“삼성, AI대비 ‘미래메모리’ 준비중...챗GPT시대 고성능칩 더 중요”

반도체산업협회 ‘미래기술 워크숍’
삼성전자 메모리반도체 가능성 제시

“챗GPT 등 AI 시대에 더 대역폭이 넓고 용량이 큰 메모리가 더욱 필요해집니다. 이런 시대를 위해 삼성전자도 미래 메모리를 준비 중입니다.”

지난 30일 경기도 판교 한국반도체산업협회에서 열린 ‘챗GPT와 인공지능반도체의 미래기술 워크숍’에서 손교민 삼성전자 마스터는 ‘챗GPT를 위한 고성능 메모리 현황 및 전망’이란 주제로 삼성전자 메모리 반도체의 가능성을 제시하며 이같이 밝혔다.

손 마스터는 삼성의 AI 시대를 대비한 메모리 칩 사례를 제시했다. AI 시대가 되면서 관련 연산을 수행하는 수준이 높아져 중간에서 데이터를 저장하고 보내주는 메모리 칩의 다양한 역할이 기대된다는 설명이다. 그러면서 ▷라스트레벨캐시(LLC) D램 ▷고대역폭메모리(HBM) ▷고대역폭메모리-프로세싱인메모리(HBM-PIM) ▷컴퓨트익스프레스링크(CXL)-D램 ▷CXL-PIM 등의 가능성을 제시했다.

시장조사업체 그랜드뷰리서치에 따르면 세계 생성형 AI 시장은 올해 13조원 규모이지만, 매년 약 50% 수준으로 성장해 2030년 144조원으로 확대될 전망이다. 업계 안팎에서 AI 시장 확대에 대한 낙관적인 전망이 쏟아지고 있는 상황이다.

손 마스터가 제시한 LLC D램이란 중앙처리장치(CPU)와 가까운 위치에서 짧은 시간에 데이터를 저장하는 캐시메모리와 기존의 D램의 중간 단계에서 데이터를 저장하고 전송하는 메모리 중 일부이다.

HBM은 현재 AI 반도체 칩 제작 업체들이 데이터를 처리하는 데 쓰는 주된 메모리 형태이다. HBM은 기존의 ‘저전력 더블데이터레이트’(LPDDR)나 그래픽(G)-DDR보다 대역폭이 훨씬 넓어 전송 속도를 높이기 용이하고, 저장 용량 역시 기존 D램보다 우수하다는 평가가 나온다.

이날 워크숍에 참석한 이상민 퓨리오사 하드웨어 프로덕트 엔지니어링 상무는 “챗GPT 시대의 여러 D램 중 HBM이 대역폭과 용량 측면의 균형 면에서 다른 D램 제품에 비해 경쟁력이 있는 것으로 평가된다”고 분석했다.

CXL-D램은 대표적인 낸드 플래시 제품인 솔리드스테이트드라이브(SSD)와 기존 D램의 중간 단계로 평가되는 메모리 칩이다. CXL은 고성능 컴퓨팅 시스템에서 중앙처리장치(CPU)와 함께 사용되는 가속기, 메모리, 저장장치 등을 보다 효율적으로 활용하기 위한 새로운 형태의 인터페이스다. 일반적인 컴퓨팅 시스템에서는 CPU 1개당 사용할 수 있는 D램 모듈이 제한돼 있어, D램 용량을 키워 데이터 처리량을 늘리기 위해서는 CPU를 새롭게 추가해야 했다. 그러나 CXL D램을 활용하면 CPU 추가 없이 D램의 용량을 획기적으로 늘릴 수 있다.

삼성은 단순히 데이터의 저장을 넘어 CPU나 GPU가 담당하던 연산 기능까지 가능한 제품을 개발하며, 챗GPT 시대를 준비하고 있는 것으로 나타났다. HBM-PIM와 CXL-PIM 등이 그 예이다. 다만 PIM 칩의 경우, 고객사 칩의 연산 능력과 기능적인 면에서 겹칠 우려가 있다. 이에 따라 삼성전자 등이 개발하는 HBM-PIM와 CXL-PIM 제품의 경우, 데이터 전송시 병목 현상을 최소화하는 차원에서 필요한 관련 연산 기능을 담는 데 주력한다는 방침이다.

최근 메모리 기업들은 AI 시장 선점을 위한 기술개 발에 한창이다. 이날 SK하이닉스는 10나노급 5세대(1b) 공정을 적용한 서버용 DDR5 제품에 대한 협력사 검증 절차에 들어갔다. 앞서 이달 중순 삼성전자는 업계 최선단 12나노급(5세대 10나노급 공정) 공정으로 16Gb(기가비트) DDR5 D램 양산을 시작, D램 미세 공정 경쟁에서 기술경쟁력을 확보했다고 밝혔다.

현재 AI 칩 시장에 동반되는 HBM 칩 경쟁도 메모리 업체들 사이에서 격화되고 있다. 지난해 글로벌 HBM 시장 점유율은 SK하이닉스 50%, 삼성전자 40%, 마이크론 10% 순이었다. 올해는 SK하이닉스 점유율이 53%로 늘어나며 그 격차를 더 벌어질 것으로 전망된다. 구명완 서강대 컴퓨터공학과 교수는 “AI 시대일수록, 메모리 요구 사항이 높아져 이에 대한 중요성도 높아지고 있다”고 평가했다. 김지헌 기자

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