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NAND만 3D니 HBM도 3D다



SK Careers Editor 김태형 


38단. 48단. 최근에 SK하이닉스에서 선보인 72단 NAND 플래시 까지, 반도체 관련 뉴스에서 자주 나오는 3D NAND 플래시의 적층 단수입니다. 그런데 낸드플래시 외에도 HBM이라는 반도체도 적층을 통해 고성능화를 이뤄냈다는 사실 알고 계셨나요? 


<HBM의 구조: 반도체를 쌓아 올린 구조, 코어다이 (검정색) 로직다이 (빨간색), 인터포저 (초록색)>


HBM은 'High Bandwidth Memory'의 약자로 광대역폭을 가지는 메모리로, 주로 그래픽 메모리에 사용됩니다. GPU에 들어가는 DRAM은 GDDR이라고 하는데 GDDR은 32bit에 불과한 대역폭을 가지고 있습니다. 이에 반해 HBM은 1024bit에 높은 대역폭을 가지는 메모리 반도체이죠. 여기서 Bit는 데이터의 입,출구라고 말할 수 있는데요. 이 출구가 HBM은 GDDR보다 많기 때문에 하나의 칩당 데이터를 처리하는 속도가 GDDR에 비해 느려도 전체로 보면 GDDR에 비해 엄청나게 빠른 속도를 자랑합니다. Bit를 차선에 비유를 한다면 데이터를 차량으로 생각할 수 있죠. GDDR이 제한속도가 100인 4차선 도로라면 HBM은 제한속도가 80인 16차선 도로라고 보시면 됩니다.


이러한 발전을 가능하게 한 것은 TSV라고 하는 후공정 기술 덕분입니다. 반도체를 만드는 과정은 전공정과 후공정으로 크게 나눌 수 있는데 전공정은 웨이퍼 위에 회로를 만드는 과정입니다. 이에 반해 후공정은 만들어진 회로를 자르고 외부와 접속할 선을 연결하는 패키징 과정입니다. 쉽게 설명하자면, 피자의 도우를 만들고 위에 토핑을 올리는 과정까지가 전공정, 피자를 먹기 쉽게 자르고 포장을 하는 과정이 후공정이라 할 수 있죠.


기존의 패키징 방법인 와이어 본딩 기술은 아래 그림에서 볼 수 있듯 기판과 반도체 칩을 연결하는 와이어가 칩 가장자리에 위치를 하기 때문에 칩과 기판의 데이터 이동 통로(와이어)의 개수를 늘리는데 한계가 있습니다. 


<기존의 와이어 본딩 기술> / 출처 : 교육과학기술부

 

<TSV 공정> / 출처 : 교육과학기술부

 



반면 TSV 기술은 그림에서 볼 수 있듯 수백 개의 미세한 구멍을 뚫어 칩을 관통하는 전극을 연결합니다. DRAM의 동작속도는 데이터의 이동 통로의 개수에 비례하기 때문에 기존 와이어 본딩 기술보다 더욱 많은 데이터의 통로를 만들 수 있는 TSV 기술을 활용하면 동작속도를 높일 수 있습니다. 


TSV 공정은 칩을 관통해서 데이터가 이동 하기 때문에 칩→기판칩 이러한 방식으로 데이터가 이동하는 와이어 본딩 기술에 비하여 데이터의 이동 경로가 짧습니다. 때문에 전력소모를 덜고 데이터의 이동속도를 빠르게 할 수 있습니다. 이 외에도 DRAM의 적층을 통해 기판에 필요한 면적이 97%까지 감소되어 초소형 고화질 기기를 기대 할 수 있습니다. 




데이터 처리 속도는 크게 늘고 전력소모와 제품의 크기는 줄어든 HBM, 이러한 장점 때문에 HBM의 채용분야는 그래픽 메모리에서 빅 데이터 처리를 위한 슈퍼컴퓨터, 서버, AI 기술 등으로 점차 채용 범위를 늘려 나가고 있습니다


HBM은 2014년 SK하이닉스와 AMD가 협력해서 처음 만들었고, 지난해에 반도체 올림픽이라고 할 수 있는 <국제 고체 회로 학술회의>에서는 HBM보다 속도를 올린 HBM2를 선보인 바 있습니다. 반도체 기술을 선도해 나가는 SK하이닉스에서 여러분의 꿈을 실현해 나가는 것은 어떨까요? 



Posted by SK Careers Journal skcareers

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