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[삼성전자 'V10 BV 낸드' (삼성전자 제공=연합뉴스)]

삼성전자가 인공지능(AI) 반도체의 성능과 전력 효율 한계를 뛰어넘기 위해 AI 칩 상단에 메모리를 수직으로 쌓는 차세대 아키텍처를 내놨습니다.

김경륜 삼성전자 D램개발실 상무는 현지시간 4일 미국 캘리포니아주 샌타클래라컨벤션센터에서 열린 메모리 행사 'FMS 2026'에서 진행한 기조발표를 통해 3차원(3D) 아키텍처 'zHBM'을 공개했습니다.

zHBM은 AI 가속기(xPU) 옆에 고대역폭메모리(HBM)를 연결하는 기존 방식에서 벗어나 AI 가속기 위에 HBM을 직접 적층하는 아키텍처입니다. 가로·세로(X·Y축)의 2차원에서 벗어나 3차원인 높이(Z축)를 활용했다는 의미에서 앞에 'z'를 붙였습니다. 이를 활용하면 가속기와 메모리 간의 데이터 이동 거리를 최소화해 데이터 병목 현상을 해결하고 대역폭·전력효율도 극대화할 수 있다는 것이 삼성의 설명입니다. 김 상무도 "삼성이 돌아왔다"며 자신감을 내비쳤습니다.

zHBM은 HBM의 차세대 제품인 HBM5와 비교하더라도 그래픽처리장치(GPU)당 성능이 최대 8배 향상되고, 전력 대비 성능도 최대 3배 개선됩니다. 발열 제어 측면에서도 열 저항 수치가 HBM5 대비 10∼25% 수준으로 낮아져 열 저항을 절반 이상 떨어뜨릴 수 있습니다.

김 상무는 "기존 패키징 구조로는 가속기 칩과 메모리 간의 물리적 거리 단축에 물리적 한계인 '메모리 장벽'(memory wall)이 존재한다"며 이와 같은 아키텍처 전환의 필요성을 강조했습니다. 그는 현재 개발 단계인 HBM5에 HBM 사상 처음으로 게이트올어라운드(GAA) 트랜지스터를 구현해 파운드리 2㎚(나노미터) 초미세 공정을 도입했으며, 코어 다이 측면에 열 방출 구조기술을 적용해 발열 제어 수준을 전 세대보다 20% 이상 향상했다고 소개했습니다.

함께 기조 발표에 나선 이진엽 플래시개발실 부사장은 기기내장형(온디바이스) AI 환경에 최적화한 차세대 낸드 설루션 'z낸드-O'(zNAND-O)를 선보였습니다. z는 수직으로 쌓았다는 뜻으로, O는 '온디바이스'에 최적화했다는 의미로 붙인 이름입니다. z낸드-O는 D램의 용량 부족과 기존 낸드의 낮은 대역폭 문제를 동시에 해결해 고용량, 고대역폭, 빠른 응답속도를 구현해 데이터 처리를 효과적으로 지원한다고 삼성은 설명했습니다.

이 부사장은 매개변수(파라미터)가 1천200억 개인 GPT 모델을 시험 구동한 결과 z낸드-O가 기존 D램 서버와 동일한 초당 토큰 수를 기록하면서도, 비용은 6분의 1에 불과하다고 소개했습니다. 그는 기조연설 도중 초소형 기업용 SSD 'BM1773' 실물을 들고 "믿기 힘들겠지만, 이 작은 스토리지 칩 하나가 최고급 세단 한 대 값과 맞먹는다"며 "내가 만약 이걸 바닥에 떨어뜨린다면 당장 내일부터 새 직장을 구하러 다녀야 할 것"이라고 말해 참석자들의 웃음을 자아내기도 했습니다.

삼성전자는 또 이날 기조연설에서 400단 이상을 수직 적층한 10세대 V낸드 'V10 BV-낸드'도 업계 최초로 공개했습니다. 삼성전자는 이들 3D 메모리를 기반으로 고성능 컴퓨팅과 AI 인프라 수요 증가에 대응하겠다는 계획입니다.