삼성전자가 로직 칩과 4개의 HBM(High Bandwidth Memory) 칩을 하나의 패키지로 구현한 독자 구조의 2.5D 패키지 기술 ‘I-Cube4’를 개발했습니다.

‘I-Cube4(Interposer-Cube4)’는 고대역폭 데이터 전송과 고성능 시스템 반도체를 요구하는 HPC(High Performance Computing), AI/클라우드 서비스, 데이터센터 등을 중심으로 폭넓게 활용될 것으로 기대됩니다.

로직과 HBM 4개를 한 패키지에 구현… 하나의 반도체처럼 동작

삼성전자 ‘I-Cube’는 실리콘 인터포저 위에 CPU, GPU 등의 로직과 HBM을 배치해 하나의 반도체처럼 동작하도록 하는 이종 집적화(Heterogeneous Integration) 패키지 기술입니다.

이를 통해 복수의 칩을 1개의 패키지 안에 배치해 전송 속도는 높이고, 패키지 면적은 줄일 수 있습니다.

삼성전자는 ‘I-Cube4’에 실리콘 인터포저(Si-Interposer)를 적용해 초미세 배선을 구현했으며, 반도체 구동에 필요한 전력도 안정적으로 공급할 수 있도록 했습니다.

일반적으로 패키지 안에 실장하는 반도체 칩이 많아질수록 인터포저의 면적도 함께 증가해 공정상의 어려움도 커집니다.

삼성전자는 100 마이크로미터 수준의 매우 얇은 인터포저가 변형되지 않도록 재료, 두께 등 다양한 측면에서 반도체 공정·제조 노하우를 적용했습니다.

또한 ‘I-Cube4’에 몰드를 사용하지 않는 독자적인 구조를 적용해 열을 효율적으로 방출하도록 했습니다.

삼성전자는 패키지 공정 중간 단계에서 동작 테스트를 진행해 불량을 사전에 걸러내고, 전체 공정 단계를 줄여 생산 기간을 단축했습니다.

HPC, AI/클라우드 서비스, 데이터센터 등 다양한 응용처 적용 확대

삼성전자 파운드리사업부 마켓전략팀 강문수 전무는 “고성능 컴퓨팅 분야를 중심으로 차세대 패키지 기술의 중요성이 높아지고 있다”라며, “삼성전자는 ‘I-Cube2’ 양산 경험과 차별화된 ‘I-Cube4’ 상용화 기술 경쟁력을 기반으로 HBM을 6개, 8개 탑재하는 신기술도 개발해 시장에 선보이겠다”라고 밝혔습니다.

한편, 삼성전자는 2018년 로직과 2개의 HBM을 집적한 ‘I-Cube2’ 솔루션을 선보였으며, 2019년에는 로직과 SRAM을 수직 적층한 ‘X-Cube’ 기술을 공개하며 차세대 패키지 기술도 차별화하고 있습니다.

[인포그래픽]

[참고자료]

□ I-Cube(Interposer-Cube)

• 삼성전자가 선보인 독자적인 2.5D 패키지 솔루션 브랜드로, I-Cube 뒤에 붙는 숫자는 HBM 칩의 개수를 의미함

□ 2.5D 패키지 기술

• 인터포저(Interposer)를 이용하여 로직 칩(CPU, GPU 등)과 메모리 칩(HBM 등)을 모두 1개의 패키지 안에 배치하여
  성능은 높이고, 패키지 면적은 줄이는 기술

□ 인터포저(Interposer)

• IC 칩과 PCB(인쇄회로 기판) 상호 간의 회로 폭 차이를 완충시키는 역할을 함. 로직, HBM 등의 칩은 입출력 단자 (bump)가 촘촘히 배치되어 있으나, PCB는 고성능 칩과 입출력 단자의 밀도가 약 20배 차이 남.
  인터포저는 IC 칩과 PCB 사이에 추가적으로 삽입하는 미세회로 기판을 의미하며, 중간 수준의 배선을 구현해 칩과 기판을 물리적으로 연결해주는 역할을 함

□ HBM(고대역폭 메모리, High Bandwidth Memory)

• 고대역폭 메모리 규격으로, 데이터를 읽고 쓰는 속도에 따라 세대별로 HBM, HBM2, HBM2E, HBM3 등으로 구분됨

□ 몰드(Mold)

• 패키지 공정 중 발생 가능한 습기, 진동, 충격으로부터 칩을 보호하기 위해 열경화성 수지를 사용하여 칩을 감싸는 소 재. 삼성전자는 I-Cube에 몰드 공정이 필요 없는 독자 구조를 적용해 우수한 열 방출 특성을 확보함.

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