 칩 적층 후 칩과 칩 사이 회로를 보호하기 위해 액체 형태의 보호재를 주입하고 굳히는 공정) 기반 WLP(Wafer Level Packaging. 웨이퍼를 개벼 칩으로 자르지 않은 상태에서 패키징 공정과 테스트를 한번에 진행하는 기술) 공정을 적용, 안정적인 대량 생산이 가능하다.

또 고객사의 기존 SiP(System in Package, 서로 다른 기능을 가진 개별 칩들을 하나의 패키지 안에 수직 또는 수평으로 배치해 하나의 시스템처럼 작동하게 하는 통합 패키징 기술) 환경과 높은 설계 호환성을 확보한 만큼, 고객들은 큰 설계 변경 없이 즉시 적용이 가능해 실질적인 도입 부담도 낮췄다는 설명이다.

SK하이닉스는 iHBM 기술을 HBM5 등 차세대 제품부터 적용해 고능성 컴퓨팅(HPC), AI 데이터센터 등 초고집적·초고대역폭 환경에서 요구되는 열 관리 수준을 충족하며 시스템 전반의 안정성과 운영 효율을 높이겠다는 계획이다.

이강욱 SK하이닉스 부사장(PKG개발 담당)은 “iHBM은 메모리 설계 역량과 첨단 패키징 기술을 결합해 개발한 발열 최소화를 위한 최적의 설루션”이라면서 “AI 환경에서 고객이 필요로 하는 가치를 선제적으로 제공하며 AI 메모리 리더십을 더욱 공고히 하겠다”고 말했다.