KAIST, 이번엔 HBM 용량 두배 늘려 국제학회 'EDAPS'서 전체 최우수 논문상

"석사과정 2년차이지만, 삼성전자 미주법인(DSA)에서 4개월 간 인턴 생활할 기회를 가진 것이 이번 국제학술대회에서 논문 최고상을 받을 수 있었던 결정적인 요인이었습니다." 현장 경험을 중시하는 김정호 교수 지도로 아·태 반도체 패키징 기술 관련 국제학회인 '이뎁스(EDAPS)'에서 최우수 논문상을 수상한 김태수 석사과정 연구생이 지난 27일 가진 인터뷰에서 언급한 소감이다. KAIST 전기및전자공학부 김정호 교수 연구실(테라랩)에 따르면 김태수 석사과정 연구생은 이달 말 인도 벵갈루루에서 열린 '이뎁스'에서 논문 '트윈 타워 고대역폭메모리(HBM)'로 전체 최우수 논문상을 수상했다. '이뎁스(EDAPS)'는 지난 2022년부터 국제전기전자공학자협회(IEEE)가 매년 주최하는 아시아·태평양 지역에서 가장 영향력 있는 국제 학회다. 주로 전기 공학 분야 학계 연구자와 산업계 엔지니어가 참석한다. 칩(Chip) 설계, 시스템인 패키지·시스템 온 패키지(Sip/Sop), 전자파 간섭·전자 적합성(EMI/EMC), 설계 자동화 프로그램(EDA) 툴(Tool) 및 3D-IC 및 실리콘 관통 전극(TSV) 설계 등 반도체 패키징 전반 연구 결과를 공개한다. 김 연구생은 "인턴생활하며 하드웨어뿐만 아니라, 소프트웨어의 중요성도 함께 깨우쳤다. 칩을 구현하기 위해서는 SW가 절대적으로 중요하고, 필요하다는 것을 배우는 계기가 됐다"고 말했다. "이번 연구가 HW중심이라면, 다음 박사학위에 들어가서는 HBM의 용량과 속도를 획기적으로 개선하는 HW와 SW의 협업설계(CO-DISIGN)를 꼭 해보고 싶습니다." 인공지능일반(AGI) 실현을 위해 'SiP' 기반의 칩렛(Chiplet) 구조와 깊이 있는 하드웨어-소프트웨어 협업 설계로 차세대 인공지능 플랫폼의 토대를 만들겠다는 것이다. 김 연구생은 다학제간 융합 연구의 중요성에 대해서도 언급했다. "AI반도체 전력 이슈 등 한계를 극복하기 위해서는 전자공학적 접근 외에 재료공학, 열역학, 기계공학 등 다양한 문제 해결이 불가피합니다. 전공을 넘나드는 융합연구가 절대적으로 필요하다는 것을 깨달았습니다." 김 연구생이 '이뎁스'에서 발표한 '트윈타워 HBM'은 GPU 하나에 두 개의 DRAM 스택을 단일 베이스 다이((Base Die)에 쌓아 설계했다. 신호 무결성 검증을 위해 채널 설계 최적화와 3D 전자기(EM) 시뮬레이션을 병행했다. 메모리 용량과 대역폭 한계를 수평적으로 확장하는 '평이한' 아이디어지만, 실제 효율은 27.9% 개선됐다. 면적 증가 대비 메모리 용량과 효율 등 성능 향상을 훨씬 크게 설계할 수 있다는 점이 독창적이라는 평가를 받았다. 연구 논문을 살펴보면 HBM을 GPU 주변에 두 줄로 쌓았기 때문에 GPU-HBM 모듈 면적이 가로 49.7㎜에서 77.1㎜로 1.5배 가량 늘었다. 반면 모듈 당 메모리 총 용량은 288GB에서 576GB로 2배 늘었다. 면적 당 메모리 용량은 ㎠당 16.8GB에서 21.6GB로 늘었다. 김태수 연구생은 최수우 상울 수상하게 계기를 만들어준 지도교수에 대한 감사 인사도 잊지 않았다. "이번 연구 주제와 내용을 정리하는데 'HBM의 아버지'로 불리는 김정호 교수님 지도와 인턴 기회, 연구실 선후배의 적극적인 피드백, 앤시스 시뮬레이션 툴 등 주변의 많은 도움이 있어 가능했습니다. 모두에 커피이라도 사야죠." 한편 김정호 교수 연구실(테라랩)에는 현재 석사과정 12명, 박사과정 14명 등 모두 26명이 반도체 전·후공정 패키지와 인터커넥션 설계를 인공지능(AI) 머신러닝(ML) 등을 활용해 최적화하는 연구를 수행 중이다. 지난 2023년에는 반도체 설계 분야 국제학술대회 디자인콘에서 출품학생 4명이 동시에 최우수 논문상을 수상하는 성과로 관심을 끌었다.