【 청년일보 】 글로벌 D램 시장을 주도하는 SK하이닉스, 삼성전자, 마이크론이 컴퓨트 익스프레스 링크(CXL) 메모리 시장에서도 치열한 경쟁을 벌이고 있다

 

CXL 메모리 모듈(CMM)은 고대역폭메모리(HBM)에 이어 SK하이닉스와 삼성전자가 개발 경쟁을 벌이고 있는 차세대 메모리 중 하나로, 서버에 적용되는 제품이다.

 

데이터 분량이 방대해짐에 따라 D램의 데이터 처리 효율을 대폭 끌어올릴 수 있어 인공지능(AI) 시대에 최적화된 ‘넥스트 HBM’이라고도 불린다.

 

HBM 경쟁에서 SK하이닉스에 다소 밀렸던 삼성전자도 CXL 메모리 시장을 선점한다는 목표로 개발에 집중하고 있다.

 

26일 각 사에 따르면 SK하이닉스의 첫번째 CXL 메모리 CMM-DDR(더블데이터레이트)5는 최신 1anm 공정 기반의 24Gb DDR5 D램 칩으로 구성된 96기가바이트(GB) 카드다.

 

EDSFF(Enterprise andd Datacenter Standard Form Factor) E3.S 패키지로 제공되는 이 솔루션은 PCIe 5.0 x8 레인, 표준 DDR5 D램과 내장된 CXL 컨트롤러를 지원한다.

 

PCIe 인터페이스를 활용하는 CXL은 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU), 가속기 및 메모리의 효율성을 높이는데 도움이 되는 새로운 표준화된 인터페이스다.

 

CXL 메모리의 주요 장점은 확장성으로, CXL은 기존 서버 시스템에서는 지원하지 않는 메모리를 유연하게 확장할 수 있도록 지원하며, 메모리 용량과 성능은 특정 서버 플랫폼 도입 시점에 고정된다.

 

CXL은 AI 및 빅데이터 애플리케이션을 실행하는 고성능 컴퓨팅 시스템을 위한 유망한 새로운 인터페이스로서 무한한 성장 잠재력을 가지고 있다. 

 

 

삼성전자는 2021년 5월, 업계 최초로 CXL 타입 3 메모리 익스팬더 프로토타입을 출시했다. 이 프로토타입 메모리 익스팬더 디바이스는 다양한 차세대 서버 CPU 플랫폼에서 성공적으로 검증됐다.

 

CXL은 PCIe 물리 계층에 구축된 CPU-디바이스 간 저지연 고속 인터커넥트 기술로, PCIe 인터페이스를 기반으로 프로세서와 가속기, 메모리, 저장 장치 간 고속, 저지연 연결을 제공하는 개방형 인터페이스 표준이다.

 

연결된 디바이스 간 일관성 있는 메모리 공유를 제공하며, 메모리 풀링 기능을 통해 시스템 메모리를 유연하게 확장하고 효율적으로 관리할 수 있다. 또 CXL은 호스트 CPU와 액셀러레이터, 메모리 확장 디바이스와 같은 연결된 디바이스 간에 효율적인 연결을 제공한다.

 

시스템 프로세서는 CXL 스위치를 통해 연결된 다수의 CMM-D를 하나의 메모리 풀(Pool)로 묶어 시스템에서 필요한 자원에 따라 메모리를 할당한다. 각 프로세서는 메모리 풀에 독립적으로 접근해 시스템 리소스 충돌을 방지하고 공유 메모리의 일관서으로 작업의 연속성을 보장한다.

 

메모리 풀링 기능을 통해 전체 메모리 용량을 유휴 영역 없이 활용해 메모리 집약적 애플리케이션에 최적화된 메모리 관리가 가능한 장점이 있다.

 

또한 삼성전자는 CXL 메모리 익스팬더 프로토타입을 실제 애플리케이션과 워크로드가 있는 다수의 최종 사용자 서버 시스템에서 테스트했다.

 

삼성전자는 주문형반도체(ASIC) 기반 CXL 컨트롤러를 탑재한 새로운 CXL 타입 3 D램 메모리 익스팬더 제품도 테스트했는데, 이는 CXL 기술 상용화를 위한 초석이 될 것으로 기대된다.

 

아울러 EDSFF(E3.S) 폼팩터로 출시되는 익스팬더는 차세대 고용량 기업용 서버와 데이터센터에 적합하다.

 

삼성전자의 최신 CXL 메모리 익스팬더 모듈은 최대 512기가바이트(GB)의 DDR5 D램 메모리로 제공돼, 서버 메모리 용량을 수십 테라바이트(TB)대로 확장하는 동시에 메모리 대역폭을 초당 몇 TB대로 증가시킬 수 있다.

 

더불어 CXL 메모리 익스팬더는 x8 PCIe 5.0 인터페이스를 사용해 레인당 최대 32GT/s의 전송 속도로 CPU에 연결한다.

 

삼성전자가 개발한 CMM-D는 서버 시스템을 증설하거나 교체하지 않고 데이터센터의 성능과 메모리 용량을 확대할 수 있다. 기존 서버 시스템에 CMM-D를 추가해 메모리 용량을 최대 50%, 대역폭을 최대 100%까지 개선할 수 있다.

 

CMM-D는 데이터센터 인프라 확장의 한계를 극복하고, 총 소유 비용(TCO)을 절감하는 합리적인 솔루션으로 평가받고 있다. 

 

 

마이크론은 차세대 메모리 인터커넥트 기술인 CXL을 기반으로 한 CZ120 메모리 확장 모듈을 개발해 AI, 고성능컴퓨팅(HPC), 인메모리 데이터베이스 등 데이터 집약적인 워크로드에 최적화된 메모리 확장 솔루션을 제공한다.

 

CZ120 CXL 메모리 모듈은 최대 36GB/s의 메모리 읽기·쓰기 대역폭을 제공하며 기존 서버용모듈(RDIMM) 기반 시스템 대비 최대 24%의 메모리 대역폭 증가와 최대 96%의 데이터베이스 쿼리 처리량 향상을 실현할 수 있다.

 

이 메모리는 기존 DDR 메모리의 용량 한계를 극복하고 서버당 최대 2TB의 추가 메모리 확장이 가능해 대규모 데이터 처리에 유리하며, CXL 프로토콜을 통해 CPU와 메모리 간의 저지연 통신을 실현해 실시간 데이터 처리에 최적화돼 있다.

 

특히 CXL의 캐시 일관성 기능을 통해 CPU와 가속기 간의 데이터 일관성을 보장하며, 메모리 풀링을 통해 자원 활용 효율성을 높여 데이터센터의 TCO를 절감할 수 있다. 

 

업계 한 관계자는 “향후 성장성이나 대규모 데이터를 처리하기 위해 쓰인다는 유사점 때문에 CXL이 넥스트 HBM으로 조명받고 있는데, 기술의 흐름이 대규모의 데이터를 효율적으로 처리하는데 포커싱이 가 있다 보니 CXL도 앞으로의 성장성이 기대된다”며 “CPU, 메모리, 컨트롤러, 통신규격 만드는 회사들이 모여 CXL 컨소시엄을 구성하고 생태계를 만들어가는 중”이라고 설명했다. 

 

이어 이 관계자는 “HBM은 대역폭이 뛰어난 제품이라 속도가 월등히 빠른 제품인 반면, CXL은 확장성이 뛰어나 좀 더 유연하게 메모리를 확장하고 대역폭을 늘릴 수 있는 장점이 있다”며 “CXL을 활용하면 데이터센터 서버를 운영하는 고객들이 비용을 절감할 수 있고 더 나은 성능을 발휘할 수 있다”고 말했다.

 

한편, 2025년 1분기 기준 전 세계 D램 시장에서 SK하이닉스가 36%의 점유율로 삼성전자를 제치고 1위를 차지했다.

 

삼성전자는 시장점유율 34%로 2위를, 마이크론은 22%의 점유율로 3위에 올라 있다.

 

AI와 고성능컴퓨팅(HPC) 분야에서 HBM에 대한 수요가 증가하면서 HBM3E를 선도적으로 양산한 SK하이닉스가 시장점유율을 크게 확대했다.

 

삼성전자는 HBM 시장에서 대응이 늦어지며 점유율이 하락했다. AI 서버와 고성능 메모리 수요에 대한 대응에서 SK하이닉스에 비해 뒤처진 것으로 평가받고 있다.

 

마이크론은 HBM과 DDR5 제품군을 강화하며 점유율을 확대하고 있다. 특히 엔비디아와의 협력을 통해 AI용 메모리 시장에서 입지를 강화하고 있다. 

 

시장조사업체 욜에 따르면 글로벌 CXL 시장 규모는 지난 2023년 1천400만달러(201억원)에서 오는 2028년 160억달러(23조원)으로 커질 전망이다.
 

【 청년일보=선호균 기자 】