サムスン、次世代メモリ「HBM5」はHBM4E比2倍を目標　3D統合戦略「CUBE」を発表

サムスン電子は9月1日、台湾・台北で開かれたSEMICON Taiwan 2026の関連イベント「Memory Executive Summit」で、次世代メモリ戦略「CUBE」を発表した。第8世代の広帯域メモリ「HBM5」では、HBM4E比で約2倍の性能、ワット当たり性能の20％向上、熱抵抗の20％低減を開発目標に掲げた。

CUBEには、AIアクセラレーター向けのHBM5と「zHBM」に加え、オンデバイスAIやエッジAIを想定したNANDフラッシュ「zNAND-O」が含まれる。いずれも垂直方向の積層や接続を活用するが、対象とする機器やメモリ階層は異なる。今回示された性能値はサムスンの開発目標であり、量産品の確定仕様や実測値ではない。

■容量・配置・帯域・効率を一体で考えるCUBE

CUBEは、Capacity（容量）、Utilization（活用）、Bandwidth（帯域幅）、Efficiency（効率）の頭文字を組み合わせた名称である。サムスンは、メモリ容量やインターフェース速度を個別に高めるだけでなく、ロジックとメモリの配置、データの移動距離、消費電力、放熱を一体で設計する方針を示している。

メモリ製品企画を担当するチェ・ジャンソク氏は、「プリント基板の面積に制約されることなく、垂直方向へ拡張することで、基板の設置面積を増やさずにメモリ容量を増やせる」と説明した。

HBMでは、複数のDRAMダイを積層し、シリコン貫通電極（TSV）を介して接続する。ダイ間の配線を短くし、多数の信号を並列に転送できるため、帯域幅と電力効率の向上につながる。CUBEは、こうした垂直方向の設計をHBMだけでなく、NANDフラッシュを含む将来のメモリ製品へ広げる戦略となる。

■HBM5はHBM4E比2倍の性能を目標

サムスンが開発しているHBM5は、顧客向けサンプル出荷が始まったHBM4Eの次世代製品に当たる。同社はHBM5について、HBM4E比で約2倍の性能、ワット当たり性能の20％向上、熱抵抗の20％低減を目標としている。

比較対象となるサムスンの12層HBM4Eは容量48GBで、ピン当たり14Gbpsでの安定動作と、最大16Gbpsへの対応を掲げる。同社が2026年5月に発表した顧客向けサンプルでは、帯域幅は1スタック当たり最大3.6TB/sとされている。

一方、HBM5の「約2倍」は総合的な性能目標として示されており、帯域幅だけを2倍にするという意味ではない。HBM4Eの3.6TB/sを単純に倍増し、HBM5の帯域幅が7TB/sを超えると結論づけることはできない。絶対帯域幅や容量、積層数、消費電力、測定条件などの詳細は公表されていない。

放熱面では、積層されたメモリ内部から熱を逃がす経路を設ける「Heat Path Block」の採用が計画されている。ベースダイにはサムスンファウンドリーの2nmプロセスを使用する方針で、インターフェース処理と電力効率の向上を狙う。量産時期は2028年ごろが見込まれているが、顧客認定の結果や量産品の仕様はまだ公表されていない。

■AI処理を左右するメモリ帯域幅

AIアクセラレーターの処理性能は、演算器の能力だけでは決まらない。モデルの重みや中間データをメモリから演算器へ十分な速度で供給できなければ、演算資源を有効に使えないためである。

特に大規模なAIモデルでは、演算量に加えて、メモリ帯域幅、容量、アクセス遅延、消費電力がシステム性能を左右する。処理内容やモデルの構成によっては演算能力が支配的になる場合もあるため、LLM推論を一律にメモリ帯域幅律速とみなすことはできないが、帯域幅の確保は次世代AIアクセラレーターの重要な設計課題となる。

HBMは広いインターフェースを通じて多数のデータを並列に転送し、AIアクセラレーターの近くに配置することで高い帯域幅を確保する。HBM5で掲げられた性能、電力効率、熱抵抗の目標は、データ転送と放熱を含めてAIシステム全体を最適化する方向性を示している。

■zHBMはアクセラレーター直上への積層を構想

サムスンは、HBMをAIアクセラレーターの横ではなく直上に積層する「zHBM」の構想も進めている。現在一般的なAI向けパッケージでは、アクセラレーターと複数のHBMをシリコンインターポーザー上に並べて接続する。zHBMは両者を垂直方向に統合し、データの移動距離をさらに短くすることを目指す。

サムスンが9月1日の講演で示した目標は、HBM4E比で性能を最大8倍、ワット当たり性能を3倍とし、熱抵抗を75～90％低減するというものだった。一方、同社が8月にFMS 2026で公開した資料では、次世代インターフェースシステムの性能をHBM5比で約8倍、熱抵抗を50％以上低減する構想として説明していた。

発表によって比較対象や想定するシステム、熱抵抗の低減幅が異なるため、倍率を単純に結び付け、zHBMをHBM5の4倍と計算することはできない。いずれの数値も製品の確定仕様ではなく、将来の3D統合アーキテクチャに向けた目標である。

アクセラレーターの上にメモリを配置する構造では、演算器と積層DRAMの双方が発する熱を外部へ逃がす設計が重要になる。サムスンは専用の放熱経路を組み込む構想を示しているが、量産時期や商用規模の歩留まりは公表していない。

zHBMでは、インターポーザー上を横方向に延びる接続の一部を短い垂直接続へ置き換えられる可能性がある。データ転送距離の短縮は、帯域幅と電力効率を高めるうえで有利になる一方、実用化には放熱、接合、歩留まり、アクセラレーターとの共同設計を含むパッケージ全体の検証が必要になる。

■HBM4の歩留まりは約80％と報道

サムスンのHBM4については、2026年2月の量産開始当初に60％未満だった歩留まりが、同年8月までに約80％へ上昇したと韓国メディアが報じている。同社が年末までの到達を目指していた水準に、約4カ月早く近づいたことになる。

歩留まりは、製造した半導体のうち良品として出荷できる割合を指す。積層数が多く製造工程も複雑なHBMでは、歩留まりの改善が供給量と採算性を大きく左右する。

サムスンは、メモリ、ファウンドリー、先端パッケージングの各部門を設計段階から連携させるターンキー型の開発体制を強みとしている。ロジックを担うベースダイ、積層DRAM、接合技術、電力供給、放熱を並行して調整できることは、製造工程の安定化と次世代製品の開発期間短縮につながる可能性がある。

歩留まりの数値は第三者機関による監査結果ではなく、業界関係者に基づく報道である。HBM5の2028年ごろという計画を評価するうえでは、HBM4Eの顧客認定と量産移行、2nmベースダイの立ち上がり、積層数の増加に伴う歩留まりが今後の確認点となる。

■zNAND-OはオンデバイスAI向けの積層NAND

NANDフラッシュ分野では、サムスンが「zNAND-O」の開発を進めている。製品名の「O」はオンデバイスを表し、V-NANDダイをTSVで4層または8層に積み重ねる構成を採る。

同社は、DRAM比で10倍のビット密度と、従来型NAND比で7倍の読み出し帯域幅および電力効率を開発目標として掲げている。顧客向けサンプルの提供は2028年に始める計画である。

zNAND-Oが想定するのは、スマートフォンを含むオンデバイスAIやエッジAIの環境だ。端末内に保存した大規模なAIモデルをNPUで処理する場合、限られた実装面積の中で容量を確保しながら、NANDからモデルデータを素早く読み出す必要がある。zNAND-Oは、積層による記憶密度とI/O性能の向上によって、このメモリ階層を高速化する構想である。

具体的な帯域幅やレイテンシについては二次報道で複数の数値が伝えられているものの、サムスンの公開資料では製品仕様として確定していない。現時点では、4層および8層構成、高密度、低遅延、オンデバイスAI向けという位置付けが中心となる。

■サーバー向けHBFとは対象市場が異なる

SKハイニックスとSanDiskが開発するHigh Bandwidth Flash（HBF）は、AIサーバーにおいてHBMを補完する大容量のフラッシュメモリ階層を目指している。モデルの重みなどがHBMの容量を超える場合に、NVMe SSDよりもアクセラレーターに近い位置でデータを供給する考え方である。

これに対し、zNAND-OはオンデバイスAIやエッジAI向けに最適化される。HBFがGPUなどを搭載するサーバー側のメモリ階層を主な対象とするのに対し、zNAND-Oは端末内のNANDとNPUの間で生じるデータ読み出しの課題に焦点を当てている。

両者はNANDフラッシュをAI処理に適したメモリ階層へ発展させる点では共通するが、主な導入環境は同じではない。サムスンはHBM5とzHBMでサーバーAI向けの高速メモリを追求する一方、zNAND-Oではスマートフォンなどの端末側に必要な容量、実装面積、応答性能を狙う。

■DRAMではサムスンが売上高シェア首位

Counterpoint Researchの調査によると、2026年第2四半期の世界DRAM売上高シェアはサムスンが39％で首位となり、SKハイニックスが26％、マイクロンが25％で続いた。サムスンのシェアは2024年以来の水準に回復した。

この数値はHBMだけでなく、従来型DRAMを含む売上高ベースの市場シェアである。HBMでは各社の製品世代、顧客認定、長期供給契約、価格構成が異なるため、DRAM全体のシェアをそのままHBMの競争力として扱うことはできない。

サムスンがCUBE戦略で示したHBM5、zHBM、zNAND-Oは、製品化までの段階も対象市場も異なる。HBM5は2028年ごろの量産を見込む開発製品、zHBMは量産時期が決まっていない将来構想、zNAND-Oは2028年のサンプル提供を目指すオンデバイスAI向けNANDである。

今後の焦点は、HBM5の帯域幅や容量といった具体的な仕様、顧客認定、量産時の歩留まり、zHBMの放熱および接合技術、zNAND-Oを採用する機器での性能とコストに移る。CUBEは、容量を増やすだけでなく、ロジックとメモリの配置から電力、帯域幅、放熱までを3D構造で一体的に改善しようとするサムスンの技術方針を示している。

元記事: Samsung Reveals HBM5 Targets Server AI; zNAND-O Flash Targets Smartphones, Not GPU Servers