AI가속기 '위'에 HBM 쌓는다… 삼성, 차세대 3D 메모리 공개

zHBM, HBM5 대비 최대 8배 성능… 열저항 절반 수준
X·Y축 한계 넘어 'Z축' 개척… 이동거리 줄여 병목 완화
세계 첫 400단 이상 '10세대 V낸드'… 집적도 58% 향상

삼성전자가 AI(인공지능) 시대의 병목을 해소할 차세대 3D(차원) HBM(고대역폭메모리)인 'zHBM'과 세계 최초로 400단 이상 쌓아올린 10세대 V-낸드(V-NAND·수직적층 구조 낸드플래시) 모델을 제시했다.

삼성전자는 4~6일(현지시간) 미국 캘리포니아주 샌타클래라 컨벤션센터에서 열리는 'FMS 2026'에 참가해 차세대 3D 메모리 아키텍처인 zHBM과 zNAND-O의 목업(Mock-up·제품 형태와 기능을 시각적으로 확인하기 위해 만든 모형)을 업계 최초로 공개했다고 밝혔다.
삼성전자는 'FMS 2026'에서 AI 클라우드 서버를 형상화한 전시부스를 선보이고 D램부터 낸드, 스토리지에 이르는 메모리 포트폴리오를 중심으로 약 30개 제품을 전시했다.

행사 첫날인 4일 오전에는 이진엽 플래시개발실 부사장과 김경륜 D램개발실 상무가 'AI 혁명의 파도를 주도하기'(Driving the wave of AI Revolution: 3D Innovations in Memory & Storage Architecture)를 주제로 기조연설을 했다. 두 연사는 zHBM, zNAND-O 등 차세대 3D 메모리를 기반으로 HPC(고성능컴퓨팅)와 AI 인프라 수요 증가에 대응하고 AI 시스템의 성능과 전력효율을 극대화하기 위한 기술 비전을 제시했다.

삼성전자는 4일부터 6일까지(현지 시간) 미국 캘리포니아주 산타클라라 컨벤션센터에서 열리는 'FMS 2026'에 참가해 차세대 3D 메모리 아키텍처인 zHBM과 zNAND-O의 목업(Mock-up)을 업계 최초로 공개한다. 사진은 zHBM 목업. /사진 제공=삼성전자

우선 삼성전자는 zHBM을 대안으로 내놨다. zHBM은 기존 AI 가속기(xPU) 옆에 HBM을 배치하는 방식에서 한 단계 더 나가 AI 가속기 상단에 HBM을 수직으로 적층하는 방식이다. AI 가속기와 메모리간 데이터 이동거리를 최소화함으로써 대역폭과 전력효율을 높이고 대규모 AI모델의 학습과 추론에 필요한 초고속 데이터 처리를 지원한다. 이 시스템은 아직 개발조차 완료되지 않은 HBM5(8세대) 대비 최대 8배 높은 성능을 제공한다는 설명이다.

또 짧아진 데이터간 이동거리로 인해 HBM5 대비 전성비(전력 대비 성능)를 최대 3배 향상시키고 열 저항을 절반 이상 낮춤으로써 고용량·고대역폭 시스템의 안정성과 전력효율을 극대화한다. 아울러 zHBM은 고객 맞춤형 설계가 가능하다. 메모리와 AI 가속기 사이에 위치한 인터레이어에 맞춤형 IP(Intellectual Property·반도체 특정 기능을 회로로 구현한 설계 블록)를 추가해 메모리 용량 확장, 가속기 성능 강화 등 제품 특성을 최적화할 수 있다.

삼성전자가 낸드 차세대 제품으로 개발 중인 zNAND-O는 기존 V-낸드의 수직 적층기술을 활용하고 TSV(실리콘관통전극) 기술을 결합해 4단 또는 8단 반도체칩을 3D 패키징한 제품이다. 제품명 끝의 '-O'는 온디바이스(On-device) AI 환경에 최적화한 제품임을 의미한다. 높은 공간 효율성과 데이터 로딩 대역폭, 빠른 응답속도를 바탕으로 실시간 대규모 데이터 처리가 요구되는 환경에서 고성능을 지원한다.

삼성전자는 400단 이상의 V10 BV-낸드도 업계 최초로 공개했다. BV(Bonding Vertical)는 셀과 회로를 분리제작한 후 수직으로 접합하는
기술이다. 이는 13년 전 같은 행사에서 세계 최초로 V-낸드 기술을 발표한 이후 계속된 기술혁신 성과를 보여준다.

웨이퍼 본딩(2장 이상의 웨이퍼를 수직접합) 기술과 3스택(V-낸드 셀을 3개의 스택으로 나눠 각각 제조한 뒤 수직으로 연결) 기술을 통해 400단 이상의 초고적층을 구현했으며 메모리 집적도를 전 세대(V9) 대비 약 58% 향상시켜 동일한 면적에 더 많은 데이터를 저장할 수 있다.
특히 V10 BV-낸드는 단순히 적층 수를 늘리는 데 그치지 않고 데이터 읽기·쓰기 성능과 I/O(데이터 입출력) 속도도 전 세대 대비 향상시켰다.

이밖에 삼성전자는 이번 행사에서 HBM4E(7세대)가 적용된 차세대 AI 플랫폼과 웨이퍼를 전시했고 신규 열관리 기술인 HPB(히트패스블록)를 적용해 더 높은 대역폭과 용량을 제공하는 HBM5 목업도 공개했다.

삼성전자 관계자는 "삼성전자는 세계에서 유일하게 △메모리 △로직 △파운드리 △패키징까지 아우르는 '원스톱 솔루션'을 제공할 수 있는 종합반도체(IDM) 기업"이라며 "앞으로도 차세대 메모리 기술 혁신과 메모리, 파운드리, 첨단 패키징을 아우르는 차별화한 솔루션을 통해 AI 시대의 반도체 기술 리더십을 지속 강화해 나갈 계획"이라고 밝혔다.

박종진 기자 free21@mt.co.kr
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