삼성전자와 SK하이닉스, 차세대 CXL 기술로 AI 메모리 시장의 판도를 바꾸다

1. 요약

• 삼성전자와 SK하이닉스가 공동 개발하고 있는 차세대 고대역폭 메모리 기술인 컴퓨트익스프레스링크(Compute Express Link, CXL)는 인공지능(AI) 및 데이터 중심의 응용 분야에서 혁신적인 변화를 가져올 것으로 기대됩니다. CXL은 기존 HBM(고대역폭 메모리)의 여러 제한과 단점을 극복하며, 높은 대역폭과 낮은 지연 시간, 그리고 효율적인 메모리 용량 확장을 가능하게 하는 기술입니다. 이러한 특성으로 인해 CXL은 대량의 정보를 실시간으로 처리해야 하는 AI 솔루션의 성능을 비약적으로 향상시키는 데 기여할 수 있습니다. CXL의 출현은 AI 반도체 시장의 경쟁력을 크게 강화시키며, 이를 통해 삼성전자와 SK하이닉스는 글로벌 메모리 시장에서 더욱 확고한 입지를 구축할 것입니다.

• 특히, CXL 기술의 발전 과정은 CXL 1.0부터 CXL 3.1에 이르기까지 각 버전마다 성능과 기능의 향상에 초점을 맞추고 있으며, AI 메모리 시장의 상승세를 더욱 가속화하고 있습니다. CXL은 CPU와 GPU 간의 신속한 데이터 전송을 통해 대량의 데이터 처리 가능성을 열어주며, 메모리 용량의 유연한 확장성을 제공할 수 있습니다. 이와 함께, 삼성전자는 업계 최초로 CXL 기반 D램 제품을 상용화하고, SK하이닉스는 CXL 메모리의 연산 기능을 통합한 'CMS' 솔루션을 성공적으로 개발하여 AI 기술의 발전에 기여하고 있습니다.

• 결국, 이러한 기술적 진보는 AI 반도체 시장 내 경쟁을 심화시키며, CXL이 단순한 메모리 인터페이스를 넘어서 데이터 처리의 핵심 기반이 될 수 있는 가능성을 염두에 두어야 합니다. CXL의 혁신은 메모리 기술을 새로운 차원으로 끌어올릴 것이며, 이는 AI 솔루션과 데이터 센터의 성능을 극대화하는 데 필수적인 요소가 될 것입니다.

2. CXL 기술의 발전 배경 및 중요성

• 2-1. CXL의 기술적 정의와 발전 과정

• 컴퓨트익스프레스링크(Compute Express Link, CXL)는 차세대 메모리 인터페이스 기술로, 높은 대역폭을 통해 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU) 및 메모리 반도체 간의 효율적인 데이터 처리를 가능하게 합니다. CXL은 2019년에 처음 소개된 이후, HBM(고대역폭메모리)을 보완하고 대체할 것으로 기대되며, 그 중요성이 점차 부각되고 있습니다. CXL의 발전 과정은 CXL 1.0, CXL 2.0, CXL 3.0 및 CXL 3.1로 이어지며, 각 버전은 성능과 기능성을 향상시키는 데 중점을 두고 다수의 기능을 추가했습니다. 이러한 기술의 발전은 AI 반도체 시장에서의 요구 증가와 함께 더욱 가속화되는 추세입니다.

• 2-2. AI 반도체의 부상과 메모리 기술의 중요성

• 최근 인공지능(AI) 기술의 발전과 함께 AI 반도체의 수요가 급증하고 있습니다. AI 애플리케이션은 대량의 데이터를 실시간으로 처리하고 학습할 필요가 있는 특성을 지니고 있기 때문에, 빠르고 효율적인 메모리 기술이 반드시 요구됩니다. 이에 따라 메모리 용량의 확장과 데이터 처리 속도의 향상은 AI 솔루션의 성능에 직결되며, CXL 기술은 이를 해결할 수 있는 핵심 기술로 부각되고 있습니다. 기존의 D램 기술은 용량과 성능의 한계가 있지만, CXL은 용량을 유연하게 확장할 수 있는 솔루션을 제공함으로써 이러한 제약을 극복할 수 있습니다.

• 2-3. 삼성전자와 SK하이닉스의 CXL 기술 개발 상황

• 삼성전자와 SK하이닉스는 CXL을 통해 차세대 메모리 시장에서의 주도권을 잡기 위해 적극적으로 연구개발을 진행하고 있습니다. 삼성전자는 2021년 업계 최초로 CXL 기반 D램 제품을 개발하였으며, 최근에는 CXL 2.0을 지원하는 256GB 메모리 모듈인 CMM-D를 출시하기 위해 준비하고 있습니다. SK하이닉스 또한 96GB CXL 메모리 솔루션을 개발하며, 업계 최초로 연산 기능을 포함한 'CMS' 솔루션에 대한 상용화를 진행하고 있습니다. 이러한 기술들은 데이터센터 환경에서의 비용 절감과 성능 증대를 통해, AI 기반의 데이터 처리 요구를 충족하며 반도체 시장의 중요한 변화를 이끌어갈 것입니다.

3. CXL과 기존 HBM의 차별점

• 3-1. HBM과 CXL의 기술적 차이점 분석

• 고대역폭메모리(HBM)과 컴퓨트익스프레스링크(CXL)는 반도체 메모리 기술의 두 가지 중요한 형태로, 서로 다른 원리와 구조를 기반으로 합니다. HBM은 여러 개의 D램 칩을 수직으로 쌓아 구성하여 높은 대역폭을 제공하는 방식입니다. 이는 물리적인 공간을 적게 차지하면서도 빠른 데이터 전송을 가능하게 하는 기술입니다. 반면 CXL은 모듈을 추가함으로써 메모리 용량을 유연하게 확장할 수 있는 구조를 가지고 있습니다. 즉, CXL은 기존 서버 구조를 변경하지 않고도 메모리 용량을 늘리는 효율성을 제공합니다. 이러한 특징은 특히 AI와 같은 데이터 양이 많은 응용 프로그램에서 큰 장점을 나타냅니다.

• 3-2. 용량 확장 및 데이터 처리 효율성

• CXL의 큰 장점은 메모리 용량과 데이터 처리 효율성을 극대화할 수 있다는 점입니다. HBM은 제한된 수의 D램을 수직으로 쌓기 때문에 물리적인 공간에 제약이 있으며, 그로 인해 생성할 수 있는 용량도 제한적입니다. 그러나 CXL은 추가 모듈을 통해 용량을 용이하게 확장할 수 있으며, 이는 서버의 확장성과 유연성을 대폭 향상시킵니다. 또한, CXL은 CPU와 GPU 간의 데이터 전송을 최적화하여, 대량의 데이터를 동시에 처리할 수 있는 능력을 가지고 있습니다. 이러한 구조적 차이는 AI와 같은 계산 집약적인 작업환경에서 특히 두드러지며, 결국 더 빠른 데이터 처리 속도를 구현합니다.

• 3-3. 예상되는 비용 절감 효과

• CXL의 도입은 기업에 경제적인 이점을 제공할 것으로 예상됩니다. HBM은 여러 D램을 수직으로 쌓아 D램 간 연산 속도를 높이는 방식이기 때문에 초기 설치와 유지 관리에서 높은 비용이 발생하게 됩니다. 반면 CXL은 상대적으로 저렴한 가격으로 메모리 용량을 확장할 수 있는 기술로, 운영비용을 절감할 수 있습니다. 특히, CXL을 통해 메모리 확장을 보다 용이하게 함으로써, 기업들은 고비용의 D램 구성 변경 없이도 지속적인 성장을 위한 인프라 확장이 가능합니다. 결과적으로 CXL은 고대역폭 메모리가 요구되는 분야에서 비용 효율적인 대안으로 자리 잡을 것으로 보입니다.

4. AI 시장에서의 CXL 기술의 역할

• 4-1. AI 반도체 시장의 현황과 전망

• AI 반도체 시장은 최근 몇 년 동안 급격한 성장을 이루었으며, 이는 인공지능 기술의 발전과 함께 더욱 가속화되고 있습니다. 특히, 엔비디아와 같은 기업이 주도하고 있는 AI 반도체 시장에서 고대역폭메모리(HBM)의 수요가 폭발적으로 증가하고 있습니다. 하지만 HBM의 공급이 제한적일 경우, CXL(Compute Express Link) 기술이 그 대안으로 주목받고 있습니다. 시장조사기관 욜은 CXL 시장 규모가 2022년 약 1700만 달러에서 2028년에는 158억 달러로 확대될 것이라는 전망을 내놓았습니다. 이는 CXL 기술이 AI 관련 데이터 처리에 필수적인 인프라로 자리잡을 것임을 예고합니다.

• 4-2. CXL 기술이 AI 산업에 미치는 영향

• CXL 기술은 AI 산업에 여러 방식으로 긍정적인 영향을 미칠 것으로 예상됩니다. 첫째, CXL은 기존의 메모리 용량과 대역폭의 한계를 극복할 수 있는 유연성과 확장성을 제공합니다. 예를 들어, CXL 기반 D램인 CMM-D는 중앙처리장치(CPU)와 그래픽처리장치(GPU) 간의 직접 통신을 통해 데이터 처리를 효율적으로 수행할 수 있습니다. 이러한 특성은 AI 학습과 추론 과정에서 요구되는 대량의 데이터 처리를 원활하게 만들어 주며, 이는 AI 성능의 향상으로 이어집니다. 둘째, CXL은 메모리 풀링(Pooling) 기능을 통해 여러 대의 프로세서가 동일한 메모리 자원을 공유하고 활용할 수 있게 함으로써, 데이터 전송 병목 현상을 최소화하고 효율적인 자원 관리를 가능하게 합니다.

• 4-3. 주요 기업들의 CXL에 대한 전략

• 삼성전자와 SK하이닉스는 CXL 기술 개발에 있어 활발한 활동을 보이고 있습니다. 삼성전자는 업계 최초로 CXL 2.0 기반 D램을 개발하고, 이를 통해 512GB의 높은 용량을 가진 CMM-D 제품을 이어 출시하였습니다. 이와 함께 CXL 기술의 생태계를 확장하기 위해 CXL 컨소시엄에 적극 참여하고 있으며, 주요 고객사들과 협력하여 제품 개발과 검증 과정을 진행하고 있습니다. 반면 SK하이닉스도 높은 용량의 CXL 메모리 개발을 통해 CXL 기술 우위를 점하기 위한 전략을 세우고 있으며, 2022년에는 최초의 CXL 메모리에 연산 기능을 통합한 'CMS' 솔루션을 성공적으로 개발하였습니다. 이러한 경쟁 구도는 AI 반도체 시장에서의 주도권 확보 싸움으로 이어지고 있으며, 양사는 앞으로도 CXL 기술을 기반으로 한 새로운 제품 개발에 더욱 집중할 것으로 예상됩니다.

5. 향후 CXL 시장 전망 및 결론

• 5-1. CXL 기술의 응용 가능성

• CXL(Compute Express Link) 기술은 차세대 메모리 시스템으로 자리 잡으며 다양한 산업에 응용될 가능성이 높습니다. 특히 AI 및 데이터 중심의 어플리케이션에서 그 잠재력이 크게 부각되고 있습니다. CXL은 CPU와 메모리 간의 유기적인 연결을 통해 데이터 처리 속도를 비약적으로 향상시키며, 여러 메모리 모듈을 유연하게 추가하여 용량을 확장할 수 있습니다. 이는 AI 모델 학습 및 추론 과정에서 요구하는 대량의 데이터 처리에 적합한 솔루션이 됩니다. 또한, CXL은 이기종 heterogenous 시스템을 지원하여 CPU, GPU, 메모리 및 스토리지 간의 데이터 흐름을 최적화하는 데 기여할 수 있습니다. 이러한 응용 가능성은 CXL이 단순한 메모리 인터페이스 기술 이상의 가치를 지닌다는 것을 의미합니다.

• 5-2. 국내외 기업의 시장 선점 전략

• 삼성전자와 SK하이닉스는 CXL 기술에서의 선점 전략을 적극적으로 추진하고 있습니다. 삼성전자는 CXL 2.0 기반 제품인 CMM-D를 양산하며 시장 진입을 속도감 있게 진행하고 있습니다. SK하이닉스 또한 DDR5 기반의 첫 96GB CXL 메모리 솔루션을 상용화하기 위한 준비를 하고 있으며, 지속적으로 제품 개발에 매진하고 있습니다. 이러한 노력은 CXL의 가시적인 성공을 통해 메모리 시장의 판도를 바꾸고 AI 시대의 요구를 충족시킬 것입니다. CXL 시장의 성장은 글로벌 메모리 관련 기업들이 이미 CXL 컨소시엄에 참여하고 활발하게 연구 개발을 진행하고 있기 때문에 더욱 가속화될 전망입니다. 지능형 데이터 센터와 고성능 서버 구축을 위한 CXL의 필요성은 급증할 것이며, 이에 따른 국제적인 경쟁이 예상됩니다.

• 5-3. 미래 메모리 기술에 대한 예측

• CXL 이해관계자들은 미래 메모리 기술의 발전 방향을 CXL 중심으로 설정하고 있습니다. 예를 들어, 시장조사업체 욜 인텔리전스는 CXL 시장 규모가 2022년 1700만 달러에서 2028년 158억 달러로 확대될 것이라 예측하고 있습니다. 이는 CXL이 기존 HBM(고대역폭 메모리)의 한계를 극복하고, 대안으로 떠오르기 때문입니다. 향후 AI의 발전과 함께 데이터 처리의 대량화가 진행될 것이라 예상되며, 이 과정에서 CXL은 필수적인 메모리 기술로 자리잡을 것입니다. 나아가 PIM(Processing In Memory) 기술과 같은 새로운 메모리 아키텍처들이 주요 기술로 자리매김하면서, 다채로운 메모리 기술들이 경쟁을 통해 서로의 강점을 보완할 수 있는 생태계가 조성될 것입니다. CXL이 이끄는 새로운 메모리 시대는 기존의 반도체 시장에 혁신적인 변화의 바람을 몰고 올 것으로 기대됩니다.

결론

• CXL 기술은 삼성전자와 SK하이닉스의 AI 메모리 시장에서의 경쟁 우위를 확보하기 위한 결정적인 요소로 작용할 전망입니다. 이 기술의 능력은 메모리 용량의 효율적인 확장뿐 아니라 데이터의 빠른 전송 및 처리 속도를 통해 AI 성능을 극대화하는 데 기여할 것입니다. 따라서, CXL은 AI 기반 솔루션의 성능을 크게 향상시키며, 향후 AI 메모리 시장의 성장세를 주도할 가능성이 큽니다.

• 또한, 국내외 기업들의 활발한 CXL 기술 개발과 전략적 연합은 이 기술이 메모리 시장의 판도를 변화시키는 데 중요한 역할을 할 것으로 보입니다. 삼성전자는 CXL 2.0 기반 제품으로 시장에 대한 접근성과 경쟁력을 높이고 있고, SK하이닉스는 이를 통해 CXL 메모리 솔루션의 상용화에 집중하고 있습니다. 이러한 환경은 AI 반도체 시장의 빠른 발전을 촉진하며, 기업들이 지속 가능한 경쟁력을 유지할 수 있도록 지원할 것입니다.

• CXL 기술이 메모리 시장 내에서의 혁신을 지속적으로 이끌어갈 수 있도록 삼성과 SK하이닉스는 계속해서 연구개발에 매진해야 하며, 새로운 기술의 발전 방향을 선도해야 합니다. CXL의 성공적인 보급과 활용은 인공지능 및 데이터 중심의 미래 사회를 대비하는 데 필수적인 요소가 될 것입니다.

용어집

• 컴퓨트익스프레스링크(CXL) [기술]: 차세대 메모리 인터페이스 기술로, CPU, GPU 및 메모리 간의 효율적인 데이터 처리를 가능하게 하며, 메모리 용량의 확장을 유연하게 지원합니다.

• 고대역폭메모리(HBM) [기술]: 여러 개의 D램 칩을 수직으로 쌓아 대량의 데이터를 빠르게 처리할 수 있도록 설계된 메모리 기술입니다.

• 메모리 풀링(Pooling) [기술]: 여러 대의 프로세서가 동일한 메모리 자원을 공동으로 활용할 수 있도록 하는 기능으로, 데이터 전송 병목 현상을 줄이는 데 기여합니다.

• CPU(중앙처리장치) [하드웨어]: 컴퓨터의 주요 처리 장치로, 프로그램의 명령을 실행하고 데이터를 처리하는 역할을 합니다.

• GPU(그래픽처리장치) [하드웨어]: 주로 그래픽 작업을 수행하기 위해 설계된 처리 장치로, 대량의 데이터 병렬 처리를 통해 AI 연산에도 사용됩니다.

• D램 [하드웨어]: 동적 랜덤 액세스 메모리로, 데이터 저장과 처리를 위한 가장 일반적인 메모리 형태로 사용됩니다.

• AI(인공지능) [응용 기술]: 기계가 인간처럼 학습하고 문제를 해결하며 의사결정을 할 수 있도록 하는 기술입니다.

• CMS 솔루션 [기술]: CXL 메모리에 연산 기능을 통합하여 AI 기술의 발전에 기여하는 메모리 솔루션입니다.

출처 문서

• [단독] '의기투합' 삼성전자·SK하이닉스 '차세대 HBM' CXL 기술 개발 성과 공개https://www.theguru.co.kr/news/article.html?no=79506
• HBM 이어 CXL 시대 온다…삼성·SK, AI 패권다툼 새 전장https://www.dt.co.kr/contents.html?article_no=2024102502101932075001
• 수율⋅수주 빨간불 삼성전자 타개안은?…...'CXL 3.0' 개발 '감감 무소식'https://m.ddaily.co.kr/page/view/2024100423431711784
• ③CXL 등 새 시장 열린다…삼성·SK, 신제품 출시로 신호탄 - 아시아경제https://www.asiae.co.kr/article/2024092305544581348
• ③CXL 등 새 시장 열린다…삼성·SK, 신제품 출시로 신호탄 : ZUM 뉴스https://news.zum.com/articles/93379467
• HBM 이을 새 먹거리...삼성・SK, CXL 시장 선점 속도http://www.mediapen.com/news/view/944279
• 삼성전자 "CXL기술, HBM보다 메모리 용량 확장 독보적"https://news.dealsitetv.com/news/articleView.html?idxno=119920