삼성전자는 미국 캘리포니아주 산타클라라에서 열린 'Future of Memory and Storage(FMS) 2026'에서 차세대 3차원(3D) 메모리 아키텍처인 'zHBM'과 'zNAND-O'를 업계 최초로 공개했다. 이번 행사에서 삼성전자는 AI 가속기 위에 고대역폭메모리(HBM)를 수직으로 쌓는 구조의 zHBM을 선보이며, 메모리와 컴퓨트 간 데이터 이동 거리를 극적으로 줄였다. 기존 HBM은 AI 가속기와 평면에 나란히 배치되던 방식이지만, zHBM은 HBM을 AI 가속기 상단에 직접 쌓아 데이터 전송 경로를 단축함으로써 처리 속도를 높이고 전력 소모를 낮췄다. 이는 AI 모델의 크기와 복잡도가 증가하는 상황에서 핵심적인 성능 개선을 의미한다.

zHBM의 성능은 HBM5 대비 최대 8배 향상되고, 전력 대비 성능은 최대 3배 개선된 것으로 확인됐다. 삼성전자는 이 기술이 AI 추론 중심의 시장 전환에 대응하기 위해 개발됐다고 설명했다. 특히 AI 서비스가 학습 중심에서 추론 중심으로 이동하면서, 데이터 처리 속도와 전력 효율이 핵심 경쟁 요소로 부상하고 있다.

삼성전자는 메모리와 AI 가속기 사이에 맞춤형 설계자산(IP)을 추가해 고객이 원하는 기능을 탑재할 수 있도록 했으며, 이는 AI 반도체의 맞춤형 설계 가능성을 확대하는 전략이다. 또한 새로운 열 관리 기술인 '열 경로 블록(HPB)'을 적용해 발열을 줄이고 시스템 안정성을 높였다.

낸드플래시 분야에서도 삼성전자는 3D 패키징 기술을 확장했다. 업계 최초로 400단 이상의 V10 BV-NAND를 공개하며, 셀과 회로를 별도로 제작한 뒤 웨이퍼 본딩(Bonding) 기술로 결합하는 방식을 채택했다. 이 기술은 동일한 면적 내에서 더 많은 데이터를 저장할 수 있도록 하며, 성능과 전력 효율을 동시에 높였다.

또한 차세대 낸드 구조인 'zNAND-O'도 처음으로 공개했는데, 이는 기존 V-NAND의 수직 적층 기술에 실리콘관통전극(TSV) 기술을 결합한 솔루션이다. TSV 기술을 활용해 여러 개의 낸드 칩을 수직으로 쌓아 대역폭과 응답 속도를 개선했으며, 특히 에이전틱 AI와 온디바이스 AI의 확산으로 인해 고성능 저장장치의 수요가 급증하는 상황에서 중요한 기술적 진보로 평가된다.

삼성전자는 이번 발표를 통해 AI 시대의 메모리와 저장장치 기술이 단순한 성능 향상이 아니라, 아키텍처 수준의 구조적 혁신을 요구하고 있음을 시사했다. 기존에는 GPU나 맞춤형 반도체(ASIC)에 여러 개의 HBM을 연결해 성능을 높였지만, AI 추론 데이터의 급증으로 인해 대역폭 확대와 전력 효율 개선에 한계가 발생했다. 삼성전자는 이를 해결하기 위해 HBM 자체를 3차원으로 확장하는 방식을 선택했으며, 이는 메모리와 컴퓨트 간의 통합 설계가 필수적임을 강조한다.

이진엽 삼성전자 메모리사업부 플래시제품·기술 총괄 부사장은 "AI 시대에는 메모리와 컴퓨트가 하나의 시스템처럼 함께 설계돼야 한다"고 강조하며, 차세대 메모리 구조의 혁신이 AI 인프라의 핵심이 될 것임을 분명히 했다. 삼성전자는 향후 고객사와 협업해 zHBM의 성능을 극대화할 계획을 밝혔다.

삼성전자의 이번 발표는 AI 반도체 시장에서의 경쟁력 확보를 위한 전략적 포지셔닝이다. HBM 시장에서 삼성전자는 HBM4가 하반기 매출의 60% 이상을 차지할 것으로 예상되며, 3분기 매출이 전 분기 대비 3배 확대될 것이라고 전망했다. 또한 UBS는 삼성전자가 내년 SK하이닉스를 제치고 HBM 시장 1위를 차지할 것으로 분석했다. 이는 삼성전자가 단순한 메모리 공급자에서 AI 인프라의 핵심 설계자로 전환하고 있음을 보여주는 신호다.