삼성과 SK 하이닉스가 HBM4E 열 관리를 대응하며, AI 중개층이 40배로 확장될 수 있다

트렌드포스는 10월 12일 조선비즈의 보도를 인용하여, AI 패키징이 더 많은 계산 및 저장 칩을 수용함에 따라, 계산 칩과 HBM을 연결하는 중 제 층이 크게 확대될 것으로 예상되며, 차세대 HBM의 열 관리가 더욱 중요해질 것이라고 전했습니다. 삼성전자는 내년부터 양산을 시작할 HBM4E의 열 관리 도전에 대응하기 위해 여러 기술을 준비하고 있습니다.

현재 AI 중 제 층의 면적은 EUV 광각 인쇄기의 단일 노출 최대 면적 858 제곱 밀리미터의 5.5배에 달합니다. 반도체 장비 업계 관계자들은 HBM을 지탱하는 중 제 층이 해당 면적의 9배, 12배로 확대될 수 있으며, 최종적으로 약 40배에 이를 것이라고 예상하고 있습니다. 그 이유는 공정 미세화의 제한과 칩렛 방식의 2.5D 패키징의 보급으로, 단일 고급 공정 칩이 AI 연산력 요구를 충족하기 어려워 여러 계산 칩렛과 HBM이 동일한 중 제 층에 쌓이기 때문입니다.

삼성은 혼합 구리 본딩과 열 경로 블록을 고려하고 있습니다. 전자는 구리 대 구리의 직접 연결로 쌓인 DRAM 칩 간의 미세 돌기를 대체하여 층 간 간격을 줄이고, 쌓기를 더 얇게 하며 열 관리를 개선할 수 있습니다. 삼성은 2026년 3월 NVIDIA GTC에서 이를 시연한 바 있습니다. 열 경로 블록은 HBM 기저 칩이 GPU와 고속 전송을 위한 D2D PHY 영역과 전용 열 경로를 구축하는 역할을 하며, 삼성은 HBM4E로 이를 검증하고 HBM5에 도입할 계획입니다. ETNews에 따르면, SK 하이닉스의 iHBM은 열이 집중되는 D2D PHY 주변에 고열 전도성이지만 전기 절연성이 있는 냉각 재료를 배치하여 열 저항을 약 30% 낮출 것으로 예상됩니다.