HBM을 처음으로 개발 요청한 것은 NVIDIA가 아닌 AMD

HBM 개발의 역사

 

HBM(High Bandwidth Memory) 개발을 처음 요청하고 주도한 것은 일반적으로 사람들이 짐작하는 것과는 달리 NVIDIA가 아닌 AMD이다.

 

AMD는 2008년부터 HBM 개발을 시작했다. 당시 AMD는 컴퓨팅 시 메모리 쪽에서 소비되는 전력이 증가하고 폼팩터로 인해 용량 제한이 발생함에 따라 이에 대한 문제 해결 방안이 필요했다.

 

 

AMD에서 HBM 개발을 주도한 인물은 Senior Fellow인 Bryan Black였고, Bryan이 이끄는 팀이 다이 스태킹 문제 해결을 위한 절차를 개발하기도 했다. 그러나, AMD는 HBM 비전을 실현하기 위해 혼자 할 수는 없었고 파트너가 필요로 했다. 그래서 SK 하이닉스(메모리), UMC(인터포저), Amkor Technology와 ASE(패키징) 등과 파트너십을 맺고 개발을 진행했다.

 

AMD와 SK하이닉스는 2010년에 JEDEC에 HBM 표준화를 위한 기술 스펙을 제안했고, 2013년 10월에 SK하이닉스가 개발에 성공하면서 JEDEC 산업 표준으로 채택되었다.

HBM의 실제제품의 첫 상용화는 2015년 6월, AMD의 Fiji GPU에 적용된 것이며, AMD Radeon R9 Fury X에 탑재되었다.

 

 

선두를 빼앗긴 삼성전자는 2016년 1월에 HBM2의 조기 대량 생산을 시작했고, 같은 달, HBM2는 JEDEC에 의해 표준 JESD235a로 승인되었다. NVIDIA 역시 HBM 최초 탑재한 GPU를 AMD에 빼앗긴 것에 대해 분개하였으며, 삼성이 개발한 HBM2를 서둘러 채택하여 HBM2를 최초로 사용하는 GPU 칩을 2016년 4월에 공식 발표하였다. 이 제품이 Nvidia Tesla P100입니다.

 

NVIDIA Tesla P100

 

원래 웨이퍼 다이를 쌓아서 만드는 다이 스택 메모리는 처음에는 플래시 메모리 산업에서 상용화되었다.

 

도시바는 2007년 4월에 8개의 다이를 적층한 NAND 플래시 메모리 칩을 도입했으며, 같은 해 9월 하이닉스 반도체는 24개의 다이를 적층한 NAND 플래시 칩을 도입했습니다.

 

HBM과 유사한 형태의 3D 적층 RAM은 엘피다 메모리가 2009년 9월 첫 8GB DRAM 칩(4개의 DDR3 SDRAM 다이를 적층한 제품)을 개발하며 상용화되었고, 2011년 6월 출시되었다. 

 

2011년 SK하이닉스는 적층하는 다이 사이에 TSV 기술을 사용하여 연결하는 16GB DDR3 메모리(40nm급)를 도입했으며, 삼성전자는 2011년 9월 TSV 기반의 32GB DDR3(30nm급)를 도입했다. 이후 삼성과 마이크론 테크놀로지는 2011년 10월 TSV 기반의 하이브리드 메모리 큐브(HMC) 기술을 발표하기도 했다. 

 

3차원(3D) 적층 패키지 기술 'X-Cube(eXtended-Cube)'./삼성전자

 

X-Cube'는 전공정을 마쳐 다이(die)가 형성된 웨이퍼를 위로 얇게 적층해 하나의 패키지로 만드는 기술이다. 두 웨이퍼는 실리콘관통전극(TSV)으로 연결된다. 

로직 반도체는 보통 연산 블록(Logic block)과 캐시 메모리 역할을 하는 S램을 나란히 배치해 설계하는데, 'X-Cube' 기술은 연산 블록과 S램을 별도로 설계·생산해 쌓기 때문에 전체 칩 면적을 줄이면서도 S램 용량을 늘릴 수 있다. 

위·아래 칩의 데이터 통신 채널을 설계에 따라 자유자재로 확장할 수 있고, 신호 전송 경로 또한 최소화할 수 있어 데이터 처리 속도 극대화할 수 있다는 장점이 있다.

삼성전자는 이 기술이 슈퍼컴퓨터·인공지능·5G 등 고성능 시스템반도체를 요구하는 분야는 물론 스마트폰과 웨어러블 기기의 경쟁력을 높일 수 있는 핵심 기술로 활용될 것으로 예상했다.

삼성전자는 'X-Cube' 설계방법론(Design Methodology)과 설계툴(Design Flow)을 제공, 글로벌 고객사들이 이 기술을 적용한 5나노 및 7나노 공정 칩 개발을 시작할 수 있도록 지원한다. 

 

삼성은 내심 선두를 빼앗긴 HBM 보다는 메모리 큐브를 밀고 싶어 했으나, 성능 개선 속도가 HBM이 더 빨랐고, NVIDIA에서 HBM을 선호했기 때문에 결국 메모리 큐브는 니치 기술로 남게 되었다.

 

 

뜨리스땅

 

출처:

 

KIPOST(키포스트)(https://www.kipost.net)
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/High_Bandwidth_Memory
[2] https://www.kitguru.net/components/graphic-cards/anton-shilov/amd-started-to-work-on-hbm-technology-nearly-a-decade-ago/
[3] https://www.amd.com/en/products/adaptive-socs-and-fpgas/versal/hbm-series.html
[4] https://www.anandtech.com/show/9266/amd-hbm-deep-dive
[5] https://news.skhynix.com/hbm-design-head-myeong-jae-park/
[6] https://semiwiki.com/wikis/semiconductor-ip-wikis/high-bandwidth-memory-hbm-wiki/
[7] https://m-en.yna.co.kr/view/AEN20240704004700320?section=economy-finance%2Feconomy
[8] https://news.skhynix.com/the-story-of-sk-hynixs-hbm-development/