SK하이닉스가 인공지능(AI) 반도체 시대 최대 난제로 떠오른 '발열' 문제 해결에 승부수를 던졌다. HBM(고대역폭메모리) 패키지 내부에 냉각 구조물을 직접 넣는 방식이다.
SK하이닉스는 HBM 패키지 내부에 일체형 냉각 요소 'ICE(Integrated Cooling Elements)'를 적용한 차세대 'iHBM' 기술을 26일 공개했다. 회사는 이 기술을 차세대 제품인 HBM5부터 적용할 계획이다.
최근 AI 반도체 시장에서는 GPU 성능 경쟁이 치열해지면서 HBM 역시 적층 단수와 속도를 빠르게 높이고 있다. 문제는 발열이다. 여러 개의 메모리 다이를 수직으로 쌓는 HBM 특성상 내부 열이 급격히 증가할 수밖에 없다. 특히 GPU와 HBM이 초고속으로 데이터를 주고받는 D2D PHY(Die-to-Die Physical Layer) 구간은 대표적인 발열 집중 영역으로 꼽힌다.
업계에선 차세대 HBM 경쟁의 핵심이 단순 적층 기술을 넘어 '열 제어'로 이동하고 있다는 평가가 나온다. 발열을 제대로 잡지 못하면 성능과 수율, 시스템 안정성까지 모두 영향을 받을 수 있어서다.
SK하이닉스의 iHBM은 이 문제를 구조적으로 해결한 것이 특징이다. 기존 HBM은 발생한 열이 코어 다이를 거쳐 외부로 빠져나가는 간접 구조였다. 반면 iHBM은 발열이 가장 심한 D2D PHY 영역 안에 ICE를 직접 배치해 별도의 열 배출 통로를 만든다.
ICE는 전기는 통하지 않지만 열전도율이 높은 실리콘 소재 기반 냉각 요소다. 일종의 방열 블록을 HBM 내부에 넣은 셈이다. 이를 통해 기존 대비 열저항을 30% 이상 낮출 수 있다는 게 회사 설명이다. 고온·고부하 환경에서도 보다 안정적인 동작이 가능해진다는 의미다.
양산성도 고려했다. SK하이닉스는 자사의 핵심 패키징 기술인 MR-MUF(Mass Reflow Molded Underfill) 기반 웨이퍼레벨패키징(WLP) 공정을 그대로 적용해 대량 생산 안정성을 확보했다고 밝혔다.
고객사 호환성도 높였다. 기존 시스템 통합 패키지(SiP) 구조를 유지할 수 있도록 설계해 GPU·SoC 업체들이 큰 설계 변경 없이 바로 적용할 수 있도록 했다. 이를 통해 AI 반도체 핵심 고객인 엔비디아 등 빅테크 기업들도 도입 부담을 줄일 수 있다.
이강욱 SK하이닉스 PKG개발 담당 부사장은 "iHBM은 메모리 설계 역량과 첨단 패키징 기술을 결합해 개발한 최적의 발열 제어 솔루션"이라며 "AI 환경에서 고객이 필요로 하는 가치를 선제적으로 제공해 AI 메모리 리더십을 더욱 공고히 하겠다"고 말했다.
