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AI 시대의 차세대 반도체 기술, CXL의 부상과 그에 따른 시장 변화

일반 리포트 2025년 03월 02일
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목차

  1. 요약
  2. CXL: AI 시대의 데이터 처리 한계를 극복할 새로운 기술
  3. 한국의 팹리스 기업들의 CXL 기술 대응
  4. 관련 기업의 동향과 시장 경쟁
  5. CXL의 미래와 반도체 시장에 대한 전망
  6. 결론

1. 요약

  • 인공지능(AI) 시대가 도래하면서, CXL(컴퓨트 익스프레스 링크) 기술이 차세대 D램 규격으로 주목받고 있습니다. CXL은 CPU와 메모리 간의 혁신적인 인터페이스를 제공함으로써 데이터 처리 성능을 극대화할 뿐만 아니라 데이터센터의 요구를 충족시키는 핵심 기술로 자리 잡고 있습니다. 현재 AI 애플리케이션에서는 대량의 데이터를 신속하게 처리해야 하는 필요성이 증가하고 있으며, 이로 인해 올바른 데이터 인프라 없이는 만족스러운 성능을 얻기 어려운 상황입니다. 이러한 측면에서 CXL 기술은 여러 종류의 메모리와 장치를 통합하여 중복 데이터 처리를 개선하고, 데이터 전송 속도를 혁신적으로 향상시키며, 데이터 센터의 성능을 높이는 데 중요한 역할을 맡고 있습니다.

  • CXL의 기본 원리는 PCIe 기반의 프로토콜을 활용하여 여러 장치들이 하나의 인터페이스를 통해 효율적으로 연동될 수 있도록 설계됨으로써, CPU와 메모리 간의 물리적 거리 제약을 줄이고 여러 장치가 동시에 데이터 처리를 수행하는 데에 있어 발생하는 병목 현상을 해소합니다. 이는 기존의 DDR 메모리가 지니고 있는 성능 한계를 극복할 수 있는 추가적인 장점을 제공하며, CXL을 통해 서버의 메모리 용량 및 데이터 처리 성능이 크게 향상될 수 있습니다. 이러한 변화를 통해 데이터 처리 기술이 AI 모델의 요구에 부합하게 성장할 수 있도록 하는 장치와 시스템의 통합이 이루어지고 있습니다.

  • 한국의 팹리스 기업들은 CXL 기술의 부상에 주목하며, 적극적으로 시장에 대응하고 있습니다. CXL 기술은 반도체 시장의 빠른 성장이 예상되는 기회로 작용하고 있으며, 파두와 파네시아 등 국내 기업들은 글로벌 기술 경쟁력 강화를 위한 연구개발에 투자하고 있습니다. 이와 함께, 삼성전자와 SK하이닉스는 CXL 기술의 발전을 통해 반도체 시장의 패러다임을 바꾸고 있는 중요한 역할을担고 있습니다. 이러한 기술적 변화와 기업들의 대응이 맞물려 CXL 기술의 상용화는 향후 데이터 센터 환경과 AI 기반 서비스 등에 큰 영향을 미칠 것으로 기대됩니다.

2. CXL: AI 시대의 데이터 처리 한계를 극복할 새로운 기술

  • 2-1. AI 시대 인프라의 필요성

  • 최근 인공지능(AI) 기술의 발전과 그에 따른 데이터 처리의 필요성이 급증하면서, 기존의 데이터 인프라가 한계를 드러내고 있습니다. AI 어플리케이션은 대량의 데이터를 빠르게 처리해야 하는 요구가 있기 때문에, 이와 관련된 데이터 센터의 구조도 혁신이 절실히 필요합니다. CXL(컴퓨트 익스프레스 링크) 기술이 그러한 변화의 중심에 서 있습니다. CXL은 다양한 종류의 메모리와 장치를 통합하여 효율적인 데이터 처리와 공유를 가능하게 함으로써, 데이터 전송 속도와 처리 용량을 극대화할 수 있습니다. 이러한 기술적 요구는 AI 모델의 복잡성 증가와 그에 따른 대량 연산 처리의 필요성과 밀접하게 연관되어 있습니다.

  • 2-2. CXL의 기본 원리와 장점

  • CXL은 PCIe(Peripheral Component Interconnect Express) 기반의 프로토콜로, 여러 장치들이 하나의 인터페이스를 통해 효율적으로 데이터를 주고받을 수 있도록 설계되었습니다. 이는 CPU와 메모리 간의 물리적 거리 제약을 줄이고, 여러 장치가 동시에 데이터를 공유하고 처리하는 데 있어 병목 현상을 해소합니다. 기존의 DDR 메모리 기술에서는 CPU와 메모리 간의 직접 연결로 인해 성능 한계가 있었지만, CXL은 여러 장치를 통합한 구조로 메모리의 확장성을 높이고 대량의 데이터를 동시에 처리할 수 있습니다. 이를 통해 서버의 메모리 용량을 8배에서 10배 이상 증가시킬 수 있으며, 이는 인공지능 관련 응용 프로그램의 성능 향상과 더 나은 리소스 활용을 가능하게 합니다.

  • 2-3. 기존 메모리 기술의 병목 현상 극복

  • 현재 가장 널리 사용되는 메모리 기술인 DDR(Dynamic Random Access Memory)은 특정 CPU와만 연결되어 있어, 데이터 전송 속도와 메모리 사용의 유연성에서 한계가 있었습니다. 이러한 구조에서는 사용하는 CPU의 수가 늘어날수록 메모리의 효율적인 활용이 어려워졌습니다. 반면, CXL은 메모리의 '풀링(Pooling)' 개념을 도입하여, 여러 CPU가 메모리 리소스를 공유하면서 필요에 따라 즉시 할당 및 해제할 수 있습니다. 예를 들어, 서버의 메모리가 여러 CPU에 의해 자유롭게 활용될 수 있도록 하여, 각 CPU의 유휴 시간을 줄이고 전체 시스템의 성능을 극대화할 수 있습니다. 이러한 혁신은 특히 데이터 센터 환경에서 필요한 유연성과 효율성을 제공하며, CXL 기술이 기존 메모리 기술의 병목 현상을 극복하는 데 얼마나 중요한 역할을 하고 있는지를 잘 보여줍니다.

3. 한국의 팹리스 기업들의 CXL 기술 대응

  • 3-1. CXL 시장의 성장과 기회

  • 최근 CXL(컴퓨트 익스프레스 링크) 기술이 인공지능(AI) 산업과 맞물려 주목받고 있으며, 이로 인해 반도체 시장의 변화가 가속화되고 있습니다. CXL은 데이터센터 내에서 CPU와 메모리 간의 연결을 혁신적으로 변경하는 기술로, 데이터 전송 속도와 효율성을 크게 향상시키는 기능을 제공합니다. 해당 시장은 2022년 1700만 달러에서 시작하여 2026년 21억 달러, 2028년에는 158억 달러 규모로 예상되고 있습니다. 이러한 저변 확대는 많은 팹리스 기업들에게 새로운 기회를 제공하고 있으며, 국내 기업들이 CXL 기술 개발에 발 빠르게 나서고 있습니다.

  • 3-2. 파두, 오픈엣지 등 국내 기업의 CXL 기술 개발

  • 한국의 팹리스 기업 파두는 데이터센터 반도체 분야에서 가장 주목받는 기업 중 하나입니다. 파두는 미국 실리콘밸리의 자회사 '이음'을 통해 CXL 스위치 칩 개발에 집중하고 있으며, 최근 450만 달러의 투자를 유치하여 연구개발을 가속화하고 있습니다. CXL 기술의 핵심 요소인 이 스위치는 다양한 메모리 장치들과 CPU 간의 신속한 데이터 전송을 가능하게 하여, 데이터센터의 요구를 충족시키는 데 중추적인 역할을 합니다. 또한, 파네시아는 CXL 설계 자산과 데이터 처리 가속 분야에서 두각을 나타내고 있습니다. 이 회사는 CXL 3.0 솔루션을 세계 최초로 공개하고, 이를 바탕으로 한 혁신적인 기술력을 입증했습니다. 파네시아의 기술은 대용량 메모리를 GPU와 직접 연결하여 AI 처리 성능을 획기적으로 향상시키는 것을 목표로 하고 있으며, 이러한 기술은 데이터센터의 효율성을 크게 개선할 것으로 기대되고 있습니다. 마지막으로, 오픈엣지테크놀로지는 국내 유일의 CXL 컨소시엄 멤버로서, CXL 제품 개발에 필수적인 컨트롤러 설계를 전문으로 하고 있습니다. 이 회사는 최근 국내 반도체 기업과의 라이선스 계약을 체결하며 CXL 기술 개발에 탄력을 받고 있습니다.

  • 3-3. 투자 전략 및 시장 위치 확립

  • 한국의 팹리스 기업들은 CXL 기술 시장에서의 경쟁력을 강화하기 위해 집중적인 투자 전략을 세우고 있습니다. 파두와 파네시아는 각각의 연구개발에 상당한 자원을 투입하고 있으며, 이는 향후 기술 상용화에 중요한 기틀이 될 것입니다. 특히, 2026년 CXL 시장의 본격적인 개화기를 대비하여 이들 기업은 CXL 3.0 버전이 상용화되기까지의 시간에 맞춰 제품 개발과 시장 진입 전략을 면밀히 세우고 있습니다. 또한, CXL 기술의 발전에 따라 AI 반도체 시장의 성장 가능성이 매우 높아짐에 따라 이러한 기업들의 기술력과 시장 위치는 점점 더 중요해질 전망입니다. 이와 함께 CXL의 발전이 데이터처리 성능 향상에 기여함으로써, AI 관련 솔루션을 강화할 기반을 마련하고 있어, 각 기업들 간의 기술 경쟁도 더욱 치열해질 것입니다.

4. 관련 기업의 동향과 시장 경쟁

  • 4-1. 삼성전자와 SK하이닉스의 CXL 전략

  • 삼성전자와 SK하이닉스는 CXL(Compute Express Link) 기술의 발전에 핵심적인 역할을 하고 있으며, 두 기업 모두 이 기술의 상용화에 박차를 가하고 있습니다.

  • 삼성전자는 CXL 1.1 기반의 최초의 CXL 메모리 D램을 개발하고, 2022년에는 CXL 2.0을 지원하는 128GB CXL D램을 선보였습니다. 이는 대량의 데이터를 빠르게 처리하기 위한 환경에서의 큰 장점으로 작용합니다. CXL 기술이 적용된 서버는 메모리 용량을 8배에서 10배까지 확장할 수 있는 가능성을 지니고 있으며, 이러한 확장성 덕분에 데이터 전송에 대한 병목현상을 효과적으로 해소할 수 있습니다. 또한, 메모리 풀링 기능을 통해 서버의 운영비를 절감하는 등의 이점도 갖추고 있습니다.

  • 반면, SK하이닉스 또한 CXL 기술 개발에 적극적으로 나서고 있으며, 2022년 8월 PCIe 5.0 및 1a나노 DDR5를 활용한 96GB CXL 메모리 샘플을 성공적으로 개발했습니다. SK하이닉스는 CXL 메모리에 연산 기능을 포함하는 컴퓨테이셔널 메모리 솔루션(CMS)을 개발하는데 성공하였습니다. 이는 AI와 같은 대규모 데이터 처리 요구에 부합하는 방향으로 나아가고자 하는 의지를 반영하고 있습니다. 또한, SK하이닉스는 CXL 기술의 경쟁력 강화를 위해 다양한 연구개발 활동을 전개하며 시장의 리더십을 목표로 하고 있습니다.

  • 4-2. 경쟁 기술과 시장 상황

  • CXL 기술의 발전과 함께 경쟁 기술에서도 변화가 일어나고 있습니다. 특히 HBM(고대역폭메모리)는 여전히 고속 데이터 전송을 필요로 하는 다수의 애플리케이션에서 중요한 위치를 차지하고 있습니다. 하지만 HBM은 본질적으로 물리적인 한계를 가집니다. 반면 CXL은 서버의 메모리 확장성과 유연성을 제공함으로써 새로운 시장 환경에서의 경쟁력을 높이고 있습니다.

  • 시장 조사 기관 욜(Yole)에 따르면, 2022년 CXL 시장은 약 170만 달러에 불과했지만, 이는 2028년까지 158억 달러로 급성장할 것으로 전망되고 있습니다. 이는 CXL 기술의 상용화와 AI 반도체의 수요 증가에 따른 결과로, 시장은 할수록 더 빠르게 열릴 것으로 보입니다. 현재 CXL 분야에 적극 나서고 있는 삼성전자와 SK하이닉스 외에도 다양한 기업들이 CXL 기술 개발에 투자하고 있으며, 시장 경쟁은 더욱 치열해지고 있습니다.

  • 4-3. HBM과 CXL의 상관 관계

  • HBM과 CXL은 공통적으로 데이터 처리 성능 향상을 목표로 하고 있지만 그 접근법에는 중요한 차이가 있습니다. HBM은 높은 대역폭으로 빠른 데이터 전송을 가능하게 하지만, 그 대가로 설치 및 제조 비용이 상대적으로 높습니다. 이에 비해 CXL은 데이터의 유연한 처리와 확장을 가능하게 하는 인프라를 제공하여, 기존의 메모리 한계를 극복할 수 있도록 돕습니다.

  • 따라서 CXL은 HBM이 주도하는 시장에서 새로운 가능성을 창출하고 있습니다. 두 기술은 서로를 대체하는 것이 아닌 함께 진화하는 관점에서 보아야 할 필요가 있습니다. CXL 기술의 발전은 향후 AI 반도체와 데이터 센터의 발전에 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다. 이러한 경쟁 관계 속에서 삼성전자와 SK하이닉스 등의 기업이 빠르게 기술을 개발하고 있는 점은 향후 CXL 시장의 성장을 더욱 가속화할 것으로 예상됩니다.

5. CXL의 미래와 반도체 시장에 대한 전망

  • 5-1. CXL 기술의 시장 전망

  • CXL(Compute Express Link) 기술은 AI 시대의 기반인 데이터 처리 요구를 충족시키기 위해 발전하고 있으며, 시장에서의 전망이 밝습니다. 최근 연구에 따르면, CXL 기술 시장은 2022년 1700만 달러에서 2026년까지 약 21억 달러로 성장할 것으로 예상되고 있습니다. 이와 함께 CXL D램 시장은 전체 CXL 시장의 70% 이상을 차지할 전망입니다. 이는 CXL 기술이 여러 장치에서 메모리를 효율적으로 나눠 쓸 수 있기 때문이며, 데이터센터에서 발생하는 대량의 데이터 처리를 처리할 수 있는 강력한 솔루션으로 자리잡고 있습니다.

  • 5-2. AI 반도체 시장 성장에 대한 영향

  • AI와 머신러닝의 발전은 데이터의 양과 처리 방식에 혁신적인 변화를 가져오고 있으며, CXL은 이를 가능하게 하는 중요한 기술입니다. CXL 기술을 통해 메모리의 용량과 대역폭이 크게 확장될 수 있으며, 이는 AI 연산의 성능 향상으로 이어집니다. CXL 기반 시스템을 구축한 데이터센터는 메모리 용량을 8~10배까지 증가시킬 수 있으며, 이는 AI 모델의 학습과 실행의 효율성을 크게 향상시킵니다. AI 반도체 시장의 성장은 이러한 기술적 혁신에 크게 의존하고 있으며, CXL은 그 중심에서 핵심 역할을 할 것입니다.

  • 5-3. CXL의 표준화와 글로벌 경쟁

  • CXL 기술의 표준화는 그 자체로 중요한 과제이며, 이는 향후 생태계 확장과 호환성 증대에 큰 영향을 미칠 것입니다. CXL은 인텔이 발족한 'CXL 컨소시엄'을 통해 표준화되고 있으며, 이는 경쟁력을 강화하는 데 기여하고 있습니다. 현재 CXL 1.0, 1.1, 2.0, 그리고 최근에 CXL 3.0까지의 버전이 표준으로 제정되었습니다. 그러나 현재 시장에서 CXL을 지원하는 프로세서는 인텔의 서버용 CPU가 CXL 1.1까지 지원하는 상황입니다. 따라서, 인텔의 다음 제품 출시로 CXL 시장의 성장 구조가 달라질 수 있으며, 이를 토대로 삼성전자와 SK하이닉스 같은 주요 기업들이 경쟁력을 갖추고 있습니다. 다양한 기업들이 CXL 기술을 통해 글로벌 시장에서의 경쟁 우위를 차지하기 위해 협력하고 있습니다.

결론

  • CXL 기술은 AI 시대의 데이터 처리 효율성을 크게 개선하여 반도체 시장의 판도를 혁신적으로 변화시킬 것으로 보입니다. CXL의 상용화가 가속화됨에 따라, 주요 기업들이 기술적 혁신을 위해 계속해서 막대한 투자를 아끼지 않고 있는 현실에서, 향후 CXL 기술이 반도체 시장 및 데이터 인프라의 혁신적인 발전에 일조할 가능성이 매우 높습니다.

  • CXL이 데이터 센터에서의 메모리 용량을 8배에서 10배까지 확대하고, AI 연산 효율성을 크게 향상시키는 한편, 경쟁 기술과의 융합도 기대됩니다. 반도체 시장에서의 치열한 경쟁이 더욱 가속화되면서 이러한 변화는 AI 반도체의 활성화와 긴밀하게 연결될 것입니다. 결과적으로 데이터 인프라의 혁신은 각 기업의 기술적 우위 확보를 위한 필수 조건이 될 것이며, 이는 반도체 산업에 새로운 전환점을 제공하는 계기가 됩니다.

  • 따라서, CXL 기술의 지속적인 발전과 기업의 전략적 대응이 향후 반도체 시장에서 중요한 역할을 할 것이며, 데이터 처리 효율성과 인프라의 혁신이 이루어질 것입니다. CXL의 기술적 우위가 데이터 센터 및 AI 서비스의 기반으로 작용하게 된다면, 이는 결국 신속한 데이터 처리 솔루션을 필요로 하는 현대 사회의 요구를 충족시키는 데 기여할 것입니다.

용어집

  • CXL [기술]: CXL(Compute Express Link)은 CPU와 메모리 간의 연결을 혁신적으로 변화시키는 인터페이스 기술로, 데이터 전송 속도를 극대화하고 여러 장치 간 효율적인 데이터 처리를 가능하게 합니다.
  • DDR [메모리 기술]: DDR(Dynamic Random Access Memory)은 기존의 메모리 기술로, CPU와의 직접 연결을 통해 데이터 처리를 하지만, 성능에 한계가 있습니다.
  • POOLING [개념]: 메모리 풀링(Pooling)은 여러 CPU가 공통의 메모리 리소스를 동시에 활용할 수 있도록 하여, 효율적인 데이터 처리를 가능하게 하는 개념입니다.
  • PCIe [프로토콜]: PCIe(Peripheral Component Interconnect Express)는 고속 데이터 전송을 위한 인터페이스 표준으로, 여러 장치가 효율적으로 연결될 수 있도록 설계되었습니다.
  • AI 반도체 [산업]: AI 반도체는 인공지능 연산을 최적화하기 위해 설계된 반도체로, 데이터 처리 효율성과 성능 향상에 중요한 역할을 합니다.
  • HBM [메모리 기술]: HBM(High Bandwidth Memory)은 고속 데이터 전송을 가능하게 하는 메모리 기술로, 높은 대역폭을 제공하지만 설치 및 제조 비용이 상대적으로 높습니다.

출처 문서