AI가 다뤄야 하는 데이터가 급격히 늘어나면서 AI 시스템의 성능을 결정하는 요소도 변화하고 있다. 이제는 프로세서의 연산 성능뿐 아니라 방대한 데이터를 얼마나 효율적으로 저장하고, 필요한 데이터를 AI 가속기에 얼마나 빠르고 안정적으로 전달할 수 있는지가 AI 인프라의 핵심 경쟁력으로 떠오르고 있다.

이러한 변화에 대응하기 위해서는 단순히 메모리의 속도와 용량을 높이는 것만으로는 충분하지 않다. 메모리와 프로세서를 연결하는 구조부터 메모리 칩을 적층하는 방식, 데이터를 저장하는 셀 구조까지 메모리 아키텍처 전반을 새롭게 설계해야 한다.

삼성전자가 FMS 2026에서 공개한 zHBM, zNAND-O, V10 BV-NAND는 이러한 요구에 대응하기 위해 제안한 차세대 3D 메모리 기술이다. 각각의 기술은 AI 데이터센터와 온디바이스 AI 환경에서 발생하는 다양한 병목 현상을 해결하고, 더 높은 성능과 전력 효율을 구현하기 위한 새로운 방향을 제시한다.

AI 성능을 좌우하는 것은 연산만이 아니다… 데이터를 더 가까이 전달하는 ‘zHBM’

AI 반도체의 성능은 연산 능력만으로 결정되지 않는다. 아무리 뛰어난 프로세서라도 필요한 데이터를 제때 공급받지 못하면 전체 시스템의 성능은 제한될 수밖에 없다. AI 모델의 규모가 커질수록 메모리와 프로세서 사이에서 오가는 데이터가 급격히 늘어나면서, 두 장치 간 거리를 줄이는 기술의 중요성도 함께 커지고 있다.

삼성전자가 공개한 zHBM은 이러한 문제를 해결하기 위해 기존 HBM과 다른 구조를 제안했다. 기존에는 메모리를 AI 가속기(xPU) 옆에 배치했다면, zHBM은 메모리를 프로세서 상단에 직접 적층하는 구조를 적용했다. 데이터가 이동하는 거리가 짧아지면서 더 높은 대역폭과 향상된 전력 효율을 구현할 수 있는 것이 특징이다.

이를 위해 칩을 더욱 정밀하게 연결하는 하이브리드 구리 본딩(Hybrid Copper Bonding, HCB) 기술과 여러 장의 웨이퍼를 하나처럼 연결하는 멀티 웨이퍼 본딩(Multi-Wafer Bonding) 기술을 적용했다. 이를 통해 신호 전달 속도를 높이는 동시에 열 저항을 줄여 안정적인 구동 환경을 구현하도록 설계했다.

이러한 기술은 앞으로 초거대 AI 모델의 학습과 추론 성능을 높이고, AI 서비스의 응답성을 향상시키는 기반 기술로 활용될 것으로 기대된다.

AI가 기기 안으로 들어오는 시대… 온디바이스 AI를 위한 ‘zNAND-O’

AI 활용 방식도 변화하고 있다. 과거에는 대부분의 AI 연산을 클라우드 서버에서 처리했지만, 최근에는 스마트폰이나 PC와 같은 기기 안에서 AI 기능을 직접 실행하는 온디바이스 AI가 빠르게 확산되고 있다.

온디바이스 AI 환경에서는 제한된 공간 안에서도 높은 성능과 전력 효율을 구현할 수 있는 저장장치가 필요하다.

삼성전자가 공개한 zNAND-O는 이러한 요구를 반영한 차세대 낸드 솔루션이다. 여러 개의 V-낸드 칩을 TSV를 통해 수직 적층하는 3D 패키징 기술을 적용해 높은 저장 밀도와 데이터 로딩 대역폭을 구현하도록 설계됐다.

이를 통해 사용자는 AI 서비스에 필요한 기능을 클라우드 연결 없이 기기 안에서 모두 구현할 수 있다. 고사양 모델 사용 시에도, 데이터를 외부 서버로 보내지 않고 기기 내부에서 처리할 수 있어 개인 정보 보호 측면에서도 장점을 발휘한다.

더 높이 쌓고 더 많이 저장하다… 400단 시대를 연 ‘V10 BV-NAND’

AI 시대에는 저장해야 하는 데이터의 양도 빠르게 증가하고 있다. 같은 크기의 저장장치에서도 더 많은 데이터를 담기 위해서는 메모리 셀을 더욱 촘촘하게 쌓는 기술이 필요하다.

삼성전자가 공개한 10세대 V-낸드 ‘V10 BV-NAND’는 400단 이상의 초고적층 구조를 구현하며 이러한 방향성을 제시했다. 메모리 셀을 400층 이상 수직으로 쌓아 동일한 면적에서도 더 많은 데이터를 저장할 수 있도록 한 것이다.

이를 가능하게 한 핵심은 Bonding 구조이다. 기존에는 메모리 셀과 주변 회로를 하나의 웨이퍼에서 함께 제조했지만, V10 BV-NAND는 각각 별도의 웨이퍼에서 제작한 뒤 정밀하게 접합하는 방식을 적용했다. 이를 통해 적층 과정에서 발생할 수 있는 구조적 한계를 줄이고, 전 세대(V9) 대비 약 58% 높은 메모리 집적도를 구현했다. 또한, 주변 회로 제작에 적합한 공정 도입을 통해 동작 상에서의 전력 소비를 최소화하고 성능 향상을 꾀했다.

향후 V10 BV-NAND가 SSD 등 다양한 제품에 적용되면 더 얇고 가벼운 기기에서도 대용량 저장 공간을 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 특히, 데이터센터에서는 동일한 공간에 더 많은 데이터를 저장하면서도 전력 소비와 발열을 줄여 운영 효율 향상에도 기여할 수 있다.

AI 시대 메모리의 경쟁력은 ‘더 가깝게, 그리고 수직으로’

이번 FMS 2026에서 삼성전자가 공개한 세 가지 기술은 각각 적용 분야는 다르지만 공통된 방향성을 갖고 있다. 메모리와 프로세서의 거리를 줄여 데이터 이동을 최소화하고, 제한된 공간에서도 저장 용량과 성능을 극대화하기위한 3차원의 Z축을 지향한다는 것이다.

AI 기술이 발전할수록 메모리는 단순한 저장장치를 넘어 컴퓨팅 성능을 결정하는 핵심 요소로 자리 잡고 있다. 삼성전자가 제시한 차세대 3D 메모리 기술은 AI 인프라부터 온디바이스 AI까지 다양한 컴퓨팅 환경에서 요구되는 새로운 메모리 아키텍처의 방향을 보여준다.

앞으로도 삼성전자는 메모리, 파운드리, 첨단 패키징 기술을 바탕으로 제품 설계부터 양산까지 아우르는 통합 역량을 지속적으로 고도화하며, AI 시대에 최적화된 차세대 반도체 기술 개발을 이어갈 계획이다.

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* 목업: 제품의 형태와 기능을 시각적으로 확인하기 위해 만든 모형

삼성전자는 FMS 2026에서 약 20평의 규모의 최대 전시 공간을 마련하고, AI 클라우드 서버를 형상화한 전시 부스를 선보였다.

전시 공간은 ▲Highlight ▲Cloud AI ▲Edge AI 존으로 구성했으며, D램부터 NAND, 스토리지에 이르는 폭넓은 메모리 포트폴리오를 중심으로 약 30개 제품을 전시해 AI 메모리 핵심 기술과 고객 맞춤형 솔루션을 소개했다.

행사 첫날인 8월 4일 오전 11시 40분(현지시간)에는 이진엽 Flash개발실 부사장과 김경륜 D램개발실 상무가 ‘Driving the wave of AI Revolution: 3D Innovations in Memory & Storage Architecture’을 주제로 기조연설을 진행했다.  

두 연사는 zHBM, zNAND-O 등 차세대 3D 메모리를 기반으로 고성능 컴퓨팅(HPC) 및 AI 인프라 수요 증가에 대응하고, AI 시스템의 성능과 전력효율을 극대화하기 위한 기술 비전을 제시했다.

특히 기조연설에서 400단 이상의 V10 BV-NAND를 업계 최초로 공개하며, 차세대 NAND 기술 경쟁력을 선보였다.

* BV: Bonding Vertical의 약자로, 셀과 회로를 분리 제작한 후 수직으로 접합하는 기술

☐ zHBM, zNAND-O 목업 최초 공개, 차세대 3D 메모리 방향 제시

삼성전자는 FMS 2026에서 업계 최초로 차세대 3D 메모리 아키텍처인 zHBM과 zNAND-O 목업을 공개하고, 미래 AI 시스템을 위한 새로운 메모리 기술 방향을 제시했다.

HPC 및 AI 인프라의 확산으로 고용량·고대역폭 메모리에 대한 요구 수준이 높아지면서, 기존 HBM만으로는 향후 요구되는 수준의 성능을 구현하는 데 한계가 있다.

이에 제시되는 대안이 바로 zHBM이다. zHBM은 기존에 AI 가속기(xPU) 옆에 HBM을 배치하는 방식에서 한 단계 더 나아가 AI 가속기 상단에 HBM을 수직으로 적층하는 차세대 아키텍처다.

AI 가속기와 메모리 간 데이터 이동 거리를 최소화함으로써 대역폭과 전력효율을 높이고, 대규모 AI 모델의 학습과 추론에 필요한 초고속 데이터 처리를 지원한다.

zHBM이 적용된 차세대 인터페이스 시스템은 HBM5 대비 최대 8배 높은 성능을 제공한다. 

또한, 짧아진 데이터 간 이동거리로 인하여 HBM5 대비 전성비를 최대 3배 향상시키고 열 저항을 절반 이상 낮춤으로써 고용량·고대역폭 시스템의 안정성과 전력효율을 극대화한다.

특히 zHBM은 고객 맞춤형 설계가 가능한 3D 메모리 솔루션으로, 메모리와 AI 가속기 사이에 위치한 인터레이어에 맞춤형 IP를 추가해 메모리 용량 확장, 가속기 성능 강화 등 제품 특성을 최적화할 수 있다.

* IP: Intellectual Property의 약자로, 반도체의 특정 기능을 회로로 구현한 설계 블록

고객과의 협업을 바탕으로 AI 프로세서와 메모리 간 최적화를 추진해 zHBM의 성능을 극대화할 계획이다.

삼성전자는 D램뿐 아니라 NAND에서도 3D 메모리 아키텍처 비전을 제시했다.

zNAND-O는 삼성전자가 개발 중인 차세대 고성능 NAND 플래시로, 기존 V-NAND의 수직 적층 기술을 활용하고 TSV 기술을 결합해 4단 또는 8단 반도체 칩을 3D 패키징한 제품이다.

제품명 끝의 ‘-O’는 On-device AI 환경에 최적화된 제품임을 의미한다. 높은 공간 효율성과 데이터 로딩 대역폭, 빠른 응답 속도를 바탕으로 실시간 대규모 데이터 처리가 요구되는 환경에서 고성능을 지원한다.

☐ 400단 이상의 초고적층 ‘V10 BV-NAND’ 업계 최초 공개

삼성전자는 FMS 2026에서 업계 최초로 수직 적층 400단 이상의 10세대 V-NAND ‘V10 BV-NAND’를 공개하며, NAND 기술 리더십을 강화했다. 이는 13년 전 같은 행사에서 세계 최초로 V-NAND 기술을 발표한 이후, 지속해 온 기술 혁신의 성과다.

V10 BV-NAND는 400단 이상의 초고적층 구조를 기반으로 성능과 전력효율을 높인 차세대 NAND 제품이다.

웨이퍼 본딩 기술과 3 Stack 기술을 통해 400단 이상의 초고적층을 구현했으며, 메모리 집적도를 전 세대(V9) 대비 약 58% 향상시켜 동일한 면적에 더 많은 데이터를 저장할 수 있다.

* 웨이퍼 본딩(Bonding): 두 장 이상의 웨이퍼를 3D(수직)로 접합해 고집적 NAND를 구현하는 기술
* 3 Stack 기술: V-NAND 셀을 3개의 Stack으로 나누어 각각 제조한 뒤 수직으로 연결하는 적층 기술

V10 BV-NAND는 단순히 적층 수를 늘리는 데 그치지 않고 데이터 읽기·쓰기 성능과 I/O 속도도 전 세대 대비 향상시켜, 고성능·고용량 NAND 시장에 최적화된 경쟁력을 확보했다.

* I/O 속도: Input/Output의 약자로, 데이터가 입출력되는 속도

☐ HBM부터 PIM·SSD까지…차세대 AI 메모리 로드맵 공개

이번 전시에서 삼성전자는 ▲HBM4E ▲HBM5 ▲LPDDR5X-PIM ▲PM1763 등 고성능 컴퓨팅과 AI 데이터센터에 최적화된 차세대 메모리·스토리지 솔루션도 선보였다.

삼성전자는 지난 2월 업계 최초로 1c D램과 4나노 베이스 다이 기술을 적용한 HBM4를 양산 출하한 데 이어, 5월에는 업계 최대 성능, 최고 용량의 HBM4E 샘플을 세계 최초로 고객사에 공급하는 등 차세대 HBM 시장을 선도하기 위한 기술 경쟁력을 지속 강화하고 있다.

이번 행사에서는 HBM4E가 적용된 차세대 AI 플랫폼과 웨이퍼를 전시했고, 신규 열관리 기술인 HPB(Heat Path Block)를 적용해 더 높은 대역폭과 용량을 제공하는 HBM5 목업을 공개했다.

LPDDR5X-PIM은 삼성전자가 세계 최초로 개발한 제품으로, 메모리 내부에서 연산을 수행해 데이터 이동을 최적화하고, 전력효율을 향상시킨 차세대 메모리 제품이다.

이와 함께 PM1763, BM1773 등 AI 시대의 다양한 데이터 처리 및 저장 수요에 대응하는 차세대 메모리·스토리지 포트폴리오도 공개했다.

* PM1763: 차세대 기업용 SSD로 빠른 읽기속도와 효율적인 데이터처리가 강점
* BM1773: 초고용량 기업용 SSD로 대규모 AI 학습 데이터 저장 수요에 대응하는 제품

☐ ‘원스톱 솔루션’을 통한 AI 반도체 리더십 강화

삼성전자는 세계에서 유일하게 ▲메모리 ▲로직 ▲파운드리 ▲패키징까지 아우르는 ‘원스톱 솔루션’을 제공할 수 있는 종합반도체(IDM) 기업이다.

특히 고객의 제품 설계 단계부터 양산까지 통합 서비스를 제공해 개발 기간을 줄이고, 성능과 전력효율을 최적화함으로써 고객 맞춤형 AI 반도체 구현을 지원한다.

삼성전자는 FMS 2026에서 End-to-End 솔루션 역량을 기반으로 차세대 AI 인프라 혁신을 위한 메모리·스토리지 기술 전략과 로드맵을 제시했다.

앞으로도 차세대 메모리 기술 혁신과 메모리, 파운드리, 첨단 패키징을 아우르는 차별화된 솔루션을 통해 AI시대의 반도체 기술 리더십을 지속 강화해 나갈 계획이다.

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