실리콘 인터포저 적용… 안정적인 전력 공급, 초미세 배선 구현
열 방출 성능 우수한 독자 구조, 생산 기간 단축, 수율 향상
HPC, AI/클라우드 서비스, 데이터센터 등 다양한 응용처 적용 확대
[오피니언뉴스=정세진 기자] 삼성전자는 로직 칩과 4개의 HBM(High Bandwidth Memory) 칩을 하나의 패키지로 구현한 독자 구조의 2.5D 패키지 기술 'I-Cube4'를 개발했다고 6일 밝혔다.
I-Cube4(Interposer-Cube4)는 고대역폭 데이터 전송과 고성능 시스템 반도체를 요구하는 고성능컴퓨팅(High Performance Computing), 인공지능(AI)·클라우드 서비스, 데이터센터 등을 중심으로 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.
삼성전자 'I-Cube'는 실리콘 인터포저 위에 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU) 등의 로직과 HBM을 배치해 하나의 반도체처럼 동작하도록 하는 이종 집적화(Heterogeneous Integration) 패키지 기술이다.
HBM은 D램을 수직으로 쌓은 뒤 실리콘관통전극(TSV)기술을 활용해 D램을 연겨하는 기술을 말한다.
D램 등 메모리 반도체는 한번에 전송할 수 있는 데이터 양을 대역폭(Bandwith)으로 나타내는데, HBM은 데이터 전송을 위한 대역폭을 늘려 기존보다 훨씬 더 많은 데이터를 한번에 전송할 수 있다.
슈퍼컴퓨터와 데이터센터 등에서 처리해야할 데이터 양이 늘면서 CPU와 GPU의 연산능력이 날로 발전하고 있다. 이와 함께 데이터 입출력을 담당하는 메모리 반도체의 데이터 전송 속도도 중요해지고 있다. HBM은 D램을 적층하는 방식으로 이 문제를 해결한 기술이다.
삼성전자의 I-Cube4는 HBM 기술을 활용한 복수의 칩을 1개의 패키지 안에 배치해 전송 속도는 높이고, 패키지 면적은 줄였다.
삼성전자는 I-Cube4에 실리콘 인터포저(Si-Interposer)를 적용해 초미세 배선을 구현했으며, 반도체 구동에 필요한 전력도 안정적으로 공급할 수 있도록 했다.
인터포저(Interposer)는 직접회로(IC) 칩과 PCB(인쇄회로 기판) 상호 간의 회로 폭 차이를 완충시키는 역할을 한다. 로직, HBM 등의 칩은 입출력 단자(bump)가 촘촘히 배치되어 있으나, PCB는 고성능 칩과 입출력 단자의 밀도가 약 20배 차이 난다. 인터포저는 IC 칩과 PCB 사이에 추가적으로 삽입하는 미세회로 기판이다. 중간 수준의 배선을 구현해 칩과 기판을 물리적으로 연결해준다.
일반적으로 패키지 안에 실장하는 반도체 칩이 많아질수록 인터포저의 면적도 함께 증가해 공정상의 어려움도 커진다.
삼성전자는 100 마이크로미터 수준의 매우 얇은 인터포저가 변형되지 않도록 재료, 두께 등 다양한 측면에서 반도체 공정·제조 노하우를 적용했다.
또한 I-Cube4에 몰드를 사용하지 않는 독자적인 구조를 적용해 열을 효율적으로 방출하도록 했다.
삼성전자는 패키지 공정 중간 단계에서 동작 테스트를 진행해 불량을 사전에 걸러내고, 전체 공정 단계를 줄여 생산 기간을 단축했다.
강문수 삼성전자 파운드리사업부 마켓전략팀 전무는 "고성능 컴퓨팅 분야를 중심으로 차세대 패키지 기술의 중요성이 높아지고 있다"라며 "삼성전자는 I-Cube2 양산 경험과 차별화된 I-Cube4 상용화 기술 경쟁력을 기반으로 HBM을 6개, 8개 탑재하는 신기술도 개발해 시장에 선보이겠다"라고 밝혔다.
한편 삼성전자는 2018년 로직과 2개의 HBM을 집적한 I-Cube2 솔루션을 선보였으며, 2020년에는 로직과 SRAM을 수직 적층한 X-Cube 기술을 공개하며 차세대 패키지 기술도 차별화하고 있다.
저작권자 © 오피니언뉴스 무단전재 및 재배포 금지
