삼성, AI 칩 위에 메모리 쌓는다···zHBM 첫 공개

삼성전자 zHBM 목업. 사진=삼성전자 제공

삼성전자가 HBM 다음 단계의 AI 메모리 시장을 겨냥한 차세대 승부수를 꺼냈다. AI 가속기 위에 메모리를 직접 쌓는 차세대 3D 아키텍처를 공개하며, 성능과 전력효율의 한계를 넘어설 차세대 AI 메모리 경쟁에 본격 시동을 걸었다.

삼성전자는 4일부터 6일(현지시간)까지 미국 캘리포니아주 산타클라라 컨벤션센터에서 열리는 'FMS(Future of Memory and Storage) 2026'에 참가해 차세대 3D 메모리 아키텍처인 'zHBM'과 'zNAND-O'의 실물모형을 업계 최초로 공개했다고 5일 밝혔다.

zHBM은 AI 가속기(xPU) 옆에 고대역폭메모리(HBM)를 배치하는 기존 방식에서 벗어나 AI 가속기 상단에 HBM을 직접 적층하는 아키텍처다. 가로와 세로의 2차원 구조가 아닌 높이인 Z축까지 활용한다는 의미에서 제품명 앞에 'z'를 붙였다.

AI 가속기 위에 HBM을 수직 적층하면 두 장치 사이의 데이터 이동 거리가 짧아져 대역폭과 전력효율을 동시에 높일 수 있다. 같은 전력으로 더 많은 데이터를 처리할 수 있어 AI 반도체의 고질적인 문제로 꼽히는 전력 소모를 낮추는 데도 유리하다.

삼성전자에 따르면 zHBM 기반 차세대 인터페이스 시스템은 8세대 HBM인 'HBM5'보다 최대 8배 높은 성능을 제공한다. 전력 대비 성능도 HBM5 대비 최대 3배 향상돼 대규모 AI 모델의 학습과 추론에 필요한 초고속 데이터 처리를 지원할 수 있다.

발열 제어 성능도 개선된다. zHBM의 열 저항은 HBM5 대비 10~25% 수준으로 낮아져 고용량·고대역폭 시스템에서 발생하는 열을 보다 효율적으로 제어할 수 있다. AI 반도체의 성능 경쟁이 심화할수록 전력 소모와 발열 부담이 커지는 만큼, 메모리 배치 구조 자체를 바꿔 데이터 병목과 열 문제를 동시에 해소하겠다는 전략이다.

삼성전자 zNAND-O 목업 사진=삼성전자 제공

삼성전자는 온디바이스 AI 환경에 특화한 차세대 낸드 솔루션 'zNAND-O'도 함께 선보였다. zNAND-O는 D램의 제한된 용량과 기존 낸드플래시의 낮은 대역폭 문제를 동시에 보완하는 제품이다. 고용량과 고대역폭, 빠른 응답속도를 구현해 스마트폰과 PC, 각종 엣지 기기에서 AI 데이터를 효율적으로 처리할 수 있도록 설계됐다.

이날 400단 이상을 수직 적층한 10세대 V낸드 'V10 BV-낸드'도 업계 최초로 공개했다. 전작인 286단 9세대 낸드 이후 300단대를 건너뛰고 곧바로 400단대 제품을 선보이며 적층 기술 경쟁에서 승부수를 던졌다.

10세대 BV-낸드는 400단 이상의 초고적층 구조를 기반으로 저장 용량과 성능, 전력효율을 높인 차세대 낸드 제품이다. 제한된 면적에 더 많은 셀을 쌓아 집적도를 높이는 동시에 AI 데이터센터와 고성능 컴퓨팅 환경에서 요구되는 대용량·고속 저장 수요에 대응한다.

삼성전자는 HBM 시장에서의 경쟁력을 끌어올리는 동시에, 그다음 세대인 3D 메모리 아키텍처를 새로운 승부처로 삼는다는 구상이다.

회사 관계자는 "앞으로도 차세대 메모리 기술 혁신과 메모리, 파운드리, 첨단 패키징을 아우르는 차별화된 솔루션을 통해 AI시대의 반도체 기술 리더십을 지속 강화해 나갈 계획"이라고 말했다.