[디지털데일리 고성현 기자] SK하이닉스가 6세대 고대역폭메모리(HBM) 제품인 16단 HBM4에 기존 주력 기술인 어드밴스드 매스리플로우몰디드언더필(MR-MUF)과 하이브리드 본딩 기술을 함께 개발할 것을 시사했다. 하이브리드 본딩 적용 가능성이 아직 불확실한 만큼, 양 기술을 모두 확보해 16단 제품을 적기 개발하겠다는 목표다.

이강욱 SK하이닉스 PKG개발담당 부사장은 3일 대만에서 열린 '세미콘 타이완 2024'에서 "SK하이닉스는 HBM4 및 이후 세대 제품 개발을 준비하고 있으며, 대역폭, 용량, 에너지 효율 측면에서의 기술적 난제들을 해결하기 위해 2.5D 및 3D 시스템인패키지(SiP) 등을 포함 다양한 대응 방안을 검토하고 있다"고 밝혔다.

이 부사장은 "HBM4E 부터는 커스텀(Custom) 성격이 강해질 것으로 예상돼 다양한 고객 요구에 효율적으로 대응하기 위한 생태계 구축 관점에서도 글로벌 파트너들과의 협력을 강화해 가고 있다"고 전했다.

HBM은 D램 여러개를 실리콘관통전극(TSV) 기술로 수직적층한 메모리 패키지 제품으로, 데이터가 이동하는 통로를 늘려 대역폭을 크게 높였다. 이러한 특성에 따라 인공지능(AI)과 같은 대규모 데이터 처리를 요하는 데이터센터향 수요가 증가하고 있으며, 더욱 큰 대역폭과 처리 성능 향상을 위한 차세대 제품이 개발되고 있다.

HBM의 최대 개발 난제는 D램 적층 수 늘리기다. 초거대언어모델(LLM)의 용량 증가에 따라 HBM 성능이 높아져야 하는 반면, 표준 규격의 두께는 크게 늘지 않아 개별 D램의 두께를 최대한 얇게 만들어야 한다. 하지만 두께가 얇아지게 되면 압력과 열에 취약해져 휨 현상(Warpage)이 발생하기 쉽다는 문제가 있다.

하이브리드 본딩은 D램 칩을 전기적으로 연결하는 구리를 직접 연결하는 기술로 마이크로범프가 필요 없다는 점에서 이를 극복할 최선의 방안으로 꼽힌다. 범프가 없는 만큼 D램 간 간격을 줄여 패키지 두께를 얇게 만들 수 있고 최대 온도도 낮춰 열 방출 측면의 이점을 가질 수 있다. 다만 높은 전기 연결 접합부의 평탄화 난이도와 무수히 발생하는 이물질(Particle) 문제로 HBM용으로는 상용화되지 못한 상황이다.

이 부사장은 기존의 활용해 온 어드밴스드 MR-MUF의 이점을 강조하며 "MR-MUF 기술은 낮은 본딩 압력·온도 적용과 일괄 열처리가 가능해 생산성과 신뢰성 측면에서 타 공정 대비 유리하다"며 "높은 열전도 특성을 갖는 Gap-Fill 물질 및 높은 밀도의 메탈 범프 형성이 가능해 타 공정 대비 열 방출 면에서 30% 이상의 성능 장점이 있다"고 설명했다.

이어 그는 "SK하이닉스는 HBM3와 3E 8단 제품에 MR-MUF, 12단 제품에 어드밴스드 MR-MUF기술을 적용해 양산을 하고 있으며, 내년 하반기 출하 예정인 HBM4 12단 제품에도 어드밴스드 MR-MUF를 적용해 양산할 계획"이라며 "16단 제품을 위해 어드밴스드 MR-MUF와 하이브리드 본딩 방식 모두에 대한 준비를 하고 있으며, 고객 니즈에 부합하는 최적의 방식을 선택할 계획"이라고 강조했다.

특히 16단 제품에 대해 "최근 연구에서 16단 제품에 대한 어드밴스드 MR-MUF 기술 적용 가능성을 확인했다"면서 "하이브리드 본딩 기술을 적용할 경우 제품 성능, 용량 증가 및 열 방출 측면에서 장점이 있으나, 기술 완성도 및 양산 인프라 준비 측면에서 해결해야 할 여러 선결 과제들이 있다. 두 가지 방식에 대한 기술 완성도를 빠르게 높여, 메모리 고용량화에 대한 고객 니즈에 선제적으로 대응하고자 한다"고 덧붙였다.

이와 함께 HBM이 AI 서버의 학습 영역을 넘어 추론에서도 수요가 확장될 것으로 내다봤다.

이 부사장은 "HBM은 AI 서버와 고성능 컴퓨팅용 메모리로 광범위하게 채택되고 있다. 응용제품(Application)에 따라 다르지만 HBM 세대가 발전하며 훈련, 추론 AI 서버에 탑재되는 평균 채택 숫자도 더 늘어날 것으로 전망된다"고 말했다.

아울러 "현재의 8단, 12단 HBM3E는 초당 1.18TB 이상의 데이터를 처리하며 최대 36GB의 용량을 지원하는데, HBM4는 12, 16단으로 공급되며 용량은 최대 48GB까지, 데이터 처리 속도는 초당 1.65TB 이상으로 성능이 발전한다"며 "HBM4부터는 베이스 다이에 로직 공정을 적용해 성능 및 에너지 효율 향상을 기대하고 있다"고 덧붙였다.