「ＨＢＭは本当に奇跡のような技術だ。韓国企業がとても謙虚だったためかみなさんがＨＢＭを間違って理解しているようだ」。エヌビディア創業者で最高経営責任者（ＣＥＯ）のジェンスン・フアン氏は３月に開かれたエヌビディア開発者大会で韓国の記者らにこのように話した。彼が「ミラクル」に挙げたＨＢＭ、すなわち高帯域幅メモリー半導体はエヌビディアが作るグラフィック処理装置（ＧＰＵ）で、核心部品の役割をするチップだ。専門家はＨＢＭに韓国が半導体バリューチェーン最上端に上がる機会があるとみる。ＨＢＭ初期開発を主導し「ＨＢＭの父」と呼ばれるＫＡＩＳＴのキム・ジョンホ電機電子工学部教授の諮問に基づいて、次世代ＨＢＭが半導体市場をどのように再編するのか分析した。

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。

１．ＡＩ時代開かれＧＰＵ過負荷…「脳備えた」メモリーの存在感拡大


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。

２．「ハンバーガー式」の高性能ＨＢＭ…サムスンとＳＫが技術力世界トップ

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。


「韓国はなぜこれほど謙虚なのか」エヌビディアＣＥＯ驚かせたサムスンとＳＫの技術（２）