GPU 위로 올라간 HBM, 삼성 3D 메모리 승부수

삼성전자가 미국에서 열린 ‘FMS 2026’에서 그래픽처리장치(GPU) 위에 고대역폭메모리(HBM)를 수직으로 배치하는 3차원 메모리 구조 ‘zHBM’을 세계 최초로 공개했다. GPU와 HBM 사이의 물리적 거리를 줄여 인공지능(AI) 가속기의 데이터 병목을 완화하는 설계다. 양산 단계에서는 8세대 HBM5보다 성능이 최대 8배 높아질 것으로 예상된다.

삼성전자는 온디바이스 AI에 맞춘 ‘z낸드-O’와 400단 이상으로 구성한 10세대 V낸드 ‘V10 BV-낸드’도 함께 선보였다. 김경륜 삼성전자 D램개발실 상무는 메모리 장벽을 넘어설 기술력에 자신감을 드러냈다. 삼성전자와 SK하이닉스는 메모리 내부에 연산 기능을 결합한 PIM과 데이터 연결 속도를 높이는 CXL 개발에도 속도를 내고 있다. 삼성전자는 업계 최초 LPDDR5X-PIM의 세부 내용을 다음 달 미국 ‘핫칩스’ 학회에서 소개할 계획이다.

차세대 메모리 경쟁에는 미국 마이크론과 인텔·퀄컴, 일본 키옥시아가 독자 기술로 뛰어들었고 중국 CXMT도 차세대 D램 양산을 추진하고 있다. 한국은 삼성전자와 SK하이닉스의 투자, 정부의 5년 내 웨이퍼 생산량 2배 확대 계획을 바탕으로 2031년까지 세계 메모리반도체 시장의 선두 지위를 유지할 것으로 전망된다. 메모리칩 소비에서 미국 비중은 2021년 37%에서 지난해 52%로 확대됐고 중국은 35%에서 29%로 축소됐다.

AI 투자 확대는 수요뿐 아니라 재무와 공급망에도 변화를 일으키고 있다. 알파벳·마이크로소프트·아마존·메타·오라클의 미개시 데이터센터 리스는 1조900억 달러로, 이미 반영된 리스 부채 2850억 달러의 약 4배다. 오라클의 미개시 리스만 2600억 달러로 현재 리스 부채의 약 7배에 이른다. 미국은 AI 데이터센터 부품과 로봇, 폴리실리콘 등에서 중국 배제를 추진하고 중국은 드론 부품 수출 심사로 맞서고 있다. 빅테크의 자체 ASIC 도입이 늘면서 엔비디아의 올해 HBM 점유율은 58% 수준으로 낮아질 전망이다.