어떤 질문이든 척척 답을 내어주는 ‘챗GPT’처럼, 삼성전자 반도체 뉴스룸은 ‘반도Chat’ 시리즈를 통해 어려운 반도체 용어도 단번에 쏙쏙 알기 쉽게 전하고 있다. 반도Chat 시리즈 세 번째 이야기 주제는 초거대 AI 기술 발전의 핵심인 메모리 반도체, ‘HBM’이다.

.

MAP 1. 메모리, 초거대 AI를 마주하다

초거대 AI란 딥러닝으로 대용량 데이터를 스스로 학습해 인간처럼 종합적 추론이 가능한 차세대 AI를 말한다. 챗GPT가 인간과 유사한 수준으로 질문에 적절하게 응답하는 것도 파라미터(parameter, 매개 변수)가 1,750억 개에 달하는 수많은 데이터를 학습한 언어모델이기 때문이다.

‘챗GPT’, ‘DALL·E’, ‘Bard’의 등장과 같이 AI 서비스 종류가 다양해지고 고도화될수록, 메모리 반도체가 수행해야 할 역할도 더욱 확장되고 있다. AI 서비스를 원활하게 구현하려면 대량의 데이터를 기반으로 여러 연산을 동시에 빠르게 수행하는 능력이 필요하기 때문이다.

이러한 상황에서 반도체 업계는 ‘AI 서비스와 함께 폭발적으로 증가하는 데이터를 어떻게 효율적이고, 빠르게 처리할 것인가’에 대한 해답을 찾게 된다. 차원이 다른 고성능 기술을 제공하는 AI 시대의 핵심 반도체, ‘HBM’이 바로 그것이다.

.

MAP 2. HBM이란 무엇인가

HBM(High Bandwidth Memory)은 이름 그대로 넓은 대역폭을 지닌 메모리를 뜻한다. 여기서 ‘대역폭’이란 주어진 시간 내에 데이터를 전송하는 속도나 처리량, 즉 데이터 운반 능력을 의미한다. HBM은 현재 메모리 시장에서 가장 넓은 대역폭을 지닌 메모리 반도체인데, 간단히 이야기하면 메모리 중 데이터를 가장 빠르게 처리하고 전송할 수 있다는 것이다. 이로써 HBM은 응용처의 성능과 전력 효율 향상에 기여할 수 있게 된다.

.

MAP 3. 처리 속도, 전력 효율 모두 잡은 HBM 속 숨은 기술

주로 게임이나 그래픽 작업과 같은 고성능 그래픽 분야에 활용되는 GDDR은 비교적 낮은 비용으로 높은 성능과 용량을 제공할 수 있다. 한편, HBM은 GDDR 대비 상대적으로 제조 과정이 복잡하고 비용이 높을 수 있지만, 더 높은 에너지 효율을 기반으로 HPC·AI 응용 수준의 높은 대역폭을 제공할 수 있다.

이는 HBM에 TSV(Through Silicon Via)라는 기술이 적용됐기 때문이다. TSV는 메모리 칩을 수직으로 쌓고, 적층된 칩 사이에 얇은 금속 터널을 만들어 전기적 신호가 칩 간 직접 전달되게 하는 패키징 기술이다. 이로써 데이터 전송 속도의 지연을 최소화하고, 적은 전력으로 많은 양의 데이터를 처리할 수 있게 된다. 한편, HBM에는 CoW(Chip on Wafer)  기술과 TCB(Thermal Compression Bonding) 기술도 적용되었다. CoW는 이름 그대로 웨이퍼 위에 칩을 붙이는 기술을 의미하며, TCB는 TSV가 적용된 얇은 칩이 전기적으로 연결될 수 있게 정밀하게 쌓아 올리는 패키징 기술을 말한다.

.

MAP 4. 초거대 AI 시대 속, 기술 발전의 씨앗이 될 메모리 반도체

삼성전자 반도체는 2016년에 업계 최초로 HPC 향 HBM 사업화를 시작하며, AI 메모리 시장을 개척해 왔다. 이를 이어, 2017년 업계 최초로 8단 적층 HBM2를 상용화하며, 당시 가장 빠른 메모리인 GDDR5 대비 8배 빠른 속도를 제공했다. 이후 HBM2E, HBM3를 개발했고, 2023년 10월에는 ‘HBM3E 샤인볼트’를 공개하기에 이르렀다.

HBM3E D램 ‘샤인볼트’는 데이터 입출력 핀 1개당 최대 9.8Gbps의 고성능을 제공하는데, 이는 현재 존재하는 메모리 반도체 중 가장 빠른 수준이다. 1초에 최대 1.2TB(테라바이트) 이상의 데이터를 처리할 수 있음을 의미하며, 더 쉽게 예를 들면 30GB 용량의 UHD 영화 40편을 1초 만에 처리하는 것과 같다.

.

MAP 5. 메모리의 무한한 가능성을 위한 차세대 기술

삼성전자 반도체는 웨이퍼를 제조하고 회로를 만드는 전공정뿐 아니라, 완성된 칩에 데이터 이동과 전기 전달을 가능하게 하고, 외부 환경으로부터 보호하는 패키징 공정도 지속 개발 중이다. 현세대 제품에서 칩 적층 시 적용 중인 NCF(Non-conductive Film, 비전도성 접착 필름)와 차세대 제품 적용을 목표로 개발 중인 HCB(Hybrid Copper Bonding, 하이브리드 접합) 기술이 바로 그것이다.

NCF는 적층된 칩 사이를 절연시키고 충격으로부터 연결 부위를 보호하기 위해 사용하는 고분자 물질이다. NCF를 활용하면 열전도를 극대화하고 열 특성을 개선할 수 있다. 한편 HCB 기술은 칩을 접합할 때 ‘범프’라는 매개체를 없애고, 각 칩 표면에 드러난 구리를 직접 연결한다. 이로써 범프를 사용할 때보다 칩 적층 시 안정성을 향상하고, 열성능을 최적화할 수 있을 것으로 기대된다.

머지않은 미래에는 AI에 특화된 기술과 제품이 시장을 주도할 중요한 역할을 할 것이다. 최근 HBM3E D램 ‘샤인볼트’를 공개한 삼성전자 반도체는 앞으로도 최고 성능의 HBM을 제공하고, 고객 맞춤형 HBM 제품까지 확장하여 AI 시대에 최상의 솔루션을 제공할 계획이다.

AI 서비스의 가능성을 확장할 메모리 반도체, ‘HBM’에 대해 보다 자세하게 알고 싶다면 삼반뉴스 ‘AI 반도체’ 편을 참고하길 바란다.

The post [반도Chat Ep.3] 초거대 AI 시대를 이끌 메모리 반도체 ‘HBM’ first appeared on 삼성전자 반도체 뉴스룸.

삼성전자 반도체는 과감한 투자와 지속적 기술 혁신을 기반으로 40년간 미세공정의 한계를 돌파해 왔다. 1983년 64Kb(킬로비트) D램 개발 이후, 삼성전자 반도체는 64Mb(메가비트) D램부터 최근 32Gb(기가비트) DDR5까지 업계 최초로 개발하며 또 한 번 혁신의 역사를 기록했다.

생성형 AI의 부상으로 데이터 처리량이 폭증하는 상황에서 이러한 성과는 삼성전자 메모리 반도체가 다음 세대를 향해 빠르고 안정적으로 도약할 수 있는 계기가 되었다. 현존 최대 용량 32Gb DDR5 D램이 탄생하기까지, 삼성전자 반도체가 지나온 여정을 살펴보면 그 이유를 확인할 수 있다.

.

DDR SDRAM에서 DDR5까지, 속도는 UP! 소비전력은 DOWN!

DDR(Double Data Rate)은 현재 쓰이는 D램의 표준 기술 규격, 즉 D램 제품의 세대를 의미한다. D램은 연산 작업을 하는 중앙처리장치(CPU)와 주기적인 전기 신호(클럭)에 맞춰 데이터를 주고받으며, 데이터를 빠르게 저장하고 불러오는 역할을 수행한다. 이때 DDR D램은 기존 SDR(Single Data Rate) D램과 달리 클럭 한 번에 데이터를 두 번 전송한다. DDR3, DDR4, DDR5 등 세대를 거듭한 제품이 등장할수록 동작 속도는 더욱 빨라지고, 속도가 빨라질수록 동작 전압은 낮아져 더 낮은 전력으로 서버를 구동할 수 있게 된다.

특히 DDR5의 경우, 이전에 출시된 DDR4보다 최고 동작 속도가 2배 이상인 7,200Mbps*에 달해 데이터 처리량이 급증하고 있는 IT 분야에 최적의 솔루션으로 자리매김했다.

* Mbps(Megabit per second): 1초당 전송되는 메가 비트 단위의 데이터

초연결 시대를 주도하기 위해서는 동작 속도뿐만 아니라 많은 데이터를 담을 수 있는 용량도 중요한 요소다. 삼성전자 반도체가 가장 최근에 선보인 DDR5의 모듈 최대 용량은 무려 512GB(기가바이트). DDR4에 비해선 2배, DDR SDRAM에 비해서는 무려 256배에 달하는 용량이다.

.

고용량은 물론, 환경에 미치는 영향까지 줄인 DDR5의 핵심 기술은?

이러한 성능을 지닌 DDR5가 탄생할 수 있었던 배경에는 두 가지 기술이 있다. 하나는 데이터센터를 비롯해 고성능 컴퓨팅 환경에서 데이터 처리 용량을 늘리면서도, 서버에서 메모리가 차지하는 전력 소모를 감소시킴으로서 환경에 미치는 영향도 줄일 수 있는 ‘HKMG(High-K Metal Gate)’* 공정이다.

* HKMG(High-K Metal Gate): 반도체 제조 과정에서 고저유전체 (High-K) 절연 물질과 금속 게이트를 활용하여 더 미세하고 효율적인 전자 회로를 만들고, 전력 소비를 줄이는 데에 도움을 주는 기술

메모리는 전하를 저장하는 셀로 이루어져 있는데, 각 셀 간 전하가 누출되지 않도록 절연되어야 한다. 그렇지 않으면 데이터 오염이 발생할 수 있고, 결과적으로 이 데이터가 필요한 프로그램이 작동되지 않을 수도 있다. 메모리 제조업체는 이에 대한 한계를 마주한 상태였는데, 삼성전자 반도체가 이러한 상황을 극복하기 위해 업계 최초로 HKMG(High-K Metal Gate) 공정을 적용한 DDR5를 개발한 것이다.

HKMG 공정은 전자기기에서 데이터 처리는 물론, 계산 및 논리 작업을 수행하는 데 활용되는 로직 칩에 주로 쓰이는 공정이다. 기존에는 D램 절연막에 ‘폴리실리콘옥시나이트라이드(pSiON)’이라는 물질을 사용해 왔으나, DDR5의 경우 유전율이 높은 High-K 물질을 절연막에 적용해 두께는 줄이면서 누설전류를 줄여 신뢰성을 높인 것이 특징이다. 게이트 역시 새로운 절연막에 적합한 메탈 게이트로 바꿨다.

HKMG 공정이 DDR5에 적용되면서 밀집된 셀 사이의 절연 상태를 개선할 수 있었고, 이를 통해 DDR4에 비해 2배 이상의 빠른 데이터 처리 속도를 지닐 수 있게 됐다. 또한, 에너지 사용량도 13% 줄임으로써, 고성능, 저전력이 필요한 응용처에 최적의 솔루션으로 자리매김하는 결과를 얻었다.

다른 하나는 고성능 컴퓨팅 환경에서 직접 회로의 밀도와 성능을 향상시키는 ‘TSV(Through-Silicon Via)’ 공정이다. TSV는 실리콘 칩 안에 수직으로 구멍을 뚫어 다른 칩과 연결하는 실리콘 관통 전극 기술이다. 칩 내부 연결을 단축해 저전력으로 고속 데이터 전송을 가능하게 하고, 작은 패키지에 높은 밀도의 칩 설계 역시 가능하게 하여 결과적으로 장치의 크기를 줄이는 데에도 도움을 주는 것이 강점이다.

AI 및 고성능 컴퓨팅 환경에서는 여러 작업을 동시에 처리하며 작업의 효율성을 높이는 하이코어 CPU가 필요한데, 해당 기술은 대량의 메모리와 대역폭이 필요하므로 개당 용량이 높은 D램 모듈을 사용하는 것이 효과적이다. 현재 용량이 큰 D램에 대한 수요가 점진적으로 증가하고 있는 이유다. 결과적으로 삼성전자 반도체는 DDR5에 TSV 공정을 적용함으로써 최대 512GB의 용량을 확보할 수 있었다.

.

초거대 AI 시대, 차세대 D램 시장을 견인하다

최근 삼성전자 반도체는 TSV 공정 적용 없이 128GB 모듈을 제작할 수 있는 12나노급 고용량 32Gb DDR5 D램도 업계 최초로 개발했다. 이를 통해 16Gb D램을 탑재한 모듈보다 용량을 높이면서 제조 비용은 개선하고, 소비 전력은 약 10% 개선할 수 있게 되었다.

초거대 AI 기술이 탄생할수록 처리해야 할 데이터의 양 역시 기하급수적으로 늘어날 것이며, 메모리 용량에 대한 요구도 증가할 것이다. 이에 따라, 고성능 컴퓨팅이 대용량 데이터를 고속으로 처리하기 위한 필수 요소가 되었다.

DDR5는 고성능 컴퓨터뿐 아니라 클라우드, AI, 빅데이터, 자율주행과 같은 대용량 데이터 처리 응용 분야에서 빠른 성능과 효율을 제공한다. 특히, 전력 효율을 중요시하는 IT 기업에게 매우 유용한 솔루션이 될 것이며, 미래형 첨단 산업에서 중요한 역할을 할 것으로 많은 기대를 모으고 있다.

삼성전자 반도체가 12나노급 32Gb DDR5 D램과 같은 선도적인 기술을 선보인 데에는, 지난 40년간 업계를 선도해 오며 축적한 원천 기술과 긴밀한 협력 관계가 주요하게 작용했다. 삼성전자 반도체는 향후에도 고용량 D램 라인업을 꾸준히 확대해 가며, 다양한 응용처에 공급도 확대해 차세대 D램 시장을 견인해 나갈 계획이다.

The post 미래 첨단 산업의 키! D램과 함께한 삼성전자 반도체의 여정과 미래 first appeared on 삼성전자 반도체 뉴스룸.

삼성전자가 업계 최초 12나노급 32Gb(기가 비트) DDR5 D램을 개발했다. 32Gb는 D램 단일 칩 기준으로 역대 최대 용량이다.

1983년 64Kb(킬로 비트) D램을 개발한 삼성전자는 2023년 32Gb D램 개발로 40년 만에 D램의 용량을 50만배 늘리는 성과를 거뒀다.

삼성전자는 2023년 5월 12나노급 16Gb DDR5 D램을 양산한 데 이어, 업계 최대 용량인 32Gb DDR5 D램 개발에 성공하며 D램 미세 공정 경쟁에서 기술 리더십을 더욱 공고히 했다.

특히, 이번 32Gb 제품은 동일 패키지 사이즈에서 아키텍처 개선을 통해 16Gb D램 대비 2배 용량을 구현하여, 128GB(기가 바이트) 모듈을 TSV 공정 없이 제작 가능하게 되었다.

* 기존 32Gb 이하 용량으로 128GB 모듈 제작 시 TSV 공정 사용이 필수
* TSV(Through Silicon Via, 실리콘 관통 전극): 칩을 얇게 간 다음, 수백 개의 미세한 구멍을 뚫고, 상단 칩과 하단 칩의 구멍을 수직으로 관통하는 전극을 연결한 첨단 패키징 기술

또한 동일 128GB 모듈 기준, 16Gb D램을 탑재한 모듈 대비 약 10% 소비 전력 개선이 가능해 데이터센터 등 전력 효율을 중요시하는 IT 기업들에게 최적의 솔루션이 될 것으로 기대된다.

삼성전자는 이번 12나노급 32Gb DDR5 D램 개발을 통해 고용량 D램 라인업을 지속 확대해 나갈 계획이다. 또한 AI시대를 주도할 고용량, 고성능, 저전력 제품들로 글로벌 IT 기업들과 협력하여 차세대 D램 시장을 견인해 나갈 예정이다.

삼성전자 메모리사업부 DRAM개발실장 황상준 부사장은 “이번 12나노급 32Gb D램으로 향후 1TB 모듈까지 구현할 수 있는 솔루션을 확보하게 됐다”며 “삼성전자는 향후에도 차별화된 공정과 설계 기술력으로 메모리 기술의 한계를 극복해 나갈 것”이라고 밝혔다.

삼성전자는 12나노급 32Gb DDR5 D램을 연내 양산할 계획이다.

The post 삼성전자, 현존 최대 용량 32Gb DDR5 D램 개발 first appeared on 삼성전자 반도체 뉴스룸.

.

Beyond Moore의 시대: 반도체의 한계를 넘어라

과거 반도체 회사들은 같은 크기의 칩에 트랜지스터를 얼마나 더 작게, 더 많이 집적할 수 있는지에 초점을 두고 제품을 개발해 왔습니다. 일찍이 ‘고든 무어(Gordon Moore)’는 ‘반도체 집적도는 24개월마다 두 배로 늘어난다’라고 예측했는데, 이것이 우리가 잘 알고 있는 ‘무어의 법칙’입니다. ‘무어의 법칙’은 반도체 기술 발전 속도에 따라 조금씩 변하였지만, 지금까지 50년이 넘는 시간 동안 지켜져 왔으며, 반도체 산업 발전의 근간이 되어 왔습니다.

스마트폰, 모바일 인터넷, AI, Big Data의 시대가 도래하면서 요구되는 컴퓨팅 성능은 빠르게 증가하고 있습니다. 하지만 반도체 기술의 진보와 혁신의 속도가 과거 대비 느려지고, 반도체 공정 미세화가 물리적 한계에 도달하여, 집적도의 증가 속도가 과거 대비 느려졌습니다. 즉, ‘무어의 법칙’이 한계에 가까워지고 있는 상황입니다.

또한 우리는 아날로그, RF 무선통신 등 여러가지 다양한 기능을 하나로 통합한 다재 다능한 반도체를 원합니다. 하지만 공정이 미세화 될수록 아날로그 성능은 열화되는 문제가 있어, 무어의 법칙에 기반한 공정 미세화만으로는 이러한 요구에 효율적으로 대응하기 어려운 것이 사실입니다. 

이러한 반도체 기술 한계를 극복하기 위해서는 무어의 법칙을 넘어설 새로운 방법이 필요하며, 우리는 이것을 ‘비욘드 무어(Beyond Moore)’라고 부릅니다.

.

Advanced Package, Beyond Moore 시대를 이끌다

‘비욘드 무어’ 시대를 이끌 수 있는 것이 첨단 패키지(Advanced Package) 기술입니다. 여러 반도체를 수평으로, 수직으로 연결하는 이종집적(Heterogeneous Integration) 기술을 통해 더 작은 반도체에 (정확히는 더 작은 반도체 패키지 안에) 더 많은 트랜지스터를 집적할 수 있으며, 각각의 성능을 뛰어넘는 더 강력한 성능을 제공할 수 있습니다.

시장조사기관에 따르면, 첨단 패키지 시장은 2021년부터 2027년까지 연평균 9.6%의 고성장을 기록할 것으로 예상됩니다. 특히 이종집적 기술을 사용한 2.5차원, 3차원* 패키지의 경우 매년 14% 이상 성장해 전체 첨단 패키지 시장을 상회할 것으로 전망됩니다.

첨단 패키지 기술 연구개발(R&D)에 대한 각국 정부의 관심도 증가하고 있습니다. 지난 2월, 대한민국 정부는 산업통상자원부 주최로 반도체 패키지의 발전을 위한 포럼 출범식을 개최했고, 미국 국방성 산하 핵심 연구개발 조직인 DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)는 22년 4월, 첨단 패키지 관련 분야에 대규모 신규 예산을 편성하기도 했습니다. 일본 또한 민간 패키지 연구소 유치에 보조금/인프라 등의 인센티브를 지원하고 패키지 심포지엄을 구축하는 등 첨단 패키지에 관심을 쏟고 있습니다.

* 2.5차원 패키지: 단층의 로직 반도체와 다층의 메모리 반도체를 기판 위에 집적한 패키지
* 3차원 패키지: 여러 개의 로직/메모리 반도체를 수직으로 집적한 패키지

.

고성능 저전력 첨단 패키지 솔루션을 원스톱으로

이처럼 첨단 패키지 기술 중요성이 높아지는 상황에서, 삼성전자는 작년 12월 첨단 패키지 기술 강화 및 사업부간 시너지 극대화를 위해 DS부문 내 AVP(Advanced Package)사업팀을 신설했습니다.

삼성전자는 세계에서 유일하게 메모리, 로직 파운드리, 그리고 패키지 사업을 모두 가지고 있는 회사입니다. 이러한 강점을 살려 이종집적 기술을 통해, EUV를 사용한 최선단 로직 반도체와 HBM 등의 고성능 메모리 반도체를 하나로 연결한 경쟁력 있는 2.5차원, 3차원 패키지 제품을 시장과 고객에 제공할 수 있다는 것입니다.

AVP사업팀은 고객이 원하는 고성능·저전력 솔루션을 원스톱으로 제공하는 첨단 패키지 사업 모델을 가지고 있습니다. 이를 통해, 고객과 직접 소통하며 고객별, 제품별로 맞춤형 첨단 패키지 기술과 솔루션 사업화에 나섭니다. 특히, RDL, Si Interposer/Bridge, TSV* 적층 기술 기반의 차세대 2.5차원, 3차원 첨단 패키지 솔루션을 집중 개발할 예정입니다.

* RDL(Redistribution Layer, 재배선): 크기가 작은 반도체 회로와 크기가 큰 기판의 회로를 전기적으로 연결하기 위해 중간에 새로운 회로를 구성하는 기술
* Si Interposer/Bridge, 실리콘 인터포저/브릿지): IC 칩과 PCB 사이에 추가적으로 삽입하는 미세회로 기판을 의미하며, 중간 수준의 배선을 구현해 칩과 기판을 물리적으로 연결해주는 역할을 함
* TSV(Through Silicon Via, 실리콘 관통전극): 칩을 얇게 간 다음, 수백 개의 미세한 구멍을 뚫고, 상단 칩과 하단 칩의 구멍을 수직으로 관통하는 전극을 연결한 첨단 패키징 기술

.

연결 이상의 연결 그리고 우리의 미래

AVP사업팀의 목표는 ‘초연결’입니다. ‘초연결’이란 각각의 반도체가 가진 성능과 기능을 단순히 더하는 것이 아니라 큰 시너지를 만들어 내는 것입니다. 그리고 이를 통해, 반도체를 세상에 연결하고, 사람과 사람을 연결하며, 고객의 상상을 현실로 연결하는, 연결 이상의 연결을 목표합니다.

삼성전자는 대면적화 트렌드에 적합한 독자 패키지 기술을 보유하는 등 경쟁력 있는 개발, 생산 전략을 전개하고 있습니다. 이를 바탕으로 고객의 요청에 적기 대응할 수 있는 ‘고객 중심의 사업 전개’를 통해, ‘세상에 없는 제품’을 가능하게 하는 AVP사업팀이 될 것입니다.

The post [기고문] 첨단 패키지 기술로 반도체 한계 넘는다 first appeared on 삼성전자 반도체 뉴스룸.

반도체 제조 공정의 마지막 단계로 반도체가 세상에 나갈 수 있도록 화룡점정을 찍는 반도체 패키징 공정! 반도체 패키징은 외부 환경으로부터 반도체 칩을 보호하고 집적회로가 외부와 전기신호를 주고 받을 수 있도록 길을 만들어 제품이 동작할 수 있도록 합니다.

최근에는 스마트폰과 AI, 자율주행, 데이터센터 서버 등에 필요한 고용량, 고성능 반도체에 대한 수요가 높아지면서 반도체 패키징 역시 더 얇고 작게 만들면서도 성능을 최대로 높이는 고도화된 기술이 발전하게 되었는데요. 첨단 반도체에 사용되고 있는 TSV(Through Silicon Via)와 H-Cube 기술 등 패키지 공정의 원리를 <반도체 백과사전> 15탄을 통해 자세하게 알아볼까요?

The post [반도체 백과사전 Ep.15] 반도체 8대 공정의 마지막 단계! 고도화된 기술로 반도체 생산의 화룡점정을 찍는 ‘패키징 공정’ first appeared on 삼성전자 반도체 뉴스룸.

■ ‘8기가 DDR4 D램’으로 프리미엄 DDR4 서버 시장 고성장 주도

20나노 8기가비트 DDR4 서버 D램은 올해 하반기 DDR4 전용 서버 CPU 출시에 맞추어 양산을 시작한 차세대 제품으로 프리미엄 서버 시장에서 기존 DDR3에서 DDR4로의 전환을 주도할 차세대 D램 제품입니다.

삼성전자는 지난 3월 세계 최초로 20나노 PC용 D램 양산에 성공한 이후 현재까지도 유일하게 20나노 제품을 양산하고 있으며, 지난 9월 모바일 D램에 이어 이번에 서버용 D램에도 20나노 공정을 적용하며 ’20나노 D램 시대’를 주도할 풀 라인업을 구축했습니다.

20나노 8기가비트 D램 기반의 DDR4 서버용 모듈 제품은 기존 DDR3 기반의 모듈보다 약 30% 빠른 2,400Mbps의 고성능을 구현하는 반면 동작 전압은 1.2볼트(V)로 DDR3의 1.5볼트보다 낮게 동작할 수 있어 소비 전력이 더 낮은 것이 특징입니다.

또한, 기존 4기가비트 제품 기반으로는 최대 64기가바이트 용량의 모듈만 가능하지만, 이번 8기가비트 D램과 지난 8월 삼성전자가 세계 최초로 양산을 시작한 TSV기술을 접목함으로써 최대 128기가 바이트의 모듈을 공급할 수 있게 되었습니다.

■ 향후 PC용 4기가•모바일용 6기가•서버용 8기가비트로 다양화

삼성전자 메모리사업부 마케팅팀 백지호 상무는 “이번 20나노 8기가비트 DDR4 D램은 차세대 서버 시스템 구축을 위한 3가지 필요 요소인 ‘고성능, 고용량, 저전력’ 특성을 모두 만족시킨 제품”이라며 “향후 20나노 D램의 비중을 지속 확대해 글로벌 고객의 수요 증가에 맞춰 최고 특성의 제품을 공급할 것”이라고 말했습니다.

삼성전자는 향후 PC용은 생산 효율이 높은 4기가비트, 모바일용은 패키지 크기를 줄이면서 칩의 적층 수를 줄일 수 있는 6기가비트, 서버용은 고용량의 8기가비트 D램 등 응용처에 따라 최적화된 다양한 용량의 제품을 통해 차별화함으로써 D램 시장을 이끌어 갈 계획입니다.

※ 삼성 그린 메모리 홈페이지 : www.samsung.com/GreenMemory

☞ 삼성전자, 세계 최초 ’20나노 모바일 D램’ 본격 양산
☞ 삼성전자, 세계 최초 ’20나노 4기가비트 D램’ 양산

The post 삼성전자, 세계 최초 ’20나노 8기가 DDR4 서버 D램’ 양산 first appeared on 삼성전자 반도체 뉴스룸.

세계는 빠르게 변하고 있습니다. 오늘의 최첨단 기술은 우리가 예상하는 속도보다 더 빠르게 미래를 바꾸어 가고 있는데요. 격변하는 세상 속에서 언제나 한 발 앞서가는 사람들을 우리는 ‘리더’라고 부르고 있습니다. 그리고 세계 최초 기술을 선도해 나가고 있는 삼성전자가 이번에 또 한 번 모두의 이목을 집중시켰습니다.

바로, 삼성전자가 세계 최초로 3차원 TSV 적층 기술을 적용해 64기가바이트(GB) 차세대 D램 모듈을 양산하기 시작했습니다. TSV 기반 64기가바이트(GB) DDR4 D램 모듈 최초 양산을 위해 원천 기술 개발은 물론 양산 평가까지 함께 달려온 임직원들을 직접 만나 봤습니다.

■ 3차원 V낸드에 이어 D램도 3차원 시대가 활짝~ 열렸습니다

TSV(Through Silicon Via, 실리콘 관통 전극) 수직 적층 기술은 일반 종이의 절반도 안되는 두께로 얇은 DDR4 D램 칩에 수백 개의 미세한 구멍을 뚫고, 전도체로 채워 칩을 관통하는 전극을 형성하고, 이를 이용해 상단 칩과 하단 칩을 전기적으로 연결하는 기술을 말합니다. TSV 방식을 통해 만들어진 제품들은 기존 와이어를 이용한 방식 대비 다양한 부분에서 월등히 뛰어난 성능을 낼 수 있습니다.

“TSV 방식을 사용하면 칩들 간의 신호를 주고받는 길이가 짧아져 고속의 인터페이스를 구현하는 것이 가능해집니다. 또한 여러 개의 칩을 3차원으로 쌓을 수 있기 때문에 기존 4단 적층칩보다 훨씬 많은 칩을 수직 적층해 더욱 높은 고용량의 D램 패키지를 만들 수 있습니다. 칩을 관통하면 칩 간 연결고리인 통로를 기존방식 대비 훨씬 더 많이 만들 수 있죠. 따라서 전력소모도 훨씬 줄일 수 있고 처리 속도 또한 월등히 빨라집니다. 기존 방식 대비 장점이 굉장히 많은 혁신적인 방식이죠.”

이번에 양산에 성공하게 된 64GB DDR4(Double Data Rate 4) D램 모듈은 20나노급 4Gb D램 칩에 최첨단 3차원 TSV 기술을 이용해 4Gb D램을 4단으로 쌓아 만든 4단 패키지 36개를 탑재했습니다. 무려 4Gb D램 칩 144개나 탑재된 고용량 초고속 제품입니다.

■ 미래의 주인공, TSV여야 하는 이유

삼성전자의 세계 최초 TSV 기반 D램 양산 소식이 들려오자 전 세계 수많은 이목이 주목되었습니다. 이 TSV 기술은 앞으로 개발될 차세대 제품 개발에 꼭 필요한 원천 기술로 평가 받고 있었기 때문인데요. 새시대의 문을 열게 된 삼성전자, 그 의미가 남다르다고 합니다.

“반도체 공정은 계속해서 미세화 되어가고 있었습니다. 공정 미세화를 통해 용량을 확장해왔는데요. 하지만 단일 면적 안에 얼마나 많은 정보를 저장하는 미세한 셀을 넣을 수 있느냐 하는 용량의 확장은 이전 대비 점점 어려워지고 있습니다. 공정의 미세화가 점점 어려워지고 연구, 개발 기간도 예전 대비 늘어날 수 밖에 없는 시점에 공정 미세화를 뛰어 넘어 보다 혁신적인 플러스 알파가 필요하게 된 거죠.”

특히 IT 시장에서는 고용량, 고성능, 저전력 제품에 대한 요구가 더욱 더 높아지고 있습니다. SNS나 클라우드 등 모바일 기반 서비스로 인해 데이터 증가세가 폭등하면서 이 모든 정보를 보관하고 또 처리해야 하는 서버의 능력이 더욱 막중해지고 있기 때문입니다.

이러한 상황 속에서 TSV 기술은 기존 기술의 아쉬웠던 부분을 해소할 수 있다는 평가를 받고 있습니다. 칩 4개를 위로 쌓으면서 관통 전극으로 직접 연결하는 TSV기술은 기존 대비 용량을 2배 이상 늘릴 수 있는 것은 물론 소비전력을 약 절반 수준으로 낮추면서도 시스템의 동작 속도를 2배나 높일 수 있는데요. 이는 ‘고용량, 저소비전력, 고성능’ 등 차세대 시스템 관점에서 가장 아쉬웠던 기존 기술의 단점을 해소합니다. 특히 이번 TSV 기술 기반의 DDR4(Double Data Rate 4) 서버용 D램은 제품의 실물이 나오기 전부터 글로벌 서버 고객들로부터 큰 관심 받을 정도로 전 세계 IT 업계들이 높은 관심을 나타낸 과제였습니다.

■ DS부문 모두의 뜨거운 열정으로!

TSV 기술은 기존 기술 대비 까다롭고 정밀한 기술이기도 하지만 차세대 반도체 라인업을 선도할 주자라면 반드시 갖춰야 할 기술로 평가받아왔습니다. 삼성전자 역시 오래 전부터 미래를 준비해왔는데요. 이 세월 동안 수많은 어려움들이 있었고 또 수많은 아이디어들, 그 또 하나의 신화를 만들어 낸 수많은 임직원들의 땀과 열정이 이 작은 D램 안에 들어있습니다.

“TSV 개발은 연구소에서 공정 기술 개발을 시작한 이래 양산을 위한 준비를 시작했습니다. 2014년에 이르러 D램을 통해 세계 최초로 제품을 양산하는 성과를 이룩했는데요. 드디어 꿈을 이뤄낸 것이죠. TSV 기술이 양산에 이르기까지 굉장히 많은 부서의 임직원들이 참여했으며 어려움 속에서도 열정적으로 노력했습니다. 단위 기술의 개발에 있어서 이렇게 많은 부서원들이 함께 한 과제가 있었을까? 하고 생각이 들 정도로 굉장히 많은 부서의 구성원들이 함께 해주었습니다.”

“TSV 기술이 양산에 성공하기까지 굉장히 많은 어려운 과정이 있었습니다. 기술 개발은 물론 제품 평가까지 모든 유관부서에서 각자의 역량을 모두 합침으로써, 성공적으로 이룬 것이라는 생각에 매우 감격스럽습니다. 우리 반도체인들이 마음속에 가지고 있는 전 세계 IT 고객에 대한 신뢰를 지킨다는 신념과 반도체 산업을 선도해 나간다는 사업 목표에 대한 열정이 발휘되어 반도체 성공 신화의 DNA가 발휘된 잊지 못 할 과제라고 생각합니다.

“제품 개발을 시작할 때가 기억납니다. 처음 가는 길이기 때문에 정확한 답을 찾기가 어려웠습니다. 하지만, 그 어려움을 이겨냈기 때문에 지금의 기쁨도 배가 되었다고 생각합니다. 빠른 의사 결정과 각 부서의 노력이 오늘의 결과를 만들어 냈다고 자부합니다.”

“비행기가 마하의 속도를 내기 위해서는 엔진뿐 아니라, 부품/소재 등 관련 기술도 마하의 속도를 견뎌 낼 수 있어야 가능하다고 합니다. TSV 제품 개발도 동일합니다. TSV 개발 과정 속에 여러 어려움이 있었지만, 관련 부서의 노력과 소통을 통해 TSV 제품의 양산화가 가능했다고 생각합니다.”

“드디어 TSV 상품 출시! TSV 양산 공정 개발을 시작했을 때 어려움이 많았는데, TSV 완성품을 손에 넣을 수 있어서 매우 뿌듯합니다. 우리가 자랑스럽게 만든 TSV 제품이 다양한 응용 분야에 사용되어 새로운 미래를 만들어 가면 좋겠습니다.”

DS人 모두가 한 마음으로 바랬던 TSV 기술 기반의 차세대 제품 양산, 이제 더욱 기대되는 3차원 메모리 시장으로 첫발을 떼었는데요. 한 발 앞서 전 세계 IT 시장을 선도해 나가며 경쟁 우위를 유지하기 위한 의미있는 발걸음이라는 것은 그 누구도 의심할 여지가 없습니다.

더욱 빠르게 변화하는 전 세계 IT 시장을 선도하는 반도체 기술로서 고효율, 저전력, 고용량, 소형화 등 4가지를 모두 갖춘 차세대 제품을 개발하는데 있어, 3차원 TSV는 시간이 갈수록 메모리 시장에서 그 역할이 더욱 중요해 질 것 입니다. 또한 로직과 메모리를 융합해 새로운 반도체 솔루션을 제공하는데 역시 3차원 TSV 기술이 새로운 시장으로 도약하는 교두보 역할을 톡톡히 해 나갈 전망인데요.

D램으로 사업화가 먼저 시작되었지만 앞으로 그 응용 범위는 무궁무진해질 것이고 그 멋진 융합과 응용 역시 삼성전자가 선도해 나갈 것이라는 기대감이 샘솟습니다. 세계 최초의 DNA를 가진 삼성전자人들을 응원합니다.

☞ 삼성전자, 세계 최초 3차원 적층 TSV 기반 ‘DDR4 D램 모듈’ 양산

The post 세계 최초의 DNA, 3차원 적층 TSV기반 D램 양산의 주역을 만나다 first appeared on 삼성전자 반도체 뉴스룸.

TSV

[Through Silicon Via, 실리콘 관통전극]

기존 와이어를 이용해 칩을 연결하는 대신 칩에 미세한 구멍을 뚫어 상단 칩과 하단 칩을 전극으로 연결하는 패키징 기술.

‘TSV’란 Through Silicon Via의 약자로 ‘실리콘 관통전극’이라고도 부른다. D램 칩을 일반 종이 두께의 절반보다도 얇게 깎은 후, 미세한 구멍을 뚫어 칩 상하단의 구멍을 전극으로 연결하는 패키징 기술이다.

TSV는 메모리 칩을 적층해 대용량을 구현하는 기술로, 기존 금선(와이어)을 이용해 칩을 연결하는 와이어 본딩(Wire Bonding) 기술보다 속도와 소비전력을 크게 개선할 수 있는 것이 특징이다.

삼성전자는 2010년 세계 최초로 TSV 기반 D램 모듈을 개발한 데 이어, 2014년 8월 세계 최초로 3차원 TSV 적층 기술을 적용한 64GB 차세대 DDR4 서버용 D램 모듈 양산을 발표했다.

☞ 삼성전자, 세계 최초 3차원 적층 TSV 기반 ‘DDR4 D램 모듈’ 양산

The post [반도체 용어 사전] TSV first appeared on 삼성전자 반도체 뉴스룸.

■ 3차원 TSV 적층 기술로, ‘3차원 V낸드’에 이어 ‘3차원 D램’ 시대 열어

이번 64기가바이트 DDR4 D램 모듈은 20나노급 4기가비트(Gb) D램 칩 144개로 구성된 대용량 제품으로서, 최첨단 3차원 TSV 기술로 4기가비트 D램을 4단으로 쌓아 만든 4단 칩 36개를 탑재했습니다.

‘TSV’란 D램 칩을 일반 종이 두께의 절반보다도 얇게 깎은 다음 수백 개의 미세한 구멍을 뚫고, 상단 칩과 하단 칩의 구멍을 수직으로 관통하는 전극을 연결한 첨단 패키징 기술로 기존 와이어(금선)를 이용한 패키징 방식에 비해 속도와 소비전력을 크게 개선할 수 있는 것이 특징인데요.

삼성전자는 2010년 세계 최초로 TSV기반 D램 모듈을 개발하고 글로벌 서버 고객과 기술 협력을 추진한 데 이어, 올해는 TSV 전용 라인을 구축하고 양산 체제에 돌입함으로써 새로운 시장 창출에 나섰습니다.

특히 삼성전자는 이번 64기가바이트 대용량 서버용 DDR4 모듈과 금년 하반기 출시되는 글로벌 IT업체들의 차세대 서버용 CPU를 연계해 DDR4 신규시장을 적극 공략해 나갈 예정입니다.

또한 삼성전자는 작년 세계 최초로 3차원 V낸드플래시를 양산하고 이번에는 업계 최초로 DDR4 D램에 TSV 기술을 적용한 차세대 제품을 양산함으로써 ‘3차원 메모리반도체 시대’를 주도하게 됐습니다.

이번 3차원 TSV 기술 기반의 서버용 D램은 기존 와이어(Wire Bonding)를 이용한 D램 대비 동작 속도가 2배나 빠르면서도 소비전력을 1/2 수준으로 크게 절감했습니다.

특히 TSV 기술 적용으로 현재까지 D램에서 속도 지연 문제로 최대 4단까지 밖에 쌓지 못했던 기술 한계를 넘어 더 많은 칩을 쌓을 수 있어 향후 64기가바이트 이상 대용량 제품을 양산할 수 있게 됐습니다.

메모리사업부 메모리 마케팅팀 백지호 상무는 “이번 TSV기반 D램 모듈 양산으로 하반기 업계 차세대 CPU 출시에 맞춘 초절전 솔루션을 제공하고 프리미엄 DDR4 D램 시장을 선점할 수 있게 됐다”며, “향후 3차원 메모리 반도체 기술을 기반으로 차세대 라인업을 한 발 앞서 출시해 제품 경쟁력을 강화하는 한편 글로벌 메모리 시장이 지속 성장하는데 주도적인 역할을 할 것”이라고 포부를 밝혔습니다.

삼성전자는 하반기 서버 D램 시장이 DDR3 D램에서 DDR4 D램으로 전환되는 트랜드에 맞춰 3차원 TSV 기술을 적용한 64기가바이트 이상의 고용량 DDR4 모듈도 출시해 프리미엄 메모리 시장을 더욱 확대해 나갈 예정입니다.

한편, 시장조사기관에 따르면 올해 D램 시장은 386억불이며, 그 중 서버 시장이 20% 이상의 비중을 차지할 것으로 전망하고 있다. 특히 클라우딩 컴퓨터의 비중이 지속 증대되고, 서버 시스템에 탑재되는 소프트웨어 종류도 늘고 있어 향후 고성능 서버에서 고용량 D램의 요구가 증가될 것으로 전망됩니다.

■ 와이어 본딩 기술과 TSV 기술 비교

■ 3차원 TSV 기술 적용 4단 적층 D램 사진

■ 세계 D램 시장 전망 (가트너, 억불/억개_1Gb)

The post 삼성전자, 세계 최초 3차원 적층 TSV 기반 ‘DDR4 D램 모듈’ 양산 first appeared on 삼성전자 반도체 뉴스룸.