HBM 이어 떠오르는 ‘CXL’…불붙은 차세대 D램 개발 경쟁

고대역폭메모리(HBM)를 놓고 국내 삼성전자와 SK하이닉스 간 경쟁이 한창인 상황에서 새로운 반도체 기술이 최근 눈에 띄고 있습니다. 다름 아닌 ‘컴퓨트 익스프레스 링크’(CXL)인데, 이름 그대로 ‘빠르게 연결해서 연산한다’를 의미를 갖고 있는 기술입니다. 아직 초기 단계지만 시장에선 2028년까지 CXL 시장 규모가 158억 달러(약 22조원)까지 성장할 것으로 보고 있습니다.

우선 CXL는 중앙처리장치(CPU)와 그래픽처리장치(GPU), 저장장치(스토리지) 등 다양한 장치를 연결하는 차세대 인터페이스라 할 수 있습니다. 여러 장치를 하나의 인터페이스로 통합해 한 번에 연결하기 때문에 데이터 처리 속도가 빠르고 시스템 용량과 대역폭까지 확장할 수 있다는 장점이 있습니다.

CXL를 활용하면 메모리 용량을 무한대로 확장할 수 있습니다. 기존엔 데이터센터나 서버 용량을 늘리려면 추가 서버 증설이 필요했지만 CXL를 사용하면 기본 서버 내 저장장치인 SSD(솔리드스테이트드라이브)를 꽂던 자리에 CXL 기반의 D램을 꽂아 메모리 용량을 늘릴 수 있습니다. CXL 기술을 사용하면 특정 규격에 맞는 반도체만 사용할 수 있었던 한계를 넘어 종류나 용량, 성능과 관계없이 어떤 메모리든 탑재가 가능합니다.

업계에선 고용량 CXL D램을 적용하면 메인 D램과 함께 서버 1대당 메모리 용량을 8~10배가량 늘릴 수 있을 것으로 보고 있습니다. HBM이 대역폭을 늘려 속도에서 혁신을 이뤘다면, CXL는 서버의 제한된 용량을 늘릴 수 있는 기술인 셈입니다.

삼성전자가 18일 ‘삼성전자 CXL 솔루션’을 주제로 설명회를 진행했다고 밝혔다. 사진은 발표하는 최장석 삼성전자 메모리사업부 신사업기획팀장 상무. 삼성전자 제공

앞서 최장석 삼성전자 메모리사업부 신사업기획팀장(상무)은 지난 18일 서울 중구 태평로빌딩에서 진행된 ‘삼성전자 CXL 솔루션’ 설명회에서 CXL에 대해 이렇게 설명했습니다. “HBM은 데이터들이 빠르게 왔다 갔다 할 수 있는 고속도로에 비유한다면, CXL는 여러 개의 도로를 (추가로) 만들어서 (차가 다닐 수 있는 전체) 도로를 확장한다는 개념에 비유할 수 있습니다”라고 말이죠. 그러면서 “물론 CXL도 성능이 올라갈 수 있지만 용량 확장에 있어 독보적”이라고 덧붙였습니다.

“2028년 되면 시장 ‘개화’할 것”

최 상무는 이날 “CCM-D 관련 시장이 준비되는 2028년이 되면 시장이 개화할 것”이라는 전망도 내놓았습니다. 그때부턴 이른바 ‘하키스틱 커브’를 그릴 것이라고 했는데, 이는 특정 시점 이후 위로 가파르게 치솟는 모양이 하키스틱을 닮은 데서 따온 말입니다. 시장조사업체 욜 인텔리전스에 따르면 CXL 시장은 2022년 170만 달러(약 24억원)에서 2026년 21억 달러로 성장한 뒤 2028년엔 150억 달러에 이를 것으로 예상됩니다.

이러한 전망에 기반해 삼성전자는 HBM 시장에서 놓친 AI 메모리 시장 주도권을 선점하기 위해 애쓰고 있습니다. 2021년 5월 세계 최초로 CXL 기반 D램 기술을 개발했고, 2022년엔 업계 최초로 고용량 512GB(기가바이트) CXL D램을 선보였습니다. 지난해 5월에는 CXL 2.0을 지원하는 128GB CXL D램 개발을 완료한 데 이어 올해 6월엔 업계 최초로 미국 오픈소스 소프트웨어 기업 ‘레드햇’이 인증한 CXL 인프라를 경기 화성캠퍼스 연구시설에 구축하기도 했습니다.

SK하이닉스 역시 CXL를 기반으로 한 96GB, 128GB 용량의 D램을 연내 상용화해 출시할 예정입니다. 지난달에는 미국 캘리포니아주에서 열린 CXL 컨소시엄 주최의 콘퍼런스에 참석해 각 장치끼리 메모리를 나눠 쓰도록 해 유휴 메모리를 없애고 전력 소모를 줄여주는 기술 ‘나이아가라 2.0’을 선보이기도 했습니다.

이처럼 대부분의 메모리 반도체 업체들이 CXL 2.0 D램 개발의 완료한 상태지만, CXL 2.0을 지원하는 CPU가 아직 출시되지 않았다는 점이 CXL 시장 개화의 제한 요인으로 작용하고 있는 상황입니다.

AI 시대 차세대 기술로 꼽히며 반도체 업체뿐 아니라 빅테크들도 CXL 컨소시엄에 참여해 생태계 구축에 나선 상황입니다. 2019년 출범한 CXL 컨소시엄에는 240여개 기업이 참여하고 있는데, 여기엔 삼성전자, SK하이닉스, 인텔, 엔비디아 등 칩 업체뿐만 아니라 구글, 마이크로소프트(MS) 등이 포함돼 있습니다.

“D램 요구량 축소되는 것 아니냐”

CXL이 채택될 경우 D램에 대한 요구량이 감소할 가능성이 있습니다. 실제 MS는 현재 시스템에서 약 25%나 되는 유휴 D램이 발생하고 있는데, 초기 CXL를 사용할 경우 전체 D램의 요구량을 10% 줄일 수 있을 것으로 봤으며, 향후엔 더 빠른 속도로 D램 요구량이 줄어들 거라고 전망한 바 있습니다.

그러나 메모리 반도체 업체들은 CXL 도입에 따라 향후 D램 요구량을 줄어들 위험성보다, 현재 DDR 구조상 메모리 확장에 한계가 있어 고객들의 빠른 서버 증설이 제한될 수 있다는 점을 더 큰 리스크로 보고 있습니다.