[S리포트] SK하이닉스, 반도체 한계 넘는 'CXL·PIM'도 키운다

[SK하이닉스, HBM 말고도 더 있다] ② 선제 투자로 HBM 신화 잇는다

[편집자주] 인공지능(AI) 시장 개화로 반도체 업계의 패러다임이 바뀌고 있다. 고대역폭메모리(HBM)로 초격차를 확보한 SK하이닉스는 차세대 제품 개발에 열을 올리며 패권 경쟁에 나섰다. 선제 투자로 미래 반도체 시장에서 주도권을 쥐겠다는 구상이다. 글로벌 반도체 산업을 이끄는 SK하이닉스의 현재와 미래를 짚어봤다.

최태원 SK그룹 회장이 SK하이닉스 이천캠퍼스 R&D센터에서 경영진에게 HBM웨이퍼와 패키지에 대한 설명을 듣고 있다. (왼쪽부터 최태원 회장, 곽노정 SK하이닉스 대표이사 사장, 최우진 SK하이닉스 P&T 담당) /사진=SK

인공지능(AI) 시대를 맞아 글로벌 반도체 시장 판도가 바뀌고 있다. AI 학습, 추론 데이터 처리량이 폭증하고 있으나 기존 D램은 용량 확장에 한계가 있어 이를 해소할 수 있는 솔루션 마련이 시급하다.

SK하이닉스가 고대역폭메모리(HBM)의 뒤를 이을 차세대 솔루션 개발에 골몰하고 있는 배경이다.SK하이닉스는 AI에 특화된 '컴퓨트 익스프레스 링크'(CXL), '프로세싱 인 메모리'(PIM) 등 차세대 메모리 솔루션으로 글로벌 초격차를 확보해 나갈 방침이다.

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CXL, 메모리 반도체 '용량·속도' 한계 넘는다

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넥스트 HBM으로 부상 중인 CXL은 '빠르게 연결해서 연산한다'는 의미를 가지고 있다. 컴퓨터 시스템 내에서 데이터를 더 빠르게 전송하기 위한 기술로, 시스템 간의 간섭을 최대한 줄이면서 다양한 시스템 장치들을 연결하도록 돕는다. 다수의 장치를 하나의 인터페이스로 통합해 여러 장치를 한 번에 연결하기 때문에 데이터 처리 속도가 빠르다.

CXL은 기존 D램이 가진 문제를 해결할 수 있다. 기존 서버에서 사용하던 D램은 한정된 범위 내에서만 용량을 확장할 수 있어 대규모 용량의 데이터를 처리하는 데 한계가 있었다. 데이터센터나 서버의 용량을 확장하기 위해서는 서버를 증설해야 했다. 이때 CXL을 활용하면 모듈을 추가하는 방식으로 메모리 용량과 대역폭을 확대할 수 있다.

SK하이닉스는 CXL 시장 확대를 예상하고 대응력을 높이고 있다. 구체적으로 ▲CXL 2.0 E3.S 메모리 확장 솔루션(Memory Expansion Solution) ▲CXL 풀드 메모리 솔루션(Pooled Memory Solution) ▲CMS(Computational Memory Solution) 2.0의 세 가지 솔루션으로 AI 메모리 시장을 공략한다는 방침이다.

지난해 SK하이닉스는 CXL 제품화를 위해 많은 고객과 검증 협업을 진행했다. 적극적인 협업을 통해 고객사의 솔루션 채용을 이끌어 내기 위해서다. 지난해 5월에는 실물 서버에 적용한 DDR5 96GB CXL 2.0 메모리를 공개, 상용화에 한 발짝 더 다가섰다.

같은 해 10월에는 CXL 메모리에 연산 기능을 통합한 솔루션인 CMS 2.0의 성능 시연에 나서며 기술력을 입증했다. 11월에는 여러 개의 CXL 메모리를 묶어 풀(Pool)의 형태로 여러 호스트가 효과적으로 용량을 나누어 사용할 수 있는 풀드 메모리 솔루션을 공개해 업계의 관심을 한몸에 받았다.

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'연산 메모리' PIM, 활용도 높인다

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곽노정 SK하이닉스 사장. /사진=SK하이닉스

PIM은 메모리에 일부 프로세서 기능을 더해 연산할 수 있도록 한 지능형 반도체다. 기존 메모리가 저장에 주력했다며 PIM은 보조 연산으로 프로세서와 메모리 사이에서 발생하는 병목을 줄이는 것을 돕는다. 이 과정에서 전력 소모가 감소하는 것도 장점이다.

SK하이닉스의 PIM은 GDDR6-AiM으로 상용화에 나섰다. GDDR6-AiM은 xPU와 함께 사용하는 지능형 메모리 반도체로 그래픽 D램인 GDDR6에 가속기(Accelerator)가 합쳐진 제품이다. 가속기는 각종 정보 처리와 연산에 특화 설계한 칩(Chip)을 사용해 만든 특수 목적의 하드웨어(Hardware) 장치를 통칭한다.

SK하이닉스는 자사의 PIM 반도체 제품명을 'AiM'으로 정하고 지난해 9월 GDDR6-AiM을 기반의 AiMX 시제품을 공개했다. AiMX는 GDDR6-AiM 여러 개를 연결해 성능을 높인 가속기 카드로, 그래픽처리장치(GPU) 대신 연산할 수 있다.

AiMX는 LLM(Large Language Model) 추론 기반 서비스에 특화됐다. AiMX 시스템은 GPU를 탑재한 시스템 대비 반응 속도는 10배 이상 빠르지만, 전력 소모는 5분의 1 수준이다. GPU 대비 응답 속도가 빠르면서도 적은 전력으로 데이터를 처리할 수 있다.

올해에는 성능과 활용 범위를 확대해 상용화에 주력할 계획이다. 회사 관계자는 "SK하이닉스의 AiM은 AI 추론 분야의 핵심인 가격 경쟁력을 갖춘 유일한 AI 솔루션"이라며 "데이터센터부터 온디바이스 AI를 탑재한 모바일까지 AI 추론 영역에서 폭넓게 활용될 것"이라고 밝혔다.

최유빈 기자 langsam41@mt.co.kr