차세대 메모리 기술 CXL: 현황과 전망

1. 요약

• 이 리포트는 차세대 메모리 기술로 주목받고 있는 컴퓨트 익스프레스 링크(CXL)의 현재 상태와 전망을 분석합니다. 주요 기술적으로는 삼성전자와 SK하이닉스의 역할을 중심으로, CXL의 확장성, 주요 기능, 그리고 HBM과의 비교 측면에서 주요한 차이점과 경쟁 우위를 탐구합니다. CXL 기술은 CPU와 메모리를 효과적으로 연결하여 데이터 처리 속도를 높이고 용량을 무한대로 확장할 수 있는 가능성을 제공함으로서, AI와 빅데이터 시대에서 중요한 역할을 할 것으로 기대되고 있습니다. 또한, 현 시장 동향을 조사하여 CXL 2.0 개발 상황과 인텔의 향후 계획을 포함한 산업 내 주요 기업들의 전략을 종합적으로 살펴봅니다.

2. CXL 기술 개요

• 2-1. CXL의 개념과 정의

• 컴퓨트 익스프레스 링크(Compute Express Link, CXL)는 데이터 센터의 고성능 컴퓨터를 위해 설계된 고속의 개방형 표준 연결 기술입니다. CXL는 중앙처리장치(CPU)와 다양한 장치, 그리고 CPU와 메모리 간의 빠르고 효과적인 연결을 가능하게 합니다. 이 기술은 직렬 PCI 익스프레스(PCIe)의 물리적 및 전기적 인터페이스를 기반으로 하며, 데이터 전송을 위한 기존의 PCIe 프로토콜에 추가로 새로운 방식의 캐시 일관성 프로토콜을 포함하고 있습니다. 이를 통해 CXL는 기존 DIMM 메모리의 성능과 용량 한계를 넘어서, 더 높은 스토리지 용량을 제공하며, 데이터 센터의 요구에 맞춘 유연하고 강력한 메모리 솔루션을 실현할 수 있게 합니다.

• 2-2. CXL의 주요 기술적 특징

• CXL는 시스템 내에서 메모리, 스토리지, 그리고 로직 반도체와 같은 다양한 장치들을 하나로 통합하여 연결하는 기술입니다. 현재 반도체 업계에서는 AI(인공지능) 시대의 도래로 인해 처리해야 할 데이터의 양이 급격히 증가하고 있어서, CXL은 기존 DRAM 메모리의 한계를 극복할 수 있는 중요한 기술로 주목받고 있습니다. CXL은 CPU와 메모리 반도체를 연결하는 도로를 기존의 2~3차선에서 8차선 이상의 대규모 도로로 확장하는 것과 같은 기술적 혁신을 제공합니다. 이러한 확장을 통해 CXL은 다양한 종류와 용량, 성능의 메모리를 자유롭게 탑재할 수 있게 하며, 시스템의 전반적인 성능과 데이터 처리 능력을 획기적으로 향상할 수 있습니다. 예를 들어, CXL 시스템으로 구축한 서버는 기존 D램을 수직으로 쌓아 올리지 않고도 메모리 용량을 8~10배가량 늘릴 수 있다는 평가를 받습니다. 또한, CXL의 풀링 기능을 사용하면 여러 CPU가 하나의 풀에서 메모리를 필요할 때마다 할당받아 사용할 수 있어 유휴 공간을 줄일 수 있습니다. 그러나 CXL 시장은 아직 초기 단계에 머물러 있으며, 관련 CPU 출시가 필요합니다. 삼성전자와 SK하이닉스에서는 CXL 2.0 개발을 마무리했으며, 업계에서는 CXL 시장이 향후 몇 년 동안 급성장할 것으로 기대하고 있습니다.

3. CXL과 HBM 비교

• 3-1. HBM과 CXL의 기술적 비교

• HBM(고대역폭메모리)와 CXL(컴퓨트 익스프레스 링크)는 각각 다른 방식으로 메모리 성능을 향상시키는 기술입니다. HBM은 CPU와 GPU에 연결된 D램 메모리를 수직으로 쌓아올리고, 메모리 간 이동 통로를 넓혀 대량의 데이터를 빠르게 처리할 수 있도록 설계되었습니다. 반면, CXL은 다양한 장치를 하나의 시스템으로 통합하여, 각 장치가 수시로 지연 없이 데이터를 주고받을 수 있게 해주는 기술입니다. 삼성전자는 CXL 2.0 D램의 상용화에 주력하고 있으며, 이는 CPU, GPU, 및 SoC 등 서로 다른 장치를 빠르게 연결할 수 있도록 해줍니다. 이런 이유로 CXL는 데이터 처리 속도를 높이지만, 속도 측면에서는 HBM보다 뒤처진다는 평가를 받고 있습니다. 그러나 확장성 측면에서는 CXL이 압도적이며, 메모리 용량을 이론상으로 무한대로 확장할 수 있는 능력 덕분에 매우 유망한 기술로 평가받고 있습니다.

• 3-2. 속도와 확장성 측면에서의 차이점

• 속도 측면에서 HBM은 여러 개의 D램 칩을 수직으로 쌓아 데이터 이동 속도를 극대화하여 대량의 데이터를 빠르게 처리할 수 있습니다. 반면, CXL은 다양한 장치들을 하나의 시스템으로 통합하여 데이터 통신 지연을 최소화하는 기술입니다. 그러나 확장성 측면에서 CXL은 HBM을 뛰어넘습니다. 기존의 D램은 적층 가능한 칩 개수에 물리적인 한계가 있어 메모리 용량 확장에 제한이 있었지만, CXL 시스템을 사용하면 이론상으로 메모리 용량을 무한대로 확장할 수 있습니다. 특히, 메모리의 유휴 공간을 줄이는 '풀링' 기능을 통해 여러 CPU가 풀에서 필요한 만큼 메모리를 할당해 사용할 수 있습니다. 또한, HBM은 고속도로에 비유할 수 있는데, 데이터들이 빠르게 이동할 수 있도록 돕습니다. 반면, CXL은 여러 개의 도로를 추가로 만들어 전체 도로 용량을 확장하는 것에 비유할 수 있습니다. 이에 따라, 성능과 용량 확장 측면에서 CXL이 독보적입니다.

4. 현재 CXL 시장 현황

• 4-1. 현재 시장 규모와 발전 단계

• CXL(Compute Express Link)는 CPU, GPU, SoC 등 서로 다른 장치를 빠르게 연결할 수 있는 기술입니다. 현재 CXL 시장은 초기 단계에 있으며, 2022년 기준 시장 규모는 170만 달러(약 23억 6천만 원)입니다. 삼성전자와 SK하이닉스 등 메모리 반도체 업체들은 CXL 2.0 개발을 마무리했지만, 이를 지원하는 CPU가 아직 출시되지 않았습니다. 그러나 업계에서는 인텔이 올 하반기에 CXL 2.0을 지원하는 CPU를 출시할 것으로 예상하고 있으며, 이에 따라 시장이 본격적으로 열릴 것으로 보고 있습니다. 업계 관계자에 따르면, CXL 기술을 활용하면 이론적으로 메모리 용량을 무한히 확장할 수 있습니다. 예를 들어, 기존의 D램을 여러 개 수직으로 쌓는 방식은 물리적인 한계가 있지만, CXL 시스템으로 구축한 서버는 1대당 메모리 용량을 8~10배 확대할 수 있습니다.

• 4-2. CXL 2.0 개발과 지원 현황

• 삼성전자와 SK하이닉스는 CXL 2.0 개발을 마무리한 상태입니다. CXL 2.0은 다양한 장치를 하나의 시스템으로 통합해 각 장치가 지연 없이 데이터를 주고받을 수 있도록 도와줍니다. 이와 함께 메모리의 유휴 공간을 획기적으로 줄이는 ‘풀링’ 기능도 CXL의 강점 중 하나로 꼽힙니다. 풀링 기능을 통해 여러 CPU가 풀에서 필요한 만큼 메모리를 할당받아 사용할 수 있습니다. 하지만 현재로서는 CXL 2.0을 지원하는 CPU가 출시되지 않았기 때문에 시장이 본격적으로 열리지 않았습니다. 인텔이 올해 하반기에 CXL 2.0을 지원하는 CPU를 출시할 것으로 예상되고 있으며, 이에 따라 시장의 성장이 기대되고 있습니다. 시장조사업체 욜(Yole)은 CXL 시장이 2028년까지 158억 달러(약 22조 원)에 이를 것으로 전망하고 있습니다.

5. 주요 기업들의 전략

• 5-1. 삼성전자와 SK하이닉스의 CXL 기술 개발 현황

• 삼성전자가 CXL(Compute Express Link) 상용화에 드라이브를 걸고 있습니다. HBM(고대역폭메모리) 주도권은 빼앗겼지만 CXL 시장에서는 선두 자리를 차지하겠다는 의도입니다. 현재 삼성전자는 CXL 2.0 D램 개발을 마무리한 상태입니다. CXL 기술은 CPU와 GPU, SoC 등 서로 다른 장치를 빠르게 연결하여 데이터 처리 속도를 높여주는 기술입니다. 특히 메모리 용량 확장과 데이터 처리 효율성 측면에서 매우 유망한 평가를 받고 있으며, 메모리의 유휴 공간을 획기적으로 줄이는 '풀링' 기능도 강점 중 하나로 꼽힙니다. SK하이닉스도 이와 마찬가지로 CXL 2.0 개발에 주력하면서 시장 경쟁에 힘쓰고 있습니다. 다만, 아직 CXL 2.0을 지원하는 CPU가 출시되지 않아 시장이 본격적으로 개화하지는 않은 상황입니다.

• 5-2. 인텔의 CXL 지원 CPU 출시 계획

• 업계에서는 올 하반기 인텔이 CXL 2.0을 지원하는 CPU를 출시할 예정입니다. 이로 인해 CXL 시장이 본격적으로 열릴 것으로 기대되고 있습니다. 시장조사기관 욜(Yole)에 따르면, CXL 시장은 2022년 약 23억 6천만 원 수준이었지만, 2028년에는 158억 달러(약 22조 원) 규모로 급성장할 것으로 보고 있습니다. 인텔의 CXL 지원 CPU 출시가 본격화되면, 삼성전자와 SK하이닉스 등 메모리 반도체 업체들의 발걸음도 빨라질 것으로 예상됩니다.

6. CXL의 주요 기능과 장점

• 6-1. CXL의 메모리 용량 확장 기능

• CXL(Compute Express Link)은 CPU, GPU, 저장장치 등 다양한 장치를 하나의 시스템으로 통합하여 데이터 처리 속도를 높이고 시스템 용량과 대역폭을 확장할 수 있는 차세대 인터페이스입니다. 이는 기존 D램을 수직으로 쌓아올리는 방식에서 벗어나 메모리 용량을 이론적으로 무한대로 확장할 수 있는 가능성을 제공합니다. 삼성전자는 CXL 2.0 D램 개발을 완료했으며, CXL 기반 시스템을 통해 서버 1대당 메모리 용량을 8~10배가량 늘릴 수 있을 것으로 보고 있습니다. 이는 고용량 데이터를 빠르게 처리할 수 있는 기술적 혁신으로, 추가 서버 증설 없이도 데이터 처리 능력을 대폭 향상시킬 수 있게 합니다. CXL은 서버의 제한된 용량을 늘릴 수 있는 점에서 HBM과 대비되는 경쟁 우위를 가지고 있습니다.

• 6-2. 데이터 처리 효율성과 유휴 공간 최소화

• CXL은 시스템 내에서 메모리, 스토리지, 로직 반도체와 같은 다양한 장치들을 하나의 인터페이스로 통합하여 데이터 처리 효율성을 극대화합니다. 특히, CXL의 '풀링' 기능은 메모리 유휴 공간을 획기적으로 줄이는 데 큰 역할을 합니다. 각 CPU가 하나의 메모리 풀에서 필요한 만큼 메모리를 할당받아 사용할 수 있어, 메모리 자원의 낭비를 최소화하고 통합성을 강화할 수 있습니다. 이는 각 장치가 필요한 만큼만 메모리를 사용하고, 남는 메모리는 다른 장치가 사용할 수 있도록 하여 메모리 활용도를 최대화합니다. 또한, 삼성전자와 SK하이닉스는 CXL 2.0 개발을 마무리했으며, 올 하반기 인텔에서 CXL 2.0을 지원하는 CPU 출시가 예정되어 있어, 본격적인 시장 개화가 기대됩니다.

7. 향후 전망

• 7-1. CXL 시장의 성장 전망

• CXL(Compute Express Link)는 삼성전자와 SK하이닉스를 비롯한 메모리 반도체 업체들이 개발 중인 차세대 인터페이스 기술로, 다양한 장치(CPU, GPU, SoC 등)를 빠르게 연결하여 데이터를 처리할 수 있도록 설계되었습니다. 삼성전자가 CXL 2.0 D램의 상용화에 집중하고 있으며, HBM(고대역폭메모리) 시장의 주도권을 잃었지만 CXL 시장에서는 선도자의 위치를 갖추겠다는 목표를 가지고 있다고 합니다. CXL 기술은 다른 장치들을 연결하는 시스템의 통일성을 제공하여 데이터 처리 속도를 향상시키는 데 도움을 주며, 특히 확장성 측면에서 매우 유망한 기술로 평가받고 있습니다. 예를 들어, 기존의 D램을 여러 개 수직으로 쌓아 올리는 방식과 달리, CXL 시스템을 구축한 서버는 메모리 용량을 최대 8~10배까지 늘릴 수 있을 것으로 예상됩니다. 또한 CXL의 '풀링' 기능을 통해 여러 CPU가 하나의 메모리 풀에서 메모리를 필요에 따라 할당받을 수 있어, 메모리의 유휴 공간을 획기적으로 줄일 수 있습니다. 시장조사업체 욜(Yole)에 따르면, CXL 시장은 2022년 기준으로 약 170만 달러(약 23억 6천만 원) 수준입니다. 그러나 업계에서는 CXL 2.0을 지원하는 인텔 CPU가 출시될 경우 시장이 본격적으로 성장할 것으로 예상하고 있습니다. 욜은 CXL 시장이 2028년까지 약 158억 달러(약 22조 원) 규모로 급성장할 것으로 전망하고 있습니다.

• 7-2. 2028년 시장 개화 예측과 하키스틱 커브

• CXL 시장의 본격적인 개화는 CXL 2.0을 지원하는 인텔 CPU의 출시와 함께 시작될 것으로 보입니다. 현재 삼성전자와 SK하이닉스 등 주요 반도체 업체들은 CXL 2.0 개발을 마쳤으나, 이를 지원하는 CPU가 아직 출시되지 않아 시장은 초기 단계에 머물러 있습니다. 업계에서는 CXL 시장이 2028년까지 158억 달러 규모로 성장할 것으로 보고 있으며, 이는 하키스틱 커브 형태로 급격한 성장을 예측하고 있습니다. 이러한 성장 전망은 메모리 용량 확장과 효율성 증가, 다양한 장치 간의 통합 및 빠른 데이터 처리 가능성 등 CXL의 주요 기능과 특성에 기인하고 있습니다. 특히, AI와 빅데이터의 시대에서 CXL 기술은 서버와 데이터센터의 효율성을 크게 향상시킬 것으로 기대되고 있습니다.

8. 결론

• 이번 리포트에서는 CXL 기술의 개념과 그 중요성, HBM과의 비교, 현재 시장 현황과 주요 기업들의 전략, 그리고 향후 성장 전망 등을 다루었습니다. CXL은 메모리 용량 확장과 데이터 처리 효율성 측면에서 매우 유망한 기술로 평가받고 있으며, 특히 AI와 빅데이터 시대에서 그 중요성이 더욱 부각되고 있습니다. 다만, 아직 초기 단계에 머물러 있는 만큼 앞으로의 기술 개발과 시장 확대가 필수적입니다. 예를 들어, 인텔이 올해 하반기 CXL 2.0을 지원하는 CPU를 출시할 예정이며, 이는 시장 성장을 촉진할 것으로 예상됩니다. 삼성전자와 SK하이닉스는 CXL 2.0 개발을 마무리했지만, 이를 본격적으로 지원하는 CPU 출시는 시장 확장의 큰 변수로 남아 있습니다. 미래 전망으로는 2028년까지 시장 규모가 급격히 성장할 것으로 예측되며, 산업 내 주요 기업들의 발빠른 대응과 협력이 중요할 것으로 보입니다. 따라서 CXL 기술은 반도체 산업에서 향후 중요한 화두가 될 것입니다.

9. 용어집

• 9-1. CXL (Compute Express Link) [기술]

• CXL은 CPU와 메모리, GPU 등을 연결하여 데이터 처리 속도를 향상시키는 차세대 인터페이스 기술로, 다양한 장치 간의 통신을 빠르고 효율적으로 가능하게 합니다.

• 9-2. HBM (고대역폭 메모리) [기술]

• HBM은 대량의 데이터를 고속으로 처리할 수 있는 메모리 기술로, 주로 AI 반도체에 탑재됩니다.

• 9-3. 삼성전자 [회사]

• CXL 2.0 기술 개발에 주력하고 있으며, 관련 시장에서 선도적 위치를 차지하기 위해 활발히 활동 중입니다.

• 9-4. SK하이닉스 [회사]

• HBM과 CXL 기술 모두에서 강점을 가지고 있으며, 향후 CXL 시장에서 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다.

• 9-5. 인텔 [회사]

• CXL 2.0을 지원하는 CPU를 출시를 준비 중이며, 이는 CXL 기술이 시장에 확산되는 데 중요한 역할을 할 것입니다.

10. 출처 문서

• "HBM 늦었지만 CXL은"…칼 가는 삼성전자https://v.daum.net/v/20240630060301912
• HBM 이어 떠오르는 ‘CXL’…불붙은 차세대 D램 개발 경쟁[딥앤이지테크]https://v.daum.net/v/20240721110102547
• CXL 관련주 반도체 업계의 미래 및 개념 특징 이점https://richdoctor1004.tistory.com/entry/CXL-%EA%B4%80%EB%A0%A8%EC%A3%BC-%EB%B0%98%EB%8F%84%EC%B2%B4-%EC%97%85%EA%B3%84%EC%9D%98-%EB%AF%B8%EB%9E%98-%EB%B0%8F-%EA%B0%9C%EB%85%90-%ED%8A%B9%EC%A7%95-%EC%9D%B4%EC%A0%90