삼성전자, GPU 위에 HBM 쌓는 zHBM 첫 공개…HBM5 성능 8배

삼성전자가 공개한 zHBM은 무엇을 바꾸는가?

삼성전자가 미국 캘리포니아주 산타클라라에서 열린 세계 최대 메모리 행사 'FMS 2026'에서 차세대 3D 메모리 아키텍처 'zHBM'을 업계 최초로 공개했다. 기존 HBM을 연산 칩 옆에 두던 방식에서 벗어나, GPU와 NPU 같은 가속기 위에 메모리를 수직으로 쌓아 올리는 구조다. 회사는 zHBM이 구현되면 HBM5 대비 GPU당 연산 성능이 최대 8배, 전력 대비 성능은 3배 개선될 것으로 내다봤다. '기술의 삼성'이 메모리 판을 다시 흔들겠다는 신호다.

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왜 지금 메모리 구조를 바꿔야 하나?

인공지능 모델이 질문에 답하는 생성형 AI를 넘어 스스로 계획하고 추론해 행동하는 '에이전틱 AI'로 진화하면서, 연산 칩과 메모리 사이의 데이터 병목이 성능의 발목을 잡기 시작했다. 아무리 강력한 GPU라도 데이터를 제때 공급받지 못하면 제 성능을 내지 못한다. 그동안 업계는 HBM을 세대별로 고도화하며 대역폭을 끌어올려 왔지만, 가로·세로 평면 위에서 칩을 배치하는 방식만으로는 한계가 뚜렷했다. zHBM은 이 한계를 높이, 즉 Z축으로 돌파하겠다는 발상이다.

As agentic AI drives soaring demand for memory bandwidth, the gap between processors and memory has become the key bottleneck that zHBM aims to break.

zHBM의 3D 적층은 기존 HBM과 어떻게 다른가?

핵심은 위치다. 기존 HBM이 GPU 바로 옆에 나란히 놓였다면, zHBM은 가속기 바로 위에 수직으로 얹힌다. 데이터가 이동하는 물리적 거리가 짧아지면서 대역폭과 전력 효율이 동시에 개선되는 구조다. 이름 앞에 붙은 'z'는 평면(X·Y축)을 넘어 높이(Z축)를 활용했다는 의미를 담았다. 여기에 삼성전자는 고객사별 맞춤 설계도 가능하도록 했다. 메모리와 AI 가속기 사이 인터레이어에 고객 전용 설계자산(IP)을 넣어 용량을 확장하거나 가속기 성능을 강화할 수 있다. 범용 부품 공급자를 넘어 맞춤형 파트너로 자리매김하려는 전략이다.

Unlike conventional HBM placed beside the logic chip, zHBM stacks memory directly on top of the accelerator and even supports customer-specific IP blocks.

성능 수치와 함께 공개된 기술은?

삼성전자가 제시한 zHBM의 성능 목표는 구체적이다. HBM5 대비 성능은 최대 8배, 전력 대비 성능은 최대 3배 향상되고, 발열 제어 지표인 열 저항은 절반 이상 낮아진다. 일부 지표에서는 HBM4 대비 데이터 전송 속도가 4배, 소비 전력은 4분의 1 수준이라는 설명도 나왔다. 삼성전자는 이번 행사에서 zHBM뿐 아니라 업계 최초로 400단 이상을 쌓은 10세대 V낸드(V10)와, 온디바이스 AI용 'zNAND-O' 목업도 함께 선보였다. 메모리와 로직, 파운드리, 패키징 기술을 통합해 AI 혁신을 주도하겠다는 포부다.

Samsung targets up to 8x performance and 3x power efficiency over HBM5, while also unveiling 400-plus-layer V10 NAND and zNAND-O for on-device AI.

상용화까지 넘어야 할 과제는?

삼성전자는 zHBM을 수년 내 상용화하는 것을 목표로 잡았다. 다만 이번에 공개된 것은 양산 제품이 아닌 목업(mock-up), 즉 개념 모형 단계다. 가속기 위에 고발열 메모리를 직접 쌓는 구조인 만큼 열 관리와 수율 확보가 관건이 될 전망이다. 경쟁 구도도 치열하다. SK하이닉스는 샌디스크와 손잡고 HBM과 SSD 사이를 메우는 새로운 계층인 고대역폭 낸드플래시(HBF) 표준을 공개하며 다른 길을 모색하고 있다. 같은 목적지를 향하더라도 접근하는 경로가 갈리고 있는 셈이다. 메모리 업계 전체가 AI 시대의 데이터 병목을 어떻게 풀지를 두고 서로 다른 해법을 시험대에 올린 국면이다. 이 경쟁의 승패는 실험실 성능이 아니라, 빅테크 고객이 실제 양산 제품을 선택하는 순간에 판가름 날 것이다. 결국 zHBM의 성패는 얼마나 빠르게 목업을 양산 경쟁력으로 바꿔내느냐에 달려 있다.

Samsung aims to commercialize zHBM within a few years, but thermal management and yield remain hurdles as rivals such as SK hynix pursue alternative paths like HBF.

zHBM 공개는 삼성에게 어떤 승부수인가?

이번 zHBM 공개를 단순한 신제품 예고로 읽으면 절반만 본 것이다. 최근 몇 년간 삼성전자는 HBM 시장에서 SK하이닉스에 주도권을 내주며 '메모리 왕좌'가 흔들린다는 평가를 받아왔다. 엔비디아향 HBM 인증 지연, 실적 부진, 조직 개편이 잇따르며 '기술의 삼성'이라는 오랜 수식어마저 무색해졌다는 지적이 나왔다. 그런 삼성이 세대별 HBM 경쟁의 연장선이 아니라 아예 메모리의 물리적 배치 자체를 뒤집는 3D 적층 카드를 꺼냈다는 점이 이번 발표의 무게다. 판을 따라가는 대신, 판 자체를 새로 그리겠다는 선언에 가깝다.

주목할 대목은 zHBM이 표방하는 '맞춤형' 전략이다. 메모리와 가속기 사이 인터레이어에 고객 전용 설계자산을 심을 수 있다는 것은, 삼성이 범용 메모리를 찍어내는 공급자에 머무르지 않고 빅테크의 AI 칩 설계 파트너로 올라서겠다는 야심을 드러낸다. 이는 삼성이 보유한 메모리·파운드리·패키징을 한 지붕 아래 둔 종합 반도체 기업이라는 구조적 강점과 정확히 맞물린다. 순수 메모리 기업이나 파운드리 전문 기업이 쉽게 흉내 내기 어려운 조합이며, zHBM은 그 통합 역량을 세상에 증명하는 시험대인 셈이다.

물론 냉정하게 볼 지점도 있다. 이번에 나온 것은 양산품이 아닌 목업이며, 화려한 성능 수치는 어디까지나 목표치다. 발열이 집중되는 가속기 위에 메모리를 직접 쌓는 구조는 열 관리와 수율이라는 만만찮은 숙제를 안고 있고, 상용화 시점도 '수년 내'라는 다소 열린 표현에 머물렀다. 결국 관건은 이 비전이 실제 라인에서 얼마나 빠르게 수율로 증명되느냐다. 화두를 먼저 던졌다는 상징성만으로는 잃어버린 신뢰를 되찾기 어렵다. zHBM이 삼성의 반등 서사가 될지, 또 하나의 청사진에 그칠지는 지금부터의 실행에 달렸다.

Samsung's zHBM is less a product teaser than a bid to reclaim leadership by rewriting memory architecture itself, but turning bold mock-up specs into real yield will decide whether it marks a genuine comeback.

자주 묻는 질문

Q. zHBM의 'z'는 무슨 뜻인가요?

가로·세로 평면(X·Y축)을 넘어 높이인 Z축을 활용해 메모리를 수직으로 쌓았다는 의미를 담은 이름입니다.

Q. zHBM은 기존 HBM과 무엇이 다른가요?

기존 HBM이 연산 칩 옆에 나란히 놓이는 반면, zHBM은 GPU·NPU 같은 가속기 위에 직접 수직으로 적층됩니다. 데이터 이동 거리가 짧아져 대역폭과 전력 효율이 개선됩니다.

Q. 성능은 얼마나 좋아지나요?

삼성전자는 HBM5 대비 성능 최대 8배, 전력 대비 성능 최대 3배 개선을 목표로 제시했습니다. 열 저항도 절반 이상 낮아진다고 밝혔습니다.

Q. 언제부터 살 수 있나요?

이번에 공개된 것은 양산 제품이 아닌 목업 단계입니다. 삼성전자는 수년 내 상용화를 목표로 하고 있습니다.