AI 시대를 선도하는 차세대 메모리 솔루션: CXL의 발전과 시장 전망

1. 도입부

• CXL(Compute Express Link)은 AI와 같은 고성능 데이터 처리를 지원하는 차세대 인터페이스 기술로 주목받고 있습니다. 이 보고서는 CXL의 발전 과정, 현재 시장 동향, 그리고 주요 반도체 업체들의 전략을 살펴봅니다.

2. CXL의 기술적 발전

• 2-1. CXL 1.0과 1.1: 기본 아키텍처와 초기 발전

• CXL 1.0과 1.1 버전은 CXL 기술의 기본 틀을 정립하는 중요한 단계였습니다. 특히, 초기 CXL 아키텍처는 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU), 메모리스토리지 등 다양한 장치들 간의 연결성을 개선하여 데이터 처리 속도를 높이고 시스템의 용량 확장성을 크게 개선하였습니다.

• 머신러닝과 AI 기술이 발전함에 따라 차세대 인터페이스로 CXL의 중요성이 더욱 커지고 있습니다.

• 2-2. CXL 2.0: 메모리 풀링 기능과 개선점

• CXL 2.0에서는 메모리 풀링 기능이 추가되었고, 퍼시스턴트 메모리 지원과 보안 기능이 강화되었습니다. CXL 2.0은 특히 데이터 센터와 같은 대규모 데이터를 운영하는 환경에서 메모리 자원을 저지연으로 접근할 수 있는 큰 이점을 제공합니다.

• CXL 2.0의 주요 기능과 개선점을 요약한 표입니다.

• 2-3. CXL 3.0: PCIe 6.0 지원과 성능 향상

• CXL 3.0은 PCIe 6.0을 지원하며, 대역폭을 2배로 향상시켰습니다. 또한, 캐시 일관성과 메모리 풀 공유 기능이 강화되었습니다. 주요 업데이트 내용은 전 세계 주요 산업 관계자들의 기여로 이루어졌으며, 성능과 활용 범위가 크게 확장되었습니다.

• PCIe 6.0의 도입은 CXL 3.0이 데이터 처리 능력을 크게 향상시킨 주요 이유 중 하나입니다.

• 2-4. CXL 3.1: 페브릭 관리와 신뢰 실행 환경 보안 프로토콜

• CXL 3.1에서는 패브릭 관리 기능과 신뢰 실행 환경 보안 프로토콜이 크게 개선되었습니다. 이러한 개선사항들은 대규모 클러스터 환경에서의 효율성을 극대화하고, 데이터의 안정성을 더욱 강화하는 역할을 합니다.

• 한국 스타트업 파네시아가 CXL 3.1의 핵심 IP를 보유하고 있으며, 이는 미래 CXL 기술 발전에 중요한 역할을 할 것입니다.

3. 주요 기업의 동향

• 3-1. 삼성전자의 CXL 2.0 및 3.0 전략

• 삼성전자는 현재 상용화되지 않은 CXL 2.0 규격의 D램 모듈을 개발 중이며 메모리 용량 확장을 위한 새로운 CXL 컨트롤러를 추가해야 하는 특별한 구조를 사용하고 있습니다. 또한 삼성전자는 3.0 규격을 만족하는 컨트롤러 개발에도 집중하고 있으며 최근 CXL 관련 4개 모듈에 대한 상표 출원을 마쳤습니다.

• 삼성전자의 CXL 2.0 및 3.0 관련 현재 개발 상태 및 상업화 진행 상황.

• 3-2. SK하이닉스의 메모리 기술 개발

• SK하이닉스는 차세대 메모리 기술 개발에 주력하며 CXL 기술에 대한 접근을 강화하고 있습니다. 메모리 시장에서 우수한 성과를 보이고 있으며, 해당 기술이 본격적으로 도입되면 CXL를 통해 메모리 용량과 데이터 전송 속도를 획기적으로 향상시킬 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

• SK하이닉스의 전략적 방향을 설명하는 인용문

• 3-3. 파네시아의 CXL 3.1 기술 선도

• 파네시아는 최근 CXL 3.1 IP에 대한 원천 특허를 보유한 기업으로 주목받고 있습니다. 이 스타트업은 앞으로 CXL 생태계 확장에 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다. 또한, 파네시아는 CXL 스위치와 규격 변환을 위한 가교 역할을 수행하는 고난도 기술 개발에 집중하고 있습니다.

• 파네시아의 CXL 3.1 기술 선도와 생태계 확장 역할에 대한 설명

4. 시장 전망 및 기술적 과제

• 4-1. CXL 시장 규모 및 성장 예측

• CXL(Compute Express Link) 기술은 AI 및 고성능 데이터 센터 등의 필수 요소로 주목받고 있습니다. CXL 시장이 본격적으로 개화하기 위해서는 인프라 구축과 관련된 여러 기술적 난관을 해결하는 것이 중요합니다. 현재 CXL 기술에 대한 수요는 엄청나지만, 시장 형성이 더딘 이유는 데이터 센터 설비의 교체 시점이 일치하지 않기 때문입니다.

• 최장석 상무는 CXL 시장의 본격화는 아직 초기 단계이며, 점진적으로 발전할 것이라고 설명하고 있습니다.

• 4-2. 기술적 과제와 해결 방안

• CXL 기술의 발전에는 여러 도전 과제가 있습니다. CXL 1.0에서 2.0까지의 발전 과정에서 중요한 기술 혁신 중 하나는 '메모리 풀링(Pooling)'입니다. 하지만 이 기술도 아직 무한정 확장이 불가능하며, 특정 프로세서가 할당한 메모리 영역을 다른 장치가 들여다볼 수 없는 단점을 가지고 있습니다.

• CXL 기술의 발전 과정에서 주요 버전별 특징과 함께 도전 과제를 요약한 표입니다.

• 4-3. CXL 생태계 구축의 필요성

• CXL 기술이 성공적으로 상용화되기 위해서는 생태계 구축이 필수적입니다. CXL 컨소시엄을 중심으로 다양한 반도체 및 기술 기업들이 협력하여 CXL 표준을 만들고 있습니다. 삼성전자, SK하이닉스, 인텔, 파네시아 등 주요 기업들은 CXL 기술 발전에 필수적인 역할을 하고 있습니다.

• 정 교수는 CXL 기술이 데이터센터의 필수 요소가 될 것이며, 시장 참여자들이 반드시 이 기술을 채택해야 한다고 강조합니다.

5. 결론

• CXL 기술은 AI와 고성능 데이터 센터의 필수 요소로 자리 잡고 있으며, 다양한 기업들이 이 기술을 개발하고 상용화하고 있습니다. CXL의 발전 과정과 시장 동향을 종합적으로 분석한 이 보고서는 AI 시대의 차세대 인터페이스로서 CXL의 중요성을 강조합니다. 앞으로도 기술적 과제를 해결하고 생태계 구축을 통해 CXL의 지속적인 발전과 성공적인 적용이 기대됩니다.

6. 용어집

• 6-1. Compute Express Link [기술 용어]

• CXL은 CPU, GPU, 메모리 등의 장치 간 고속 데이터 전송을 가능하게 하는 인터커넥트 기술입니다. CXL은 고성능 컴퓨팅 환경에서 데이터 전송 속도와 확장성을 극대화하여 AI 워크로드를 효율적으로 처리하는 데 중요한 역할을 합니다.

• 6-2. 삼성전자 CXL 2.0 D램 [제품]

• CXL 2.0 D램은 메모리 풀링 기능을 지원하여 서버 플랫폼에서 효율적인 메모리 사용을 가능하게 합니다. 여러 호스트가 풀에서 메모리를 필요에 따라 나눠 사용할 수 있어, 데이터 전송 병목현상을 줄이고 서버 운영비를 절감할 수 있습니다.

• 6-3. 파네시아 [회사]

• 파네시아는 CXL 기술을 선도하는 한국의 반도체 스타트업으로, CXL 3.0 및 3.1 기술을 세계 최초로 구현했습니다. 이 회사는 메모리 확장기와 고성능 인터커넥트 솔루션을 통해 AI와 데이터센터 인프라의 성능 향상에 기여하고 있습니다.

7. 출처 문서

• HBM 이후엔 새 기술 ‘CXL’… 차세대 D램 개발 경쟁 불 붙었다https://www.donga.com/news/Economy/article/all/20240625/125617455/2
• CXL 3.1 소개와 스토리지https://tech.gluesys.com/blog/2024/01/22/CXL31storage.html
• 반도체 업계가 CXL에 주목하는 이유 [강해령의 하이엔드 테크] <2편>https://v.daum.net/v/20231223090529688
• 인공지능(AI)반도체 및 시스템반도체 기술개발 동향 및 시장전망 (Ⅰ, Ⅱ 세트)https://m.techforum.co.kr/goods/29031
• M 종목테마 상세https://mfinance.finup.co.kr/Content/111278
• AI 열풍에 주목받는 CXL…“데이터센터 필수품 될 것”https://v.daum.net/v/20240322003027470?f=p
• 삼성전자 “올해 하반기 CXL 시장 열린다”…인텔·AMD 2026년 ‘CXL 3.1’ 본격화 [소부장반차장] - 디지털데일리https://m.ddaily.co.kr/page/view/2024071812430765473