메모리 리더십 밀린 삼성전자…'포스트 HBM' CXL 승부수

인공지능(AI) 반도체 생태계 활성화로 급부상한 고대역폭메모리(HBM)에서 밀린 삼성전자가 컴퓨트익스프렝스링크(CXL) 기술 기반의 메모리로 반도체 리더십 탈환에 나섭니다. 

오늘(23일) 업계에 따르면 삼성전자는 다음 달 26일(현지 시간) 미국 캘리포니아주 실리콘밸리에서 열리는 반도체 학회 '멤콘 2024'에서 CXL 등을 비롯한 차세대 기술에 대해 발표하면서 차세대 혁신을 주도하겠다는 계획입니다.
 

[자료=삼성전자]

CXL은 메모리를 집적적으로 연결해 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU)와의 공유를 통한 확장성에 기반을 둔 기술입니다. 구체적으로 기존 직렬 방식(PCIe)에서는 CPU와 연결된 메모리 간만 데이터 전송이 가능했습니다. CXL 2.0 기술을 통해서는 다수의 CPU가 각자 부착된 메모리를 공유해 사용한다는 구상입니다.

CXL이 뜨는 이유는 AI 산업과 맞물립니다. AI는 방대한 데이터의 학습과 추론이 무한적으로 반복되기 때문입니다. AI 활용도의 연산속도와 양을 처리하기 위해서는 용량과 대역폭이 핵심입니다. 

CXL 기술을 통해 메모리를 공유하는 '메모리 풀링(Pooling)'이란 개념을 제시해 낸드플래시·D램 개수를 늘려 용량을 확장하고 이를 통해 대역폭도 높일 계획입니다. CPU가 풀(Pool)에서 메모리를 필요한 만큼 나누어 사용할 수 있게 되는 겁니다. 업계에서는 CXL 기술을 활용하면 서버 1대당 메모리 용량 8~10배 이상 증가할 것으로 보고 있습니다.

메모리 업계에서는 삼성전자가 CXL 기술의 리더십과 생태계를 선도적으로 이끌어왔습니다. 삼성전자는 지난 2021년 세계 최초로 CXL 기반 D램을 선보였고 지난 2022년에는 최초로 512Gb CXL D램을 공개했습니다. 

지난해 12월에는 CXL 반도체인 '삼성(Samsung) CMM-D' 등 4종의 상표를 출원했는데 이르면 올해 상용화를 목전에 두고 있습니다. CMM은 'CXL Memory Module(CXL 메모리 모듈)'의 약자로 삼성전자 내부에서 부르는 이름입니다.

HBM 뒤에 CXL D램 뜬다
삼성전자는 CXL 기반의 메모리는 용량에서는 혁신은 이끌 것으로 보이지만 여전히 대역폭(데이터 처리 속도)은 변수로 꼽힙니다.

HBM은 D램을 수직으로 적층해 대역폭을 극대로 끌어올린 제품입니다. AI칩의 선두주자인 엔비디아는 지난해 8월  HMB3e 메모리 탑재 버전의 그레이스 호퍼 GH200 슈퍼칩을 공개했는데 SK하이닉스의 24GB HBM3e 메모리 6개를 탑재해 5TB/s 대역폭의 성능을 구현했다고 밝혔습니다.

결국은 AI 시대에 CXL D램이 용량에서 강점을 지닌 메모리라면 HBM은 높은 대역폭을 통해 메모리 처리 속도의 혁신을 가져다줬습니다. 이런 측면에서 CXL 기술이 적용된 D램이 HBM만큼의 메모리 업계의 반향을 이끌지 이목이 쏠립니다.

HBM은 기술 개발과 양산 확대로 범용 D램에 비해 6배가량 비싸다고 알려졌는데 오는 2028년에는 3배에 달하는 등 가격이 점차 낮아질 전망입니다. 현재 삼성전자와 SK하이닉스가 모두 HBM 설비를 적극적으로 증축하면서 향후 생산량이 대폭 확대될 예정입니다. 숙련도도 높아진다면 수율이 높아지고 이에 따른 가격 하락 여지가 있는 제품입니다.
 

[삼성전자가 개발한 CXL 2.0을 지원하는 128GB CXL D램 (사진=삼성전자)]

이런 차원에서 CXL 기술이 적용된 반도체가 '제2의 HBM'이 될지 관심이 모입니다. 차세대 메모리 인터페이스인 CXL 기술이 올해를 기점으로 내년까지 메모리 업체들의 새로운 성장 동력이 될 가능성은 높습니다. 인텔은 올해 말 CXL 2.0을 적용한 서버용 반도체인 초고효율 CPU '시에라 포레스트'를 출시하면서 인터페이스 변경에 나섭니다.  동시에 AMD 역시 젠(Zen)5 기반의 CPU를 오는 3분기 생산하면서 CXL 2.0 기술을 적용할 것으로 전망되고 있습니다. 

김형태 신한투자증권 연구원은 "CXL 2.0은 DDR5부터 적용되기 시작하고, 대규모 컴퓨팅 환경에서 메모리 효율을 극대화할 수 있다는 장점이 신형 CPU의 흥행에 기여할 것"이라며 "2025년부터는 CXL 2.0 적용이 급격히 확산될 것으로 기대된다"고 밝혔습니다. 시장조사기업 욜(Yole)에 따르면 세계 CXL 시장의 규모는 오는 2028년 약 150억 달러(약 20조원)에 이를 것으로 전망하고 있습니다. 

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