“8만 전자? 9만 전자까지 가야죠”…삼성 ‘신무기’ 뭐가 특별하길래 [위클리반도체]

만약 반도체에도 연예계처럼 연말 시상식이 있다면 아마 올해 메모리 분야 대상은 만장일치로 SK하이닉스의 ‘HBM3(고대역폭메모리)’였을 겁니다.

헌데 삼성전자에서 대세 HBM의 화제성에 필적할만한 무서운 ‘중고신인’을 내놓는다는 소식이 이번 주 업계의 이목을 모았습니다.

과연 HBM의 아성을 넘어 내년 본격적으로 찾아오는 ‘반도체의 봄’에 주인공이 될 수 있을지 삼성전자의 차세대 메모리 기술 CXL(Compute Express Link·컴퓨트 익스프레스 링크)에 대해 이번주 ‘위클리 반도체’에서 짚어보겠습니다.

삼성전자의 2024년도 신무기 ‘CXL’…무한 메모리 시대 연다

CXL 개념도 <자료=램버스>

삼성전자는 이번주 업계 최초로 기업용 리눅스 1위 기업 레드햇과 CXL 메모리 동작을 검증하는 데 성공했다고 발표했습니다. 삼성전자의 CXL 기반 메모리가 컴퓨터 운영체제인 리눅스에서 잘 작동했다는 뜻인데요. 쉽게 말하면 데이터센터 고객사들이 별도의 소프트웨어 변경 없이 이제 바로 삼성 제품을 바로 사용할 수 있게 됐다는 의미입니다.

중앙처리장치(CPU) 1개당 사용할 수 있는 D램이 제한된 기존 방식과 달리 CXL은 여러 인터페이스를 하나로 통합해 각 장치 간 직접 통신을 가능하게 합니다. 여러 개의 D램을 시시각각 필요한 만큼 마치 한 개의 D램처럼 빌려서 이용할 수 있다는 뜻입니다.

이를 통해 D램에서 처리 가능한 서버 메모리 용량을 수십 테라바이트(TB)까지 확장할 수 있습니다. 업계에 따르면 고용량 CXL D램을 적용하면 메인 D램과 더불어 서버 한 대당 메모리 용량을 8~10배 이상 늘릴 수 있습니다.

HBM에서 한발 뒤처졌던 삼성 CXL로 반전 노려

삼성전자는 화성캠퍼스에 위치한 SMRC에서 레드햇과 CXL 메모리 동작 검증을 실시했다.

삼성전자는 공격적으로 CXL 사업에 드라이브를 걸고 있습니다. 삼성전자는 지난해 5월 세계 최초로 CXL 1.1 기반의 D램을 선보였습니다.

올해 5월에는 CXL 2.0을 지원하는 128GB CXL D램을 개발했으며 연내 양산에 나설 것으로 알려졌습니다. 이와 함께 최근에는 CXL 관련 총 4종의 상표를 출원하기도 했습니다. 전략적으로 신제품을 내놓겠다는 의미죠.

이 같은 공격적인 투자에 대해 시장도 긍정적으로 바라보고 있습니다. 시장조사업체 욜그룹에 따르면 글로벌 CXL 시장은 오는 2028년 150억달러(약 20조원)에 달할 것으로 전망됩니다.

‘빌딩’ HBM은 속도 vs ‘공유 오피스’ CXL은 용량 서로 다른 강점

SK하이닉스의 HBM3E

기존 D램 대비 8~10배 이상의 엄청난 용량이라는 설명을 들어보면 CXL이 언뜻 HBM과 유사한 기술인 것처럼 여겨집니다. 하지만 이 둘은 기본 구조부터 전혀 다른 개념입니다.

HBM은 메모리를 마치 빌딩처럼 수직으로 쌓아 올린 반도체입니다. 이를 TSV라는 이름의 엘리베이터로 연결해서 데이터를 실어 나르죠.

반면 CXL은 앞서 설명했듯 일종의 공유오피스 개념에 가깝습니다. 여러 개의 메모리 반도체를 필요에 따라서 마치 하나처럼 ‘쉐어’해서 사용할 수 있도록 한다는 의미입니다.

이렇게 다른 구조가 성능면에서 어떤 차이를 가져올까요?

HBM은 고대역폭이라는 이름처럼 속도가 강점입니다. 차세대 HBM3E는 초당 1.3TB의 속도를 자랑하죠. 반면 D램은 CXL로 연결한다고 하더라도 대역폭 자체가 늘어나는 것은 아니므로 LPDDR5X 기준 64GB 수준에 그칩니다.

반면 CXL은 압도적인 확장성이 강점입니다. CXL 기반 메모리는 여러 대의 서버가 메모리를 공유할 수 있기 때문에 서버 구조를 바꾸지 않고도 메모리 용량을 확장할 수 있습니다. 가령 CPU당 16개의 D램이 평균 최대치라면 CXL 이용 시 메모리 용량을 최소 두 배 이상 늘릴 수 있죠.

만약 HBM만을 이용해서 CXL과 같은 용량을 맞추려면 엄청나게 많은 비용이 요구됩니다. HBM이 통상 D램보다 7배 이상 비싸기 때문이죠.

HBM과 CXL은 훌륭한 ‘슈퍼칩’ 동반자

엔비디아 GH200

결론적으로 CXL은 HBM을 대체하는 제품은 아닙니다. 오히려 훌륭한 파트너에 가깝죠. GPU 근처에서는 HBM이 속도를 앞세운 니어 메모리의 역할을 하고 CPU를 보조하는 대형 메모리 역할은 CXL이 수행할 수 있습니다. 실제로 엔비디아가 최근 구상하고 있는 슈퍼칩 GH200 그래스호퍼는 HBM과 CXL의 개념을 모두 차용하고 있습니다. 이 같은 계획이 현실화되면 K-메모리가 슈퍼칩 시대에도 엄청난 부가가치를 창출할 수 있을 것으로 기대됩니다.

삼성전자, SK하이닉스 등 국내 대표 기업들부터 TSMC와 인텔까지! 글로벌 산업의 핵심인 반도체 기업들에 관한 투자 정보를 매주 연재합니다. 아래 ‘기자 이름’ 옆 구독 버튼을 누르시면 소식을 놓치지 않고 받아보실 수 있습니다:)