AI 반도체와 고성능 컴퓨팅 시장이 확대되면서 HBM을 비롯한 차세대 메모리 인터페이스의 검증 난도가 높아지고 있는 가운데, 고대역폭 메모리 특성 계측에서 계측시 오류를 주의해야 하는 것으로 나타났다.

Jays(제이스)는 지난 19일 e4ds ee웨비나를 통해 ‘차세대 DDR/LPDDR 메모리 분석 솔루션’을 주제로 발표했다.

이번 발표를 담당한 Mohamed Hafed 인트로스펙트 CEO는 메모리 계측의 본질이 단순한 파형 관찰이 아니라, 실제 동작 중인 시스템에서 컨트롤러와 메모리가 어떻게 통신하는지를 해석하는 데 있다고 설명했다.

Mohamed Hafed 인트로스펙트 CEO는 DDR이라는 용어를 일반 DDR뿐 아니라 LPDDR, GDDR, HBM까지 포함하는 넓은 의미로 사용한다고 밝혔다.

HBM 특성 계측을 하는 이유는 명확하다.

고속 메모리 시스템에서는 CPU나 GPU와 같은 메모리 컨트롤러, 그리고 메모리 소자가 정상 동작 모드에서 함께 작동할 때 실제 링크 내부에서 어떤 일이 벌어지는지 확인해야 한다.

Mohamed Hafed 인트로스펙트 CEO는 이를 ‘라이브 시스템 디버깅’이라고 설명한다.

설계나 시뮬레이션 단계에서 문제가 없어 보이던 시스템도 실제 구동 환경에서는 충분한 성능을 내지 못할 수 있으며, 이때 필요한 것은 컨트롤러와 메모리 사이의 명령, 타이밍, 모드 레지스터, 주파수 변화, 클럭 정지 이벤트를 추적하는 분석이다.

특히 HBM과 같은 차세대 메모리에서는 신호 무결성, 전원 무결성, 크로스토크와 관련된 문제가 시스템 통합 과정에서 주요 디버깅 대상이 된다.

Mohamed Hafed 인트로스펙트 CEO는 시스템 통합 업체가 전원 무결성, 크로스토크, 신호 무결성과 관련된 문제에 자주 직면한다고 설명하며, 제3자 CPU와 메모리 사이의 상호 운용성을 검증할 수 있는 분석기의 필요성을 강조했다.

이는 HBM 계측이 단순히 메모리 칩 자체의 불량을 찾는 작업이 아니라, 컨트롤러와 메모리, 패키지와 보드, 측정 환경이 결합된 전체 시스템의 동작을 확인하는 일임을 보여준다.

계측에서 가장 주의해야 할 점은 측정 행위 자체가 신호를 왜곡할 수 있다는 사실이다.

발표 자료는 프로토콜 분석기의 핵심 개념을 ‘스니핑’으로 설명한다.

즉, 분석기는 신호의 소스도 싱크도 아니며, 컨트롤러와 메모리가 정상적으로 통신하는 상태를 방해하지 않고 관찰해야 한다.

이를 위해 인트로스펙트는 인터포저, RSH 액티브 프로브, M7030 DDR 분석기로 구성된 구조를 제시했다.

Mohamed Hafed 인트로스펙트 CEO는 액티브 프로브가 신호를 저하시키지 않아야 컨트롤러와 메모리가 정상적으로 통신할 수 있다고 설명했다.

고속 메모리 계측에서 프로빙 위치도 중요하다.

Mohamed Hafed 인트로스펙트 CEO는 데이터 버스 측정과 관련해 “프로빙 위치가 중요하다”고 밝히며, “어디에서 프로빙하느냐에 따라 반사가 존재할 수 있다”고 설명했다.

발표에서는 일반 인터포저와 프로브 조합이 비종단 모드에서 반사를 일으킬 수 있고, 측정 지점이 실제 신호 위치에서 떨어져 있으면 파형이 왜곡될 수 있음을 예로 들었다.

반대로 통합 팁 인터포저는 신호 가까운 위치에서 감지하도록 설계돼 반사와 로딩 영향을 줄이는 방향으로 설명됐다.

정확한 결과값을 얻기 위해서는 먼저 측정 대상 시스템을 정상 동작 상태로 유지해야 한다.

Mohamed Hafed 인트로스펙트 CEO는 이번 데모의 핵심이 동작 중인 시스템을 실시간으로 프로빙하는 것이며, 이는 상호 운용성 테스트에 가깝다고 설명했다.

실제 데모에서는 시중에서 구매한 삼성 갤럭시 S24가 분해된 상태에서도 안드로이드 운영체제를 구동했고, PoP 방식 LPDDR5X 메모리의 CA와 DQ 라인을 통합 팁 인터포저와 RSH, M7030 분석기로 연결해 실시간 트래픽을 캡처했다.

다만 이 데모는 HBM 실측 사례가 아니라 LPDDR5X 사례다.

둘째, 논리 신호를 단순 파형이 아니라 메모리 명령으로 해석해야 한다.

Mohamed Hafed 인트로스펙트 CEO에 따르면 M7030은 CK, CS, CA, WCK 등 LPDDR 구성 신호를 캡처하고, 이를 JEDEC 프로토콜 규격에 맞는 ACT, Read, Write, Pre-charge 등의 커맨드 시퀀스로 자동 디코딩한다.

또한 각 커맨드의 타임스탬프, 클럭 주파수, 속성값을 제공하고, JEDEC 표준과 비교해 타이밍 위반 여부를 확인한다.

이는 HBM과 같은 고속 메모리 계측에서도 단순한 전압 파형만으로는 충분하지 않고, 프로토콜과 타이밍 맥락을 함께 해석해야 함을 시사한다.

셋째, 주파수 변화와 클럭 정지를 놓치지 않아야 한다.

Mohamed Hafed 인트로스펙트 CEO는 LPDDR에서 성능과 전력의 트레이드오프 때문에 CK 주파수가 빈번히 변하며, 클럭이 장시간 정지할 수도 있다고 설명했다.

Mohamed Hafed 인트로스펙트 CEO는 300MHz에서 498MHz로 주파수가 바뀌는 예와, PDE 이후 CK가 2.2ms 동안 정지했다가 PDX 이후 다시 디코딩되는 사례가 제시했다.

이러한 기능은 동작 중 전력 관리가 개입되는 메모리 시스템에서 이벤트 누락 없이 원인을 추적하는 데 중요하다.

넷째, 라이브 트래픽 기반 보정이 필요하다.

발표에 따르면 이 분석기는 기존 DDR 트레이닝을 필요로 하지 않지만, 고속 전송 조건에서는 전압 기준과 커맨드 위상 보정이 필요할 수 있다.

전압 캘리브레이션은 CA와 DQ 라인의 전압 레벨을 통계적으로 측정해 Vref 임계값을 설정하는 과정이며, 커맨드 페이즈 보정은 CK 엣지와 CS·CA 신호가 올바르게 정렬되도록 조정하는 과정이다.

Mohamed Hafed 인트로스펙트 CEO는 이러한 보정이 분석기의 셋업·홀드 타임을 극대화해 오류 없는 캡처를 보장한다고 설명했한다.

결국 HBM 특성 계측의 핵심은 “얼마나 빠른 신호를 볼 수 있는가”만이 아니다. 더 중요한 질문은 “측정 장비와 프로빙 구조가 원래 신호를 바꾸지 않는가”, “관측된 이상이 DUT 문제인지 측정 구조의 영향인지 구분할 수 있는가”, “파형과 프로토콜, 타이밍을 함께 해석할 수 있는가”이다.

차세대 메모리의 성능이 높아질수록 계측은 더 섬세해져야 한다. HBM 시대의 정확한 계측은 신호를 건드리지 않는 구조, 실제 동작 중 트래픽 분석, JEDEC 기반 커맨드·타이밍 검증, 그리고 측정 위치와 보정 절차를 함께 갖출 때 가능해진다.