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!

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삼성전자는 지난 2002년 이후로 DDI 시장에서 부동의 세계 1위 자리를 지키며 기술력을 인정받고 있습니다. 삼성전자가 세계 최초 28나노 모바일용 OLED DDI로 2019 제3주 ‘IR52 장영실상’ 수상의 영예를 안아 그 현장을 찾아가 봤습니다.

디스플레이를 구동하는 핵심 반도체 DDI

DDI는 영상신호를 OLED나 LCD와 같은 디스플레이 패널을 구동할 수 있는 신호로 변환, 전달하는 역할을 하는데요. 겉으로는 보이지 않지만 디스플레이의 가장자리에 위치해 있는 얇고 긴 반도체 칩입니다.

DDI의 종류는 크게 스마트폰에 들어가는 모바일용 DDI, 태블릿이나 스마트 TV 등 중대형 전자제품에 들어가는 중대형용 DDI 두 가지로 분류할 수 있는데요. 그중 이번 장영실상 수상 제품은 모바일용 OLED DDI 입니다.

IR52 장영실상 수상, 28나노 모바일용 OLED DDI

세계 최초로 28나노 모바일용 OLED DDI를 개발한 주인공들에게 기술 개발 스토리를 들어봤습니다.

Q. DDI는 어떤 역할을 하나요?

DDI는 단순히 신호만 전달하는 것이 아니라 고해상도 화질을 구현하는 각종 기능을 탑재하고 있는데요. 특히 이번에 개발한 모바일용 DDI는 신호 타이밍을 조절하기 위한 기능(TCON), 전력 조절 기능(PMIC), 영상 저장 기능(Memory)이 집적된 복합 반도체 칩입니다.

Q. 28나노 모바일용 OLED DDI에 적용된 기술과 제품의 주요 장점은 무엇인가요?

일반적인 로직 공정에서는 고성능 구현을 위해 HKMG(High-K Metal Gate) 구조의 소자를 사용하는데요. 이는 저전압 소자(0.8~1.0V)에 최적화되었기 때문에 고전압 소자(8~20V)와 동시에 구현하는 것이 어렵다는 게 업계의 통설이었습니다. 하지만 삼성전자는 과감하게 공정 개발에 착수했고, 세계 최초로 28나노급 로직 공정을 사용하면서도 고전압 소자를 동시에 구현한 공정을 개발, 제품 상용화에 성공했습니다.

또한 소비전력 감소를 위한 회로를 탑재해 현재 시장에 출시된 제품에서는 최고 속도인 2.5Gbps 구현이 가능한 제품을 만들었습니다.

Q. 연구개발 과정에서 기억에 남는 일이 있으신가요?

개발 기간 단축을 위해서는 기존의 로직 공정에 최적화된 디자인과 공정을 유지하면서도 DDI에 필요한 고전압 공정을 동시 구현을 해야 했습니다. 이를 위해서는 기존의 설비에 최적화된 로직 공정을 거의 다 뜯어고쳐야 했는데요.

개발 초기에는 HKMG 막질이 고전압 소자용 열처리 공정을 견디지 못하여 소자 특성이 불량해지는 어려움이 있었습니다. 많은 난관에도 불구하고 수차례 실험을 통해 로직 소자와 고전압 소자가 서로 영향력을 최소화하면서 양립할 수 있는 새로운 방법을 개발한 게 가장 기억에 남습니다.

Q. 장영실상 수상 이후 목표가 있다면 무엇인가요?

한때 같은 개발실 소속이었던 Foundry사업부와 S.LSI사업부가 공동으로 협업한 결과여서 더욱 큰 자긍심을 느낍니다. 지금은 비록 사업부가 다르지만 같은 DS인이라는 공동체로 뭉쳐 더 미세한 공정을 개발하고, 더 높은 성능의 제품을 시장에 출시해 업계 최고 자리를 유지하도록 노력하겠습니다.

정기태 전무 삼성전자 DDI는 15년 이상 세계 1위 자리를 지키고 있는 제품입니다. 디스플레이의 해상도가 지속적으로 높아지며 초고속, 저전력 제품에 대한 수요가 늘고 있는 가운데, 이번 28나노 모바일용 OLED DDI를 성공적으로 양산해낸 성과는 고해상도 디스플레이 시장에서 입지를 다지는데 크게 기여할 것이라고 생각합니다.

지금까지 세계 최고 수준의 기술력을 자랑하는 삼성전자 DDI와 기술 개발의 주역들을 만나보았는데요. DDI 시장의 성장을 이끌어 갈 삼성전자의 혁신은 앞으로도 계속됩니다!

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지난해 3월 삼성전자는 세계 최초로 15.36TB SAS SSD를 출시하며, 스토리지 시장의 새로운 지평을 열었습니다. 미국 TIME지에서 10대 IT 기기로 선정하기도 한 이 제품이 2016년 대한민국에서 가장 빛났던 기술로 꼽혔다고 하는데요. 그 축하의 자리에 함께 가보실까요?

지난 17일, 미래창조과학부가 주최하는 IR52 장영실상 시상식에서 삼성전자의 15.36TB SAS SSD가 2016년 최우수 대통령상 수상의 영예를 안았습니다.

■ 프리미엄 메모리 시장의 성장을 이끌다, 삼성전자 15.36TB SAS

15.36TB SAS SSD는 HDD를 포함한 단일 폼팩터(메인보드 규격) 저장장치 중 세계 최대 용량의 저장장치입니다. 차세대 데이터센터와 엔터프라이즈 스토리지 시스템 개발에 적합한 ‘초고용량 · 초고속 · 초소형 · 고신뢰성’ 솔루션을 제공한다는 점이 가장 큰 특징입니다.

■ 대용량 분산시스템: 초고속 다중 코어 채널 제어 기술로 최고 성능 구현

또한 세계 최초로 1,000TB(=1PB)까지도 용량 확대가 가능한 ‘분산형(Scale-Out) SSD 컨트롤러’, 다중코어 제어 및 분산형 소프트웨어로 최고 성능을 구현한 ‘대용량 분산 시스템’, ‘초소형·초절전 패키지’ 등 핵심기술을 적용하여 스토리지 역사의 새로운 장을 열었다는 평가를 받고 있습니다.

■ 세계 최고 용량 SSD 구현 기술: 2.5인치 SSD에 고성능 PC 7대분 메모리 및 CPU 탑재

15.36TB SAS SSD는 총 553개의 반도체로 구성되었는데요. 이는 프리미엄 노트북(2TB SSD, 8GB D램 기준) 7대 분의 메모리(개수 기준)를 하나의 2.5인치 폼팩터 SSD에 탑재한 것이라고 합니다.

이렇게 혁신적인 기술이 압축된 제품을 개발하기까지는 많은 어려움이 뒤따랐는데요.

SSD의 용량을 늘리는 과정에서 속도 저하, 소비전력량 증가, 부품 수 상승에 따른 노이즈 및 불량률 증가 등 많은 난관이 있었습니다. 하지만 이 부분은 분산형(Scale-Out) 컨트롤러 기술로 기존 스토리지의 기술 한계를 극복할 수 있었죠.

■ “32TB SAS SSD를 개발해 초고용량 스토리지 시장의 혁신을 일으키겠습니다”

2016년 장영실상을 수상한 52개의 기술 중 최고의 기술에 수여되는 대통령상의 영예를 안은 삼성전자의 15.36TB SAS SSD. 삼성전자 메모리사업부를 대표해 정재헌 부사장이 수상 소감과 향후 목표를 전했는데요.

“최고 권위의 IR52 장영실상 수상은 15.36TB SAS SSD 기술이 프리미엄 SSD 시장을 창출한 공로를 인정받아 가능했다고 생각합니다. 하나의 제품이 나오기까지 상품기획, 개발, 품질, 마케팅, 영업 등 모든 분야에서 고생한 임직원과 수상의 영예를 함께 하고 싶습니다.”

정재헌 부사장은 이어 “한 발 앞선 4세대(64단) 512Gb V낸드 플래시 메모리를 기반으로 32TB SAS SSD 등 차세대 SAS SSD를 선행 출시하여 글로벌 IT 시장의 트렌드를 주도하고 프리미엄 메모리 시장의 성장을 이끌어 나가겠다”는 향후 목표를 밝혔습니다.

앞으로도 한국 반도체 산업뿐만 아니라 글로벌 IT 시장의 성장을 이끌며 기술 혁신을 거듭해 나갈 삼성전자 반도체의 활약을 기대해주세요!

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