삼성전자 AI 병목 해법..GPU 위 HBM 쌓는 '3D 메모리' 기술 제시

zHBM·z-낸드 등 3D 메모리·스토리지 로드맵 공개 전망…SK하이닉스도 계층형 메모리 청사진 제시

삼성전자가 AI(인공지능) 시스템 병목 해소를 위한 3D(차원) 메모리·스토리지 로드맵을 제시할 전망이다. 이를 위해 지난해 발표한 z-낸드(z-NAND)에 이어 차세대 HBM(고대역폭메모리)인 'zHBM' 기술을 선보일 것으로 보인다. SK하이닉스(1,571,000원 ▼147,000 -8.56%)도 계층형 메모리 시스템을 내놓으며 차세대 AI 메모리 반도체(이하 메모리) 경쟁에 가세한다.

3일 관련업계에 따르면 삼성전자(239,000원 ▼23,500 -8.95%)는 오는 4일(현지시간)부터 사흘간 미국 캘리포니아주 산타클라라 컨벤션센터에서 열리는 세계 최대 메모리·스토리지 컨퍼런스 'FMS(Future of Memory and Storage) 2026'에서 AI 워크로드에 최적화된 3D 메모리·스토리지 기술을 공개한다. 이진엽 삼성전자 메모리사업부 플래시개발실장(부사장)과 김경련 삼성전자 메모리사업부 D램개발실 상무가 기조연설에 나설 예정이다.

삼성전자측은 "('FMS 2026'에서) 3D 메모리·스토리지 혁신으로 AI 시스템을 재정의할 것"이라며 "AI 워크로드에 최적화된 차세대 HBM과 V-낸드(V-NAND·수직 적층 구조 낸드플래시) 등 기술을 소개할 예정"이라고 밝혔다. 특히 이번 행사에서는 3D 적층 기술을 적용한 차세대 HBM인 'zHBM'이 공개될 가능성이 거론된다.

zHBM은 GPU(그래픽처리장치)에 HBM을 수직 적층하는 차세대 메모리 구조다. 삼성전자가 지난 2월 '세미콘 코리아'에서 처음 공개한 기술이다. GPU와 HBM을 나란히 배치하던 기존 구조와 달리 데이터 이동 거리를 최소화해 대역폭과 전력 효율을 높인 것이 특징이다. 송재혁 삼성전자 CTO(최고기술책임자)는 당시 "zHBM의 데이터 전송 속도는 HBM4보다 4배 빠르지만 전력 소모는 4분의 1 수준"이라며 "대역폭과 전력 효율에서 다시 한번 큰 혁신을 이룰 것"이라고 강조했다.

낸드 부문에서는 z-낸드가 차세대 전략 제품으로 꼽힌다. 기존에는 GPU가 SSD에 저장된 데이터를 활용하기 위해 CPU(중앙처리장치)와 D램을 거치면서 지연이 발생했다. z-낸드는 이러한 병목을 줄이기 위해 지연시간을 최소화하고 입출력(I/O) 성능을 높이는데 초점을 맞춘 기술이다. 삼성전자는 지난해 FMS에서 기존 낸드 대비 처리 성능을 15배 높이고 전력 소모는 5분의 1 수준으로 줄이는 것을 목표로 z-낸드를 개발하고 있다고 했다.

특히 3D 구조는 AI 시스템 병목을 해소하기 위한 차세대 아키텍처로 평가된다. 칩간 데이터 이동 거리를 줄여 대역폭을 높이고 전력 효율을 개선할 수 있기 때문이다. 생성형 AI를 넘어 에이전틱 AI와 피지컬 AI가 확산하면서 데이터 처리 수요가 급증하는 점도 3D 구조의 중요성을 키우는 요인이다.

업계 관계자는 "AI 워크로드가 진화할수록 처리해야 할 데이터와 컨텍스트가 더욱 급증해 기존 컴퓨트 중심 구조만으로는 성능과 전력 효율을 높이는데 한계가 뚜렷해질 것"이라며 "zHBM과 z-낸드 같은 3D 메모리·스토리지 기술은 연산장치와 메모리간 데이터 이동을 줄이고 성능과 용량을 동시에 확장해 메모리 중심 AI 인프라를 구현하려는 시도"라고 말했다.

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한편 SK하이닉스도 이번 'FMS 2026'에서 xPU(연산처리장치), HBF(고대역폭플래시), CXL(컴퓨트 익스프레스 링크) 등을 기반으로 한 계층형 메모리 시스템을 제시한다. 김천성 SK하이닉스 솔루션개발부문장 부사장과 강욱성 차세대상품기획총괄 부사장이 '에이전트 AI 시대 계층형 메모리를 통한 효율적인 AI 인프라 조율'을 주제로 기조연설을 진행할 계획이다.