다들 알고 계시겠지만 HBM(High Bandwidth Memory)은 고대역폭 메모리로, 기존 DDR(GDDR) 메모리보다 더 높은 대역폭과 낮은 전력을 제공하는 메모리 기술입니다. 모든 측면에서 세계 최고 수준인 AI시대 필수 메모리, HBM3E! 벌써 16단이라니 정말 놀랍지 않나요!?
SK하이닉스의 HBM 개발팀의 설계 직무는 아날로그 회로 설계, 디지털 회로 설계, 레이아웃 설계로 나뉘는데요, 오늘은 HBM 개발팀에서 아날로그 회로 설계를 담당하시는 한지희 TL님을 모셔서 이야기 나눠봤습니다!
그럼, HBM3E 16단 기술과 아날로그 회로 설계 직무에 대해 알아볼까요!?
SK Careers Editor 21기 엄수인
한지희 TL: 안녕하세요. 저는 HBM에서 아날로그 회로 설계를 담당하고 있는 한지희 TL입니다. HBM에서 아날로그 회로 설계는 크게 두 가지 회로를 설계합니다.
하나는 HBM에 전력을 공급하는 power generator이고, 다른 하나는 HBM의 온도를 측정하는 temperature sensor입니다.
한지희 TL: 9시쯤 출근하여 업무를 봅니다. 주요 업무는 회로 설계 및 검증, 논의 사항 미팅, 자료 정리입니다. 그리고 6시쯤 퇴근하여 저녁 식사 후 운동 및 휴식을 갖습니다.
한지희 TL: 저희 팀에는 석사가 비중이 가장 높습니다. 그리고 박사와 학사는 비중이 비슷한 것 같습니다. 아무래도 Analog설계가 초기 진입장벽이 있다 보니, 학사분들이 거리감을 느끼는 것 같고, 비슷한 이유로 회사에서도 석사 이상의 경력을 가진 사람을 우대해 주는 것 같습니다. 하지만 제 생각에는 입사 후 처음 배우셔도 1~2년이면 충분히 적응하고 일하는 데 문제가 없을 것 같습니다.
한지희 TL: SPICE, Cadence, Synopsys tool 모두 많이 사용합니다. 회로 설계는 모두 다 비슷한 툴을 사용하여 어디서든 회로 설계 툴 사용법을 익힌다면, 저희 회사에서도 금방 적응하실 수 있습니다.
그리고 사내에서 자체 개발한 in-house tool도 있습니다. 이 tool들은 반복되는 작업이나 복잡한 작업에 대해서 단순하고 직관적으로 동작하도록 개선하거나, AI/DT를 활용하여 data 양이 많고 오래 걸리는 작업을 단축해서 회로 설계에 도움을 줍니다.
한지희 TL: 제 경험을 토대로 말씀드리면, 대학원에서 아날로그 회로 설계를 전공하는 것을 가장 추천해 드립니다. 설계도 취향을 많이 타는 분야이기 때문에, 학교에서 어느 정도 경험을 쌓고 본인의 적성에 잘 맞는지 확인해 보는 것이 좋을 것 같습니다.
대학원에 가지 않는다면, 졸업논문으로 아날로그 회로 관련 연구를 해보거나 인턴 과정을 통해 경험을 해보는 것도 좋은 방법일 것 같습니다.
한지희 TL: Stack chip은 단수가 올라갈수록 전력 공급에 차질이 생깁니다. 이 문제를 해결하기 위해 전력 분배 네트워크를 개선하였고, 관리 전원을 다변화하여 고적층 HBM에 적합한 전력 공급망을 구축하였습니다.
또한 적층된 chip의 온도를 각각 측정하고 최적화된 동작을 할 수 있도록 유도하는 다층 온도 센서 제어 기술 또한 추가 개선을 진행하였습니다.
Q. 관리 전원은 어떻게 다변화하였나요?
한지희 TL: 전원의 각 소모처마다 특징이 있습니다. 예를 들어 High frequency 동작을 하는 회로, current 소모량이 큰 회로, 정확한 voltage level을 요구하는 회로 등등이 있는데요, 한 개의 전원에서 이를 공급하는 것보다 각 회로 특성에 맞는 power를 생산해 공급하는 방식이 해당 회로의 성능 지표에 더 좋은 영향을 줍니다. 대신 관리 전원이 많아져서 power 간 간섭 문제, 전력 분배 network를 나누어 써야 하는 문제, 면적을 더 사용해야 하는 문제 등이 있는데, 이 부분을 연구해서 극복하는 것이 저희 팀에서 하는 일입니다.
Q. 온도를 센싱하는 방법에 대해 알려주세요.
한지희 TL: 온도를 센싱 하기 위해 소자의 온도 특성을 전압/전류로 변환하여 측정하는 방식을 사용합니다. 온도 센서 자체도 회로 내에 일정 면적을 차지합니다. 그런데 주로 발열이 심한 부분은 회로가 밀집된 부분이어서 면적이 부족합니다. 또한 적층 시 열 흐름도 고려했을 때 대표성 있는 위치에 온도 센서 배치, 최악의 발열 포인트의 값을 측정하는 것이 어려운 과제가 됩니다. 이 부분에 대해 연구, 개선을 진행 중입니다.
한지희 TL: 아날로그 회로는 디지털과 다르게 low/high가 아닌 실수 범위에서 data가 움직입니다. 게다가 이 실수 범위의 data는 chip의 stack단 수만큼 배가 됩니다. 현재 시뮬레이션 툴에서는 이러한 막대한 양의 data를 처리하는 것이 불가능하여 정확한 예측이 어렵습니다. 여기서 필요한 data만 골라내어 실물과 가장 비슷한 환경의 simulation을 구현하고 예측하는 것이 가장 큰 기술적 과제입니다.
Q. 필요한 데이터만 골라내기 위한 기준이 무엇인가요?
한지희 TL: power를 공급하는 부분과 소모하는 부분이 있을 때 그 사이에 있는 모든 node에서도 전압/전류 값이 simulation에서는 계산이 됩니다. 그런데 이 부분은 필요 없는 데이터이므로 생략을 해 주면 simulation time을 절약할 수 있습니다. 회로가 복잡하기에 손으로 생략하기는 어렵고, 그 외에 다른 방법을 연구하고 있습니다.
한지희 TL: 설계팀에서는 주로 소자팀, 제품팀과 연계하여 협업을 진행합니다. 소자팀에서는 적합한 회로를 설계할 수 있도록 맞춤형 소자를 개발•제공하는 역할을 하고, 제품팀에서는 설계한 회로의 실험•측정을 통해 실물 data를 얻고, feedback을 통해 설계 simulation 및 회로 개선을 돕습니다. 설계팀에서는 양 팀으로부터 수율을 높이는 기술을 제안받고 이를 회로에 구현하여 chip의 신뢰성을 높이는 설계를 진행합니다.
한지희 TL: 반도체의 꽃은 설계이고 그중에서 아날로그 설계는 기초이면서 필수입니다. 설계인을 꿈꾸신다면 아날로그 설계를 기초로 하여 커리어를 확장하길 추천합니다! 미래에 훨씬 다양하고 풍부한 설계를 하실 수 있을 거예요~!
지금까지 HBM 개발팀에서 아날로그 회로 설계를 맡고 계신 한지희 TL님과 함께 SK하이닉스의 AI 메모리, HBM3E에 대해 이야기 나눠 보았습니다! 한지희 TL님은 HBM의 성능을 극대화하기 위해 전력 공급망 최적화와 다층 온도 센서 기술을 연구하며 끊임없이 도전하고 계셨는데요. 특히, 고적층 메모리에서 발생하는 전력 및 발열 문제를 해결하는 과정이 무척 흥미로웠습니다.
무엇보다 바쁘신 현업에도 불구하고 인터뷰에 응해 주셔서 진심으로 감사드립니다!
AI 시대를 이끄는 핵심 메모리 HBM3E를 통해 반도체 기술 혁신을 선도하는 SK하이닉스에 많은 관심 부탁드리며, 다음에도 깊이 있는 이야기로 찾아오겠습니다!
