삼성전자, HBM에 '자가진단' 기술 탑재…AI칩 경쟁 강화

삼성전자가 고대역폭메모리(HBM)의 내부 상태를 실시간으로 기록하고 진단하는 기술을 개발해 미국에서 특허를 공개했다. 자동차 블랙박스처럼 HBM 작동 중 발생하는 오류, 온도 변화, 전압 등을 시간대별로 저장해 문제 발생 시 원인을 빠르게 추적할 수 있도록 하는 기술이다. 이는 AI 가속기용 고성능 메모리의 안정성을 대폭 강화하는 기술로, 향후 반도체 시장 경쟁에서 중요한 차별화 요소로 부상할 전망이다.

이번 특허는 '온다이 디버그 로깅 로직을 포함한 HBM 베이스다이'라는 제목으로 공개됐다. 기술의 핵심은 HBM의 가장 아래쪽에 위치한 베이스다이에 소형 프로세서와 임시 저장 공간을 탑재해 내부 상태를 스스로 기록하도록 하는 것이다. 베이스다이는 여러 개의 D램을 제어하는 역할을 하는 부품으로, 이곳에 자체 진단 기능을 부여함으로써 별도의 외부 장치 없이도 실시간 모니터링이 가능해진다.

구체적으로 베이스다이에 탑재된 소형 프로세서는 HBM의 데이터 처리량과 대기열, D램을 수직으로 연결하는 실리콘관통전극(TSV)의 연결 상태 등을 지속적으로 수집한다. 전압, 전류, 온도, 오류 정정 관련 정보도 함께 기록 대상에 포함된다. 각 정보에는 발생 시각을 알 수 있는 시간 정보가 붙어 베이스다이 내부의 임시 저장 공간에 차례로 쌓인다. 저장 공간이 일정 수준 이상 차거나 정해진 시간이 지나면 기록을 별도 메모리 영역으로 자동 전송되며, 연결 오류가 반복되거나 온도가 급격히 상승하는 등 이상 상황 발생 시에도 즉시 기록이 옮겨진다. 이후 그래픽처리장치(GPU)나 중앙처리장치(CPU)가 해당 기록을 불러와 문제가 발생한 시점과 원인을 분석하는 방식이다.

기존 방식과의 가장 큰 차이점은 HBM을 정상적으로 작동시키면서도 내부 상태를 계속 기록할 수 있다는 점이다. 기존에는 외부 프로세서나 별도 테스트 장치를 통해 상태를 확인해야 했기 때문에 순간적으로 생겼다가 사라지는 연결 오류나 온도 이상 등을 포착하는 데 한계가 있었다. 이번 특허 기술은 HBM의 데이터 처리를 중단하지 않고 기록과 전송 작업을 병행할 수 있도록 설계돼 있다. 이는 HBM의 신뢰성을 획기적으로 높일 수 있는 방식으로, 특히 고성능 AI 칩 수요가 급증하는 현 시점에서 매우 중요한 기술이다.

이 같은 자체 진단 기술의 중요성은 HBM 성능이 높아질수록 더욱 커질 것으로 예상된다. AI 가속기용 HBM의 데이터 처리 속도와 적층 단수가 높아지면서 내부 연결 구조가 복잡해지고 있기 때문이다. 고도화된 HBM에서는 오류 발생 지점을 신속하게 찾아내는 작업이 매우 중요해지고 있으며, 이는 제품의 품질과 신뢰성을 직결시킨다. 삼성전자가 차세대 커스텀 HBM을 겨냥해 베이스다이의 기능을 고도화하는 가운데 오류 진단, 전력 관리, 열 관리 능력이 향후 HBM 시장 경쟁력을 좌우할 차별화 요소로 부상할 것으로 보인다. 이는 SK하이닉스 등 경쟁사에도 유사한 기술 개발을 촉진하는 계기가 될 것으로 예상되며, 전체 반도체 업계의 기술 수준 향상을 가져올 것으로 전망된다.