고대역폭 메모리 플래시볼트 개발의 주역! 52주차 IR52 장영실상 수상자를 만나다

지난 12월, 삼성전자 고대역폭 메모리 플래시볼트 ‘HBM2E Flashbolt’가 과학기술정보통신부에서 주관하는 2020년 52주차 IR52 장영실상에 선정되었습니다.

※ HBM(High Bandwidth Memory): 고대역폭 메모리로 최신 인공지능 서비스용 슈퍼컴퓨터, 네트워크, 그래픽카드 등의 프리미엄 시장에 최적의 솔루션을 제공

1초에 풀HD 영화 107편 전달! 고대역폭 메모리 플래시볼트 ‘HBM2E Flashbolt’

삼성전자가 2020년 2월 개발에 성공한 ‘HBM2E(High Bandwidth Memory 2 Extended, 고대역폭 메모리)’ 플래시볼트는 슈퍼컴퓨터의 연산을 위한 고성능, 고용량 D램인데요. HBM2E는 HBM D램의 최신 규격으로, 기존 D램보다 데이터 처리 속도를 혁신적으로 끌어올린 메모리를 뜻합니다.

실제로 16GB 용량의 플래시볼트는 기존 제품인 8GB HBM2 D램 ‘아쿠아볼트’ 대비 2배 많은 용량을 자랑합니다. 대역폭도 307GB/s에서 538GB/s로 약 1.75배 향상됐죠. 이 제품에는 16Gb D램 칩에 5,600개 이상의 미세한 구멍을 뚫고 4만개 이상의 TSV 접합볼로 8개 칩을 수직 연결한 3D구조의 TSV 설계 기술이 적용되었는데요.

속도와 용량의 한계를 돌파하기 위해 수많은 난관을 이겨내고, IR52주차 장영실상 수상의 영예를 안은 4명의 개발자들을 직접 만나 비하인드 스토리를 들어볼까요?

‘고대역폭 메모리 플래시볼트’ 개발 주역! 장영실상 수상자와의 만남

먼저, 고대역폭 메모리 플래시볼트의 핵심 기술은 무엇이며, 이 기술을 적용하는 과정에서 어떤 어려움을 겪었는지 궁금합니다.

최고 성능, 초고품질의 HBM2E를 위해 ‘신호 전송 최적화 회로 설계 기술’을 개발하고 최대 538GB/s의 초고속 성능을 달성했습니다. 이는 풀HD(5GB) 영화 107편을 1초에 전달할 수 있는 속도인데요.

8개의 칩이 적층 구조로 동작할 때 가장 구현하기 까다로운 부분이 메모리 셀의 품질입니다. 이를 해결하기 위해 시스템 ECC와 상호 보완 기능을 갖는 회로 기술을 개발했고, 최고 품질의 HBM2E 플래시볼트를 개발할 수 있었습니다.

고용량, 초고속 HBM2E 플래시볼트 제품을 개발하기 위해 프로세스 아키텍처 기술 개발 및 수율, 특성, 품질을 포함한 양산성 확보에 집중했던 당시, 예상치 못한 위기의 순간들이 있었습니다.

다행히 어려운 순간마다 전문가 그룹의 집단 지성을 이용해 문제의 근원을 찾았고, 개선 아이디어를 모아 어려운 난관을 헤쳐 나갔습니다. 자연스럽게 차세대 HBM 개발의 토대도 마련되었고요.

제 역할은 제품 개발 과정에서 범프 공정 이후 웨이퍼를 이용해 Post Fab 공정과 조립 공정을 거쳐 최종적으로 고객사에 출하되는 HBM 패키지 형태로 만드는 것이었습니다. 이번 제품의 핵심 기술은 초박형 웨이퍼 취급과 칩 스택 공정 기술이었는데요. 양산을 위한 성숙 수율 확보라는 목표를 달성해야 한다는 점이 가장 힘들었습니다.

PKG개발실과 TP센터가 한 팀이 되어 개발실장님과 센터장님 이하 담당 임원 및 실무자들이 모두 하나가 되어 문제 해결을 추진한 것이 큰 도움이 되었고, 마침내 목표를 달성할 수 있었습니다.

개발 과정에서 많은 어려움이 있었지만, TF가 역량을 총 집결해 성공적인 결과를 얻어낸 것 같은데요. 고대역폭 메모리 플래시볼트는 우리 일상 생활에 어떤 변화를 불러일으킬까요?

메모리사업부 CS팀 천기철 상무
고대역폭 메모리(HBM2E)는 글로벌 슈퍼컴퓨터(HPC)와 인공지능(AI) 업체들의 차세대 시스템을 위해 초고속, 초고온, 고신뢰성, 초절전 특성을 모두 만족하는 제품입니다. AI 서비스 구현을 위해 AI 트레이닝이나 인퍼런스 정밀도 향상에도 기여하기 때문에 코로나19로 인한 비대면 서비스 발전에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.

HBM의 활용도는 다양하고 그 용량과 성능에 대한 요구사항은 계속 높아질 것 같습니다. 향후 선보일 HBM에 대해 간략하게 설명 부탁드립니다.

말씀하신 것처럼 AI의 발전뿐 아니라 5G를 위한 고속 네트워크 서버와 슈퍼컴퓨터에 이르기까지 HBM의 활용도는 무궁무진합니다. 그만큼 용량과 성능에 대한 요구사항은 계속 높아지고 있죠. 이러한 니즈를 충족하기위해 더 높은 성능을 더 낮은 전력으로 공급하는 ‘HBM3’를 개발하려고 합니다. 멈추지 않는 도전을 통해 미래를 선도해 나가는 삼성전자의 HBM을 만들어 나가겠습니다.

고대역폭 메모리는 4차 산업혁명의 핵심 산업이라고 볼 수 있는 슈퍼컴퓨터와 인공지능, 5G 네트워크 등에 주로 사용되는 만큼 향후 높은 성장 가능성을 지닌 제품인데요. 지금 이 순간에도 현존하는 최고 성능의 HBM보다 뛰어난 고용량, 고성능 제품을 개발하기 위해 힘쓰고 있는 장영실상 수상자들에게 응원의 박수를 보내주세요!