4E 성능 '두배' HBM 온다···베일 벗은 삼성 '반도체 청사진'

HBM5, 4E 대비 와트당 성능 20% 향상메모리 비전 '용량·최적화·대역폭·효율' 제시"3D 적층 구조로 기존 메모리 한계 돌파할 것"

삼성전자 8세대 고대역폭메모리(HBM)의 성능 목표가 일부 공개됐다. 삼성전자는 HBM 세대 진화를 통해 성능과 전력 효율, 열 관리 기술을 고도화하는 한편 3차원(3D) 적층 기술을 앞세워 차세대 메모리 반도체 시장 주도권을 강화한다는 전략이다.

1일 삼성전자는 대만 타이베이에서 열린 '세미콘 타이완 2026'에서 메모리 기술의 한계를 극복하기 위한 'CUBE' 전략을 발표했다.

1일 타이베이에서 열린 세미콘 타이완 2026에서 최장석 삼성전자 DS부문 메모리사업부 상품기획팀장(상무)이 메모리 기술 한계 극복을 위한 'CUBE' 전략을 발표하고 있다. 사진=삼성전자 제공

세미콘 타이완은 반도체 설계·제조·테스트·패키징 분야의 최신 기술이 공개되는 국제 행사로, 국제반도체장비재료협회(SEMI)가 주관한다. 올해 행사는 2일부터 4일까지 사흘간 진행되며, 이날 글로벌 반도체 기업들이 참석한 가운데 '메모리 익스큐티브 서밋(Memory Executive Summit)'이 열렸다.

삼성전자는 이번 행사에서 그동안의 메모리 개발 과정과 주요 성과를 공유했다. 특히 시장의 관심이 집중된 분야는 HBM이다.

삼성전자는 HBM2부터 HBM4E, HBM5까지 세대를 거듭하며 ▲용량 ▲대역폭 ▲전력 효율 ▲열 관리 기술을 지속적으로 고도화해왔다. 인공지능(AI) 연산 수요가 빠르게 증가하면서 메모리에 요구되는 성능 수준도 높아지고 있는 만큼 차세대 제품 개발에도 속도를 내고 있다.

삼성전자는 미래 AI 시스템의 까다로운 요구사항을 충족하기 위해 HBM5를 개발하고 있으며, HBM4E 대비 ▲성능 2배 ▲와트당 성능 20% 향상 ▲열 저항 20% 감소를 목표로 제시했다.

차세대 기술인 'zHBM'은 더욱 높은 수준의 성능 향상을 목표로 한다. 삼성전자는 HBM4E 대비 ▲성능 8배 ▲와트당 성능 3배 향상 ▲열 저항 75~90% 감소를 목표로 하고 있다. 성능과 효율성 측면에서 기존 메모리의 한계를 뛰어넘는 제품을 구현한다는 구상이다.

AI 시대에 대응하기 위한 차세대 메모리 기술로 'zNAND-O'도 제시했다. zNAND-O는 D램보다 10배 높은 비트 밀도를 제공해 대규모언어모델(LLM)에 필요한 대용량 메모리를 지원하는 동시에 NAND보다 7배 높은 읽기 대역폭과 전력 효율성을 제공하는 것이 특징이다. 삼성전자는 2028년 샘플링을 시작할 계획이다.

최장석 삼성전자 DS부문 메모리사업부 상품기획팀장(상무)은 기조연설에서 메모리 기술의 지속적인 혁신을 통해 시장 주도권을 강화해 나가겠다는 비전을 밝혔다.

최 상무는 "이제 더 이상 인쇄회로기판(PCB) 면적에 제한되지 않고, 보드 면적을 키우지 않고도 수직으로 확장해 메모리 용량을 늘릴 것"이라고 말했다.

현재 GPU와 AI 가속기 주변 PCB에는 메모리와 각종 부품을 배치할 수 있는 물리적 공간이 제한돼 있다. 메모리 용량을 늘리기 위해 칩이나 모듈을 계속 추가하면 결국 보드 면적을 확대해야 하고, 이 과정에서 신호 이동 거리가 길어지면서 전력 소모가 증가하는 문제가 발생한다.

삼성전자는 이 같은 한계를 3D 적층 구조로 돌파한다는 구상이다.

최 상무는 "3D는 단순히 쌓는 것이 아니라 각 층을 어떻게 활용하느냐가 핵심이며, 삼성은 데이터 처리 지연을 없애기 위해 로직·메모리 배치를 최적화하고 있다"고 강조했다.

이어 "다이 사이의 거리를 획기적으로 단축함으로써 수직 고속도로를 형성해 대역폭을 획기적으로 개선할 수 있다"고 설명했다.

3D 기술의 궁극적인 목표는 단순히 메모리를 더 많이 쌓는 데에 그치지 않는다. 데이터 이동에 필요한 에너지를 줄여 전체 시스템의 효율성을 높이는 데 있다.

최 상무는 "3D의 최종 목표는 단일 비트의 데이터를 이동시키는 데 필요한 에너지를 줄이는 것이며, 삼성전자는 구조적 효율성을 높여 와트당 성능을 극대화하고 있다"고 힘줘 말했다.