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[IT뉴스]"가깝게, 수직으로" AI 메모리 혁신 칼 뺐다…삼성전자의 차세대 3D 비전

온카뱅크관리자

2026-08-05 11:47:30

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> [반도체레이다] 
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 에이전틱 AI 확산에 'KV 캐시' 급증…연산 처리 넘어 데이터 전송·저장 아키텍처 재설계
 가속기 위 수직 적층 'zHBM'에 하이브리드 구리 본딩 전면 적용…발열·전력 한계 극복
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 셀·회로 별도 제작 후 접합 웨이퍼 본딩 공법 적용…400단 이상 낸드 집적도 58%↑
 
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 [디지털데일리 배태용기자] 질문에 답하는 생성형 AI를 넘어 스스로 판단하고 행동하는 '에이전틱 AI(Agentic AI)' 시대로 본격 전환되면서 반도체 시장의 판도가 근본적으로 흔들리고 있다. 단일 칩의 연산 속도보다 방대한 데이터를 병목 현상 없이 전달하고 효율적으로 저장하는 메모리 아키텍처가 AI 인프라의 핵심 경쟁력으로 떠오른 까닭이다.
 이러한 흐름 속에서 삼성전자가 패키징 공정 혁신을 바탕으로 데이터 전달 거리를 극단적으로 줄이고 Z축(수직) 적층을 극대화한 차세대 3D 메모리 솔루션을 전면에 내세우며 시장 주도권 잡기에 나섰다.
 5일 반도체 업계에 따르면 삼성전자는 4일부터 6일까지(현지시간) 미국 캘리포니아주 산타클라라 컨벤션센터에서 열리는 세계 최대 메모리·스토리지 전시회 'FMS(Future of Memory and Storage) 2026'에 참가해 zHBM, zNAND-O, V10 BV-NAND 등 차세대 3D 메모리 핵심 아키텍처의 실물과 구현 공정을 전격 공개했다.
 이번 기술 공개의 핵심 배경은 'KV 캐시(KV Cache)'의 폭발적 증가다. 에이전틱 AI는 추론과 대화 과정이 길어질수록 중간 계산 결과를 저장해 다음 작업에 활용하는 KV 캐시 용량이 급격히 늘어난다. 이에 따라 프로세서가 아무리 빨라도 필요한 데이터를 제때 공급받지 못하는 '메모리 장벽(Memory Wall)' 현상이 심화하고 있다. 단순히 D램이나 낸드의 용량과 속도를 올리는 수준을 넘어 메모리 셀 구조부터 프로세서와의 물리적 연결 방식까지 전면 재설계해야 하는 상황에 직면한 것이다.
 삼성전자가 이에 대한 해법으로 제시한 고성능 컴퓨팅(HPC) 및 AI 데이터센터용 'zHBM'은 기존 패러다임을 전환한 제품이다. 기존에는 AI 가속기(xPU) 옆에 고대역폭메모리(HBM)를 수평으로 배치했으나, zHBM은 가속기 상단에 메모리를 직접 수직으로 쌓아 올려 물리적 이동 거리를 극단적으로 단축했다.
 이를 구현하기 위해 칩과 칩을 정밀하게 붙이는 하이브리드 구리 본딩(Hybrid Copper Bonding, HCB)과 여러 장의 웨이퍼를 하나처럼 연결하는 멀티 웨이퍼 본딩(Multi-Wafer Bonding) 공법을 전면 접목했다. 신호 전달 속도를 끌어올림과 동시에 수직 적층의 치명적 약점인 열 저항을 절반 이하로 낮춰 전력 효율과 작동 안정성을 동시에 잡았다.
 zHBM 기반 시스템은 8세대 고대역폭메모리인 HBM5 대비 최대 8배 높은 성능과 3배 향상된 전성비를 제공한다. 특히 인터레이어에 고객 맞춤형 IP(설계자산)를 추가할 수 있어 빅테크 고객사별 맞춤형(Custom) 최적화가 가능하다.
 저장 장치 분야에서는 400단 이상의 초고적층 시대를 연 10세대 V-낸드 'V10 BV-NAND'를 업계 최초로 공개하며 낸드 기술 격차를 넓혔다. V10 BV-NAND는 메모리 셀과 주변 회로(Peri)를 하나의 웨이퍼에서 만들던 기존 방식에서 탈피해, 각각 별도의 웨이퍼에서 제조한 뒤 수직으로 접합하는 '웨이퍼 본딩(Bonding)' 기술과 3-스택(Stack) 공법을 고도화했다.
 적층에 따른 구조적 한계를 극복한 결과, 전 세대(V9) 대비 메모리 집적도를 약 58% 끌어올렸으며 주변 회로 공정 최적화를 통해 동작 시 전력 소비를 최적화했다. 데이터센터 적용 시 제한된 공간 내 저장 용량을 높이면서도 운영 비용을 줄일 수 있을 것으로 기대된다.
 스마트폰, PC 등 기기 내부에서 AI를 직접 구동하는 온디바이스(On-device) AI 시장을 겨냥한 'zNAND-O' 목업도 베일을 벗었다. V-낸드 칩에 실리콘관통전극(TSV) 기술을 결합해 4단 또는 8단 칩을 3D 패키징한 솔루션으로 초고속 데이터 로딩 대역폭을 갖췄다. 클라우드 연결 없이 기기 내부에서 실시간 대용량 데이터를 원활하게 처리할 수 있어 고성능 온디바이스 AI 구현과 개인정보 보호를 동시에 만족시킨다.
 아울러 삼성전자는 전시 현장에서 1c D램 및 4나노 베이스 다이 기반의 HBM4, 업계 최대 성능·용량의 HBM4E 차세대 플랫폼, 신규 열관리 기술인 HPB(Heat Path Block)를 적용한 HBM5 목업, 연산 기능을 내장한 차세대 LPDDR5X-PIM, 기업용 SSD PM1763·BM1773 등 차세대 메모리 풀 라인업을 내놓으며 AI 생태계 주도권을 명확히 했다.
 삼성전자는 메모리와 로직, 파운드리, 첨단 패키징을 모두 아우르는 글로벌 유일의 '원스톱 솔루션(IDM)' 역량을 바탕으로 설계부터 양산까지의 개발 기간을 단축하고 성능과 전력 효율을 최적화해 차세대 AI 반도체 시장을 공격적으로 개척할 방침이다.
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