SK하이닉스가 AI 메모리 리더십을 확고히 하는 데 결정적인 역할을 한 제품은 단연 HBM*이다. 세계 최초 최고 성능의 HBM 개발, AI 메모리 시장 1등 위상 확보 등의 배경에는 SK하이닉스 고유의 ‘원팀 스피릿(One Team Spirit)’이 있다.
2편에서는 모든 구성원이 합심해 HBM 기술 혁신을 이룬 원동력, 원팀 스피릿이 빛났던 순간을 되짚어 보고, 이 제품에 담긴 성공과 실패 그리고 협력의 성과를 살펴본다.
HBM을 향한 16년의 집념
시작은 2000년대 중반에 떠오른 TSV*였다. TSV는 HBM을 구현하고 메모리 성능과 공정 미세화의 한계를 극복할 해법으로 주목받은 반면, 누구도 선뜻 개발에 나서지 못한 기술이었다. 인프라 구축이 어렵고, 성공도 장담할 수 없었던 탓이다. 가능성에 투자하느냐, 안정을 추구하느냐의 기로에서, 업계는 ‘눈치 싸움’만 벌이고 있었다. 먼저 행동에 나선 것은 SK하이닉스였다. 회사는 TSV, WLP* 등 후공정 기술의 파급력을 미리 내다봤고, 2009년 무렵 개발에 착수했다. 16년의 집념이 시작된 순간이었다.
* WLP(Wafer Level Packaging): 웨이퍼를 칩 단위로 잘라 칩을 패키징하는 기존의 컨벤셔널 패키지(Conventional Package)에서 한 단계 발전한 방식으로, 웨이퍼 상(Wafer Level)에서 패키징(Packaging)을 마무리해 완제품을 만드는 기술
TSV를 본격적으로 활용한 시점은 2013년이었다. 이 즈음 GPU(그래픽 연산장치)와 함께 쓸 고성능 니어 메모리*의 수요가 감지됐다. 이에 회사는 TSV와 WLP 기술을 활용해 세계 최초 HBM(1세대)을 내놓게 된다. 안타깝게도 첫 도전은 성공도 실패도 아닌 채로 끝이 났다. ‘너무 빨랐다’는 게 발목을 잡았다. 당시 HPC(고성능 컴퓨팅) 시장은 HBM이 주류로 부상할 만큼 무르익지 않은 상황이었다. 시장 한계에 부딪혀 잠시 주춤하는 사이, HBM 개발 부서에는 ‘오지’라는 오명이 붙었고, HBM에 대한 시장의 기대도 수그러들기 시작했다.
그럼에도 회사는 포기할 수 없었다. ‘HPC 시대가 곧 올 것이며, 그 시점에 최고 제품을 만든 회사가 승기를 잡는다’는 확신 때문이었다. 그동안 쌓아온 기술력 또한 HBM을 포기할 수 없는 이유였다. 이에 구성원들은 최고 성능의 HBM을 개발하겠다는 목표 아래 다시 힘을 모았다.
2020년 마침내 판세가 뒤집혔다. HBM2E(3세대), HBM3(4세대)를 우직하게 밀어붙였던 회사는 AI 시대 개막과 함께 반전에 성공했다. AI 및 HPC 수요가 증가하고 HBM 시장이 폭발적으로 성장한 것이 기폭제였다. 한발 앞서 기술력을 쌓아온 SK하이닉스는 점유율을 빠르게 높여나가며 HBM 시장 1위라는 타이틀을 거머쥐게 됐다. 2009년부터 이어진 집념과 혜안, 그리고 D램칩 개발 담당인 전공정 분야와 TSV 등 패키징 담당인 후공정 분야가 원팀 스피릿으로 똘똘 뭉쳐 이룬 값진 성취였다.
세계 최강 HBM3E, 불가능을 가능으로 바꾼 원팀의 힘
HBM2E로 HBM 주도권을 확보한 것은 시작에 불과했다. 2021년 초당 819GB(기가바이트) 데이터를 처리하는 HBM3로 기술 우위를 입증한 SK하이닉스는 1위 굳히기에 들어갔다. 특히 D램칩 적층 수를 늘리며 최고 용량을 경신했는데, 2023년 4월에는 36GB 용량의 HBM3 12단을 내놓으며 기술 한계를 돌파했다.
같은 해 8월에는 HBM3E(5세대)를 발표하며 반향을 일으켰다. HBM3 12단을 개발한 지 4개월 만에 거둔 성과였다. HBM3E는 초당 1.15TB(테라바이트)의 데이터 처리 속도로 AI 메모리 시장을 빠르게 장악했다.
SK하이닉스의 HBM이 이렇게 승승장구하게 된 배경에는 MR-MUF* 기술이 있었다. HBM2E에 처음 적용한 MR-MUF는 성능 향상, 발열 개선, 대량 생산까지 한 번에 해결해 주는 특수 패키징 기술이다. 이후 회사는 더 얇은 칩을 휘어짐 없이 쌓고, 신규 보호재로 방열 특성을 높인 어드밴스드 MR-MUF 기술을 HBM3 12단에 적용하며 SK하이닉스의 HBM을 명품 반열에 올려놓았다.
당시 HBM 개발진은 ‘세대마다 성능은 50% 높이고, 전력 소모는 유지한다’는 목표로 개발에 전념했다. 불가능으로 여겨졌던 이 목표를 달성하고자 패키징 조직과 HBM 개발 조직 등 전 부서가 힘을 합쳤다. 각 분야 전문가들은 문제 해결 설루션을 즉각적으로 내놓으며 기술 개발에 협력했다. 차원이 달랐던 SK하이닉스의 HBM3E는 이러한 원팀 협력을 통해 세상에 나올 수 있었다.
원팀 스피릿으로 글로벌 AI 시장 완전 접수
글로벌 AI 시장을 접수하기 위한 SK하이닉스의 독주는 2025년에도 계속됐다. 회사는 지난 3월 세계 최초로 HBM4(6세대) 12단 샘플을 고객사에 공급했다[관련기사]. 16년의 기술 노하우로 거둔 성과였다.
SK하이닉스는 HBM4의 개발 기간을 단축하면서도 높은 성능을 구현했다. 이 제품은 초당 2TB의 데이터를 처리하는 놀라운 속도를 자랑한다. 이는 FHD(Full-HD) 급 영화(5GB) 400편 이상의 데이터를 1초 만에 처리하는 수준이며, 전 세대 대비 60% 빨라진 속도다. 이로써 회사는 ‘세대마다 50% 이상의 성능 향상을 이룬다’는 목표를 또 한번 달성했다.
비결은 역시 원팀 스피릿이었다. 이번에도 구성원들은 난제 해결을 위해 머리를 맞댔고, 설루션을 공유하며 호흡을 맞췄다. 더불어 회사는 원팀 스피릿을 기업 간 협력으로 한 차원 더 확장했다. SK하이닉스는 베이스 다이(Base-Die)에 글로벌 파운드리 업체의 로직(Logic) 공정을 도입, HBM 성능과 전력 효율을 끌어올린다는 계획이다. 구성원 협력에 글로벌 협력까지 더해 혁신의 기반을 강화한 것이다.
원팀의 시너지를 보여줄 HBM4는 올해 하반기 양산을 앞두고 있다. 회사는 이를 통해 기술 경쟁력을 입증하고, AI 메모리 시장에서의 우위를 공고히 할 계획이다. HBM4를 비롯한 SK하이닉스의 AI 메모리가 앞으로 얼마나 더 큰 파급력으로 시장을 넓혀 나갈지, 다시 한번 기대가 모이고 있다.
