SK하이닉스, 3D 적층D램 AMD와 엔비디아에 공급

SK하이닉스가 업계 최초로 TSV(Through Silicon Via, 실리콘관통전극) 기술을 적용한 HBM(High Bandwidth Memory, 초고속 메모리) 제품을 개발하는데 성공했다고 2013년 12월 26일 밝혔다.

 

이 제품은 JEDEC에서 표준화를 진행 중인 고성능, 저전력, 고용량 D램 제품으로 1.2V 동작전압에서 1Gbps 처리 속도를 구현할 수 있어 1,024개의 정보출입구(I/O)를 통해 초당 128GB의 데이터 처리가 가능하다. 특히, 초당 28GB의 데이터를 처리하는 현재 업계 최고속 제품인 GDDR5보다 4배 이상 빠르며, 전력소비는 40% 가량 낮춘 것이 특징이다. 고사양 그래픽 시장 채용을 시작으로 향후 슈퍼컴퓨터, 네트워크, 서버 등에 응용될 전망이다.

 

SK하이닉스는 이번 HBM 제품에 TSV 기술을 활용해 20나노급 D램을 4단 적층했으며, 기술적 검증을 위해 그래픽 분야 선두 업체인 AMD(Advanced Micro Devices)와 공동 개발을 진행했다. 이를 바탕으로 내년 상반기 중 샘플을 고객들에게 전달할 계획이며, HBM을 SoC(System on Chip)와 같이 탑재해 한 시스템을 이루는 SiP(System in Package) 형태로 공급할 예정이다.

 

SK하이닉스 DRAM개발본부장 홍성주 전무는 “TSV 기술을 활용한 HBM 제품의 내년 상용화를 시작으로 제품 포트폴리오를 더욱 강화해 메모리 시장에서 주도권을 지속 확보하겠다”고 밝혔다.

 

한편, SK하이닉스는 이번에 개발을 완료한 HBM을 내년 하반기부터 본격 양산할 계획이다. 

 

 

■ TSV(Through Silicon Via, 실리콘관통전극)

- 2개 이상의 칩을 수직 관통하는 전극을 형성해 칩 간 전기적 신호를 전달하는 첨단 패키지 방식. 성능은 높이면서 크기를 줄일 수 있다.

 

■ SoC(System on Chip)

- 여러 가지 기능을 가진 시스템을 하나의 칩 속에 집적한 반도체

 

■ SiP(System in Package)

- 한 패키지를 여러 개의 칩으로 구성해 완전한 시스템을 구현한 것

 

■ JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council)

- 반도체 분야 표준화기구인 국제반도체표준협의기구. 반도체기기의 규격을 규정한다.

 

■ HBM을 SoC와 결합한 SiP 개념도

SK하이닉스가 고성능 그래픽처리장치(GPU)에 탑재되는 3D 적층 방식 그래픽 D램 시장을 사실상 선점했다. 

AMD에 이어 엔비디아에도 관련 제품을 공급키로 했다. AMD와 엔비디아는 PC 및 서버용 외장 GPU 시장을 양분하고 있는 업체들이다.

2014년 3월 25일 관련 업계에 따르면 SK하이닉스는 엔비디아에 실리콘관통전극(TSV, Through Silicon Via) 기술을 적용한 3D D램인 ‘고대역폭 메모리(HBM, High-Bandwidth Memory)를 공급키로 했다. 엔비디아는 2016년 출시할 예정인 차세대 GPU ‘파스칼(Pascal)’에 SK하이닉스의 HBM을 탑재한다는 계획이다.

▲엔비디아 파스칼 모듈

이날 엔비디아는 산호세에서 열린 자체 개발자 컨퍼런스 GTC(GPU Technology Conference) 2014를 통해 차세대 GPU 파스칼에 초고속, 저전력, 고용량 특성을 갖춘 3D D램을 적용할 계획이라고 밝혔다.

SK하이닉스는 지난해 말 업계 최초로 HBM 메모리를 개발했다. SK하이닉스의 HBM은 29나노 공정으로 생산된 D램 다이(Die) 4개를 TSV 기술로 적층, 칩당 8Gb의 용량을 구현했다. 이 제품은 1.2볼트(V) 동작 전압에서 1Gbps 처리 속도를 구현할 수 있다. 1024개의 정보출입구(I/O)를 통해 초당 128GB의 데이터를 주고받는 것이 가능하다. 이는 초당 28GB의 데이터를 처리하는 현행 최고속 그래픽메모리인 GDDR5 대비 4배 이상 빠른 것이다. 전력 소비량 역시 40% 가량 적다.

SK하이닉스는 올 연말 HBM의 양산을 시작해 AMD에 공급한다. AMD는 2015년 출시하는 신형 그래픽카드에 SK하이닉스의 HBM을 탑재한다는 계획이다. 

2016년 엔비디아에도 해당 제품을 공급하면 프리미엄 그래픽메모리 시장에서 SK하이닉스의 입지는 보다 공고해질 것으로 보인다.

▲2014년 하반기 DirectX12 맥스웰 데뷔

2016년 3D메모리를 탑재한 파스칼이 등장한다.

SK하이닉스 관계자는 “TSV 기술을 활용하는 적층 방식 3D D램(HBM)은 국제반도체표준협의기구(JEDEC)에서 표준화를 진행 중이어서 경쟁사도 뛰어들 것으로 본다”라며 “그러나 현재 엔지니어링샘플(ES)을 고객사에 공급한 곳은 SK하이닉스가 최초이며, 양산도 가장 빠를 것”이라고 말했다.

TSV를 활용한 3D 적층 D램은 HBM 외 하이브리드메모리큐브(HMC) 방식도 시장에 나와 있는 상태다. HMC는 마이크론 주도로 개발되고 있다. 

HMC는 컨트롤러 기능을 하는 로직 다이를 함께 내장하고 있는 형태다. 그러나 독자 컨트롤러 기술을 보유한 AMD, 엔비디아는 순수하게 D램 만을 적층한 HBM 방식을 선호하는 것으로 전해졌다.