메모리 적층 6단계 하나로 통합한 본딩 장비 나왔다

[아이뉴스24 박지은·황세웅 기자] 인공지능 반도체의 고집적 경쟁이 치열한 가운데 기존 6단계 공정을 한 번에 처리할 수 있으면서 범프 없이 구리끼리 직접 붙이도록 해 밀도를 크게 높일 수 있는 하이브리드 본딩 장비가 나왔다.

어플라이드 머티어리얼즈가 26일 서울 강남구 파르나스서울 호텔에서 열린 기자간담회에서 차세대 하이브리드 본딩 장비 ‘키넥스(Kinex)’를 공개했다.

인공지능(AI) 반도체가 빠르게 고집적화되면서 칩을 어떻게 붙이느냐가 성능을 좌우하는 핵심 공정으로 부상한 가운데, 이를 해결하기 위한 통합형 본딩 장비를 내놓은 것이다.

박광선 어플라이드 머티어리얼즈 코리아 대표는 “AI가 산업의 기본 구조를 바꾸고 있다”며 “동일한 전력으로 더 높은 컴퓨팅 성능을 내는 기술이 앞으로 살아남는 기술”이라고 말했다. 이어 “이 흐름을 가능하게 하는 기반 기술을 어플라이드가 제공하고 있다”고 강조했다.

AI 가속기의 구조는 GPU를 중심으로 고대역폭메모리(HBM) 여러 개가 둘러싸는 방식으로 진화하고 있다.

HBM 적층은 이미 12단까지 올라갔고, 하나의 패키지 안에서 움직이는 칩의 총량은 100개를 넘는다. 업계는 향후 400개 이상의 칩을 적층하는 초고집적 구조로 발전할 것으로 본다.

허영 하이브리드본딩 디렉터는 “칩 수백 개가 하나의 시스템처럼 움직이는 시대가 오고 있다”며 “성능은 몇백 배씩 늘어나지만 패키지 크기는 크게 늘지 않는 게 요즘 AI 가속기의 방향”이라고 설명했다.

칩 수가 늘수록 기존 ‘범프(bump)’ 기반 연결은 한계가 뚜렷하다. 연결 간격이 넓어 전송 속도와 전력 효율이 떨어지고, 고대역 구조를 구현하기 어렵다.

이 때문에 구리와 구리를 범프 없이 직접 붙이는 ‘하이브리드 본딩’이 차세대 방식으로 떠오르고 있다.

하이브리드 본딩을 통해 연결 밀도를 기존 대비 10배 이상 높일 수 있고, 신호 전달에 필요한 전력은 10분의 1 수준까지 낮출 수 있기 때문이다.

허 디렉터는 “범프를 쓰면 공간·전력·속도 한계가 명확하다”며 “하이브리드 본딩은 성능과 전력 효율을 한꺼번에 높일 수 있는 방식”이라고 말했다.

키넥스는 이러한 하이브리드 본딩을 하나의 장비 안에서 완전히 통합한 업계 최초 시스템이라는 게 어플라이드 머티어리얼즈 측의 설명이다.

칩 표면 처리, 플라즈마 공정, 정렬, 계측, 본딩 등 6단계를 따로 운영하던 기존 방식에서는 전체 공정 시간이 10시간 이상 걸렸고, 공정 간 이동 과정에서 오염 위험도 컸다.

반면 키넥스는 모든 공정을 한 장비 안에서 처리해 본딩 완료 시간을 1시간 수준으로 줄였다는 설명이다. 균일한 청정 환경에서 바로 접합하기 때문에 품질도 안정적이다.

허 디렉터는 “예전에는 여러 장비를 왔다 갔다 해야 했지만, 이제는 키넥스 한대로 끝낼 수 있다”며 “생산성과 신뢰도를 동시에 높였다”고 말했다.

또 칩렛 단위로 수십 개의 칩을 배치하는 고객사를 위해 칩 관리 소프트웨어를 탑재해 배치·이력·정렬 데이터를 통합 관리하도록 설계했다.

그는 “고객사가 원하는 방식으로 여러 다이를 조합할 수 있도록 소프트웨어도 계속 개선하고 있다”고 덧붙였다.

AI 가속기 구조가 복잡해지는 만큼 본딩 기술의 전환은 더 이상 미룰 수 없다는 평가가 나온다.

HBM 제조사들 역시 차세대 제품부터 하이브리드 본딩 적용을 검토하고 있으며, 로직 칩 양산에서는 이미 일부 적용이 시작됐다. 다만 허 디렉터는 "가격은 밝히기 어렵다"고 했다.

어플라이드는 “AI 가속기의 성능 경쟁은 결국 동일한 전력에서 얼마나 높은 컴퓨팅 파워를 낼 수 있느냐의 문제”라며 “하이브리드 본딩은 이 문제를 해결하는 핵심 기술이고, 키넥스는 이를 구현하기 위한 통합 장비”라고 설명했다.