エヌビディアのジェンスン・フアン最高経営責任者(CEO)[写真 サンフランシスコ=イ・ヒグォン記者]
HBMの基本概念から掘り下げてみよう。HBMを作るには数百の高難度工程を経なければならない。499種類の工程を通過しても一度でも狂いが生じれば終わりだ。HBMが「工程の総合芸術」と呼ばれる理由だ。3つの核心キーワードだけ知ればHBM関連記事の大部分は理解できる。DRAM、TSV、ボンディングだ。
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基本的にHBMは既存のメモリー半導体DRAMをハンバーガーのパンのように何枚も重ねて作った製品だ。データ処理速度と容量を高めるためだ。DRAMを8個積めば8層HBM、12個積めば12層HBMだ。
だれがどのように作ったかによってパンの味が違うように、DRAMもメーカーと工程世代により性能が変わる。例えば最新型HBM3Eを作るためにSKハイニックスとマイクロンは第5世代(1b)工程DRAMを基本材料に使うが、サムスン電子は第4世代(1a)工程DRAMを使う。第4世代を使うからと遅れているのではない。むしろサムスンは年内に最初に第6世代(1c)DRAMを量産する計画だ。
チップ2~3個なら電線でつなげて積めば良いが、8個、12個と積むならばつなげる技術がさらに精巧で安全でなければならない。たとえば、2~3階建てマンションは建物の外階段で上り下りできるが、4階以上の高層ビルはエレベーターを設置するのが安全だ。HBMでこのエレベーターの役割をするのがシリコン貫通電極(TSV)だ。垂直に複数積み上げたDRAMにいくつかの微細な穴をあけデータ連結通路の役割を持つということだ。
HBMにはこうしたデータ用エレベーターが1000台以上ある。HBM3には1024個、HBM4には2048個だ。ハンバーガーはパンだけでは作れない。パティもチーズも入れなければならない。この作り方の秘密は店ごとに違う。まず、肉・チーズ・野菜・パンをそれぞれ料理してパンの上に積む方式がある。また別の方法としてはパンの間に冷たい肉やチーズなどをのせてこれをそのままオーブンで焼くこともある。前者の方式がTC NCF、後者がMR-MUFだ。パン(DRAM)を積み上げハンバーガー(HBM)を作る過程で、ボンディング工程と呼ぶ。
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従来の半導体業界ではTC NCF方式が主流だった。DRAMチップをバンプ(一種のハンダ)に連結した後その間を絶縁フィルムで埋める方式だ。だがHBMの積層数が上がるほどDRAMチップが曲がったり損傷する可能性が大きくなる。歩留まりはたいていここで決まる。
ところがSKハイニックスが新しいボンディング技術を試みた。パンとチーズ・肉などをすべてのせてから丸ごとオーブンに入れるように、積層するDRAMに熱を加えて一気に複数の層をつないだ後にチップとチップの間を埋めて作業を終える形だ。これがMR-MUFだ。チップが変形する懸念を大きく引き下げた技術で、SKハイニックスの「HBM神話」の一番の貢献者だ。自信がついたSKハイニックスは最近の業績発表後に16層HBM製品にもMR-MUF方式を適用すると明らかにした。2つの方式はそれぞれに長所と短所がある。業界ではSKハイニックスがリードしているとの見方が優勢だったが、最近サムスンがTC NCF方式で12層まで積むのに成功し勝負を再び振り出しに戻した。
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