SK하이닉스가 고대역폭메모리(HBM)의 발열을 낮추기 위한 신기술을 공개했다. SK하이닉스는 차세대 제품부터 이 기술을 적용해 인공지능(AI) 시대 메모리 리더십을 더욱 공고히 한다는 계획을 세웠다.

SK하이닉스는 HBM 패키지에 일체형 냉각 요소(ICE)를 탑재해 발열을 낮춘 'iHBM' 기술을 공개했다고 26일 밝혔다.

ICE는 전기는 통하지 않지만 열 전도성이 뛰어난 실리콘 소재를 활용해 HBM 패키지 내부에 추가적 열 배출 경로를 형성하는 냉각 요소를 뜻한다.

HBM은 적층 단수 확대와 고속화를 거듭하며 폭증하는 AI 연산 수요를 대응하고 있지만 동시에 발열이 심해지는 문제가 발생한다. 이런 이유로 HBM과 그래픽처리장치(GPU)를 연결하는 'D2D PHY' 구간의 발열 밀도를 제어하는 기술이 HBM 기술 경쟁력의 핵심으로 부상하고 있다.

D2D PHY는 HBM 베이스 다이와 AI 고속 다이 간 초고속 데이터 통신을 가능하게 하는 물리적 연결 통로를 뜻한다. 발열 밀도는 단위 면적당 발생하는 발열량의 크기를 의미하며 기기나 시스템의 냉각 효율과 수명을 결정짓는 핵심 지표다.

모든 전자제품이 그렇듯 HBM도 열이 제대로 방출되지 않으면 칩의 성능이 저하되거나 수명이 줄어든다. 특히 HBM은 D램이 여러 층 밀착돼 있는 구조 때문에 효과적으로 열을 방출하는 것이 매우 까다롭다.

SK하이닉스는 2023년 3월 뉴스룸을 통해 HBM이 다른 메모리와 차별화되는 점을 설명하면서 “칩을 적층한 이유로 발열 해소에 문제가 생길 수 있어 개별 칩의 동작 속도는 약간 줄었고 반응 속도에서 약간의 손해가 발생한다”고 언급하기도 했다.

iHBM 기술은 이 문제를 구조적으로 해결했다. 기존 HBM은 열을 코어 다이를 거쳐 외부로 내보내는 간접적 방식에 의존했다. iHBM은 발열이 가장 집중되는 D2D PHY 영역 안에 ICE를 넣어 열이 빠져나갈 수 있는 전용 경로를 만든 것이 핵심이다. 이를 통해 SK하이닉스는 기존보다 열저항을 30% 이상 낮추고 고온·고부하 환경에서도 안정적 동작 특성을 유지할 수 있다고 설명했다.

SK하이닉스에 따르면 iHBM 기술은 양산성 측면에서도 강점이 있다. 시장에서 검증된 웨이퍼 수준 패키징(WLP) 공정을 적용해 안정적 대량 생산이 가능하다. 또 고객사의 기존 시스템 통합 패키지(SiP)와 높은 설계 호환성을 확보해 고객은 큰 설계 변경 없이 즉시 적용 가능하다.

WLP는 웨이퍼를 개별 칩으로 자르지 않은 상태에서 패키징 공정과 테스트를 한 번에 진행하는 기술로 칩의 크기를 줄이고 전기적 특성을 개선할 수 있는 공정 기술을 뜻한다. 

SK하이닉스는 iHBM 기술을 8세대(HBM5) 등 차세대 제품부터 적용해 고성능 컴퓨팅(HPC), AI 데이터센터 등 초고집적·초고대역폭 환경에서 요구되는 열 관리 수준을 충족하며 시스템 전반의 안정성과 운영 효율을 높인다는 계획을 세웠다.
 
이강욱 SK하이닉스 PKG개발 담당 부사장은 "iHBM은 메모리 설계 역량과 첨단 패키징 기술을 결합해 개발한 발열 최소화를 위한 최적의 솔루션"이라면서 "AI 환경에서 고객이 필요로 하는 가치를 선제적으로 제공하며 AI 메모리 리더십을 더욱 공고히 하겠다"고 말했다.