HBM은 되게 핫한 분야입니다. 지금도 앞으로도 그럴 것 같다고 생각합니다. 하이닉스의 상승세는 반증이구요. 투자에 앞서 무엇인지 알고자 블로그, 기사, 유투브를 통해 공부하였습니다. 나와 같은 비전공자, 일반인, 직장인 투자자들에게 조금이나마 도움을 주고자 글을 작성하게 되었습니다. 기본적인 이해를 돕는데 도움이 되었으면 합니다.
HBM의 발단
인공지능, ChatGPT의 판단을 위한 도구로 급부상하기 시작하였다. 기존에는 CPU의 성능향상에 주력하였다. 엄청난 똑똑하게 개발하는 방향으로.. 하지만 인공지능(자율주행, ChatGpt 등)은 엄청나게 똑똑한 것보다 수 많은 정보들을 빠르고 정확하게 처리할 수 있는 두뇌가 더 필요하게 된다. 천재한명보단, 유능한 다수의 인재가 필요한 상황이 도래하였다.
그래서, 기존 엄청난 천재(CPU)보다 GPU(다수의 유능한 인재)가 급 부상하게 된다.
CPU(엄청난 천재, 제갈공명)
중앙처리장치
난이도 상관없이 엄청난 어려운 문제를 잘풀지만 속도는 느리다. 데이터를 순차적으로 처리한다.
GPU(다수의 책사)
그래픽처리장치 화면에 띄울 수만개의 화소를 단번에 표현
상대적으로 덜 어려운 문제를 동시에 푼다. 동시에 빠르게 연산하는 특징
인공지능 시대에는 GPU가 더 적합한 반도체이다.
GPU의 조력자 메모리
1) 전통 메모리 기판의 계층도
전통기판의 구조는 CPU/GPU 근처의 니어메모리인 GDDR / 파메모리(D램과 SSD)로 구성되어 있다. 니어 메모리는 CPU의 최대한 가까운 곳에 위치하여 파메모리의 다리 역활을 해주어 데이터를 빠르게 처리할 수록 도와준다.
GDDR의 단점은 칩의 수는 32개인데, 쉽게 말하면 차선이 32차선으로 이해할 수 있다. 그러나 이 차선으로 인공지능을 처리하기에는 부족하다고 한다. 또한, GDDR6의 용량역시 1개당 2GB로 부족하다고 한다. 이정도로만 쉽게 이해하자
인공지능을 처리하기엔 현재의 구조로는 한계가 있다라고 생각하자.
이 아쉬움을 해결하기 위해 나온게 HBM이다. GDDR은 GPU 주변에 12개 설치가 가능하며 차선이 32개로 384개이다. HBM은 4개를 장착할 수 있으나 개당 차선이 1024개로 4,096차선이다. 훨씬 더 빠르다. 개당 속도는 GDDR이 16GB로 빠르다. HBM3는 초당속도가 6.4GB이다. HBM4는 개발중으로 8GB이다. 하지만 차선차이가 엄청나다.
우리가 화물차로 기름을 옮긴다고 가정하자. 120KM 속도제한이며 2차선인 도로와 80KM 속도 제한에 4차선인 도로가 있다면 어디가 빠를 것인가? 후자가 더 많은 기름을 옮기게 될 것이다.
2) HBM 기판의 계층도
HBM의 구조는 어떻게되는가? 메모리칩을 아파트처럼 적층하는 방식으로 만들어진다. 4개동으로 구성되며 한층에 2GB이다. 1개동은 12층씩으로 구성된다.
3) GDDR VS HBM
인공지능이 GDDR -> HBM의 필요성을 대두시켰으며, SK하이닉스가 세계 최초 개발하였다. 엔비디아에 공급 중이다.
기존 D램보다 가격은 2~3배, 전력소비는 -50%, 전송속도는 4배정도 빠르다.
4) 패키징 방식연결(본딩) 와이어 VS FC
GDDR은 와이어방식, HBM은 플립칩 방식으로 패키징을 한다.
5) HMB 연결방식 TSV(실리콘 관통전극)
HBM은 TSV방식으로 만든다. D램칩을 구멍을 뚫어 12층으로 적층한다.
D램 칩에 미세한 구멍을 뚫어 상단과 하단을 수직으로 관통하는 전극을 연결하며, 메모리 반도체를 적층하여 대용량을 구현한다. HBM 제조의 필수 패키징 기술로서 와이어본딩(GDDR5) 기술보다 속도와 소비전력을 크게 개선하였다.
메모리를 TSV방식으로 적층하는 패키징이 3D패키징이며, GPU와 HBM을 이종칩을 인터포저로 패키징하는 형태를 2.5D 패키징이라고 한다.
HBM 밸류체인
본딩 - 한미반도체(TSV공정기술 이용한 열압착 장비/ 하이닉스와 공동개발)
드릴링 - 이오테그닉스(Via Hole을 뚫기 위한 장비인 UV PCB 드릴러 장비)
검사 - 인텍플러스(FC-BGA범프 검사장비) / 파크시스템즈(원자현미경 이용 HBM3 구리패드 정밀 측정)
기타 - 피에스케이홀딩스(식각 공정 이후 발생한 찌꺼기 제거 장비(Descum) / 솔더블 부착위해 표면을 다듬는 리플로우 장비)
1) Dscum 장비 -> 식각후 찌거기 제거 장비
2) Reflow장비 -> 솔더블을 용융시켜 평평하게 만들어 기판과 반도체 칩이 잘 접착할 수 있도록 도와주는 장비
3) TC본더 -> TSV 공정기술을 이용한 열압착장비(3D패키징 필수장비/하이닉스와 공동개발)
4) 이오테크닉스 - UV PCB드릴러(20um 이하의 작은 비아홀을 뚫기 위한장비)
5) 인텍플러스 - FC-BGA 볼(범프) 검사장비
6) 파크시스템스 - 원자현미경
7) 솔브레인 구리층제거용 CMP 슬러리
HBM 공정 중 생기는 구리 층을 걷어내는 슬러리를 세계에서 유일하게 공급한다. HBM은 D램 칩에 1,000개 이상 구멍을 뚫은 뒤 구리를 채워 넣어 배선을 만드는 실리콘광통전극 공정을 거친다고 하였다. 배선을 만드는 과정에서 구리가 D램 표면으로 넘치는데 솔브레인의 슬러리는 기본 임무인 실리콘 연마는 물론 이 구리 층까지 깔끔히 걷어내는 기술을 개발하였다.
8) 덕산하이메탈
데이터 전송을 위한 가교 역할을 하는 범프 제조조를 위한 솔더볼을 메모리 회사에 공급
9) 와이씨켐
TSV용 포토레지스트를 국산화
10) 삼성전기/LG이노텍/대덕전자
FC-BGA 기판을 생산
본 글은 초보투자자의 이해를 돕기위한 기초적이며 쉬운 해석으로 틀린 부분이 있을 경우 지적해주시면 언제든지 환영합니다.
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