HBM, 11만전자의 열쇠? 삼성전자의 차세대 메모리 기술 CXL

 

# HBM, 11만전자의 열쇠? 삼성전자의 차세대 메모리 기술 CXL

 

 

 

HBM이란 고대역폭메모리로, 실리콘관통전극 (TSV) 공법으로 제작된 반도체 칩을 쌓아올려 고성능을 구현한 메모리 반도체입니다. 인공지능 (AI)과 슈퍼컴퓨터, 자율주행차 등 미래 응용처 수요가 늘어나면서 HBM은 세계 반도체 시장을 주도할 수 있는 핵심 기술로 꼽힙니다. 특히 SK하이닉스는 HBM3로 12단까지 쌓을 수 있다는 것을 증명하며 HBM 분야에서 선두주자로 자리매김했습니다.

 

그러나 삼성전자는 HBM의 화제성에 필적할만한 무서운 ‘중고신인’을 내놓았습니다. 바로 CXL이라는 차세대 메모리 기술입니다. CXL은 Compute Express Link의 약자로, CPU와 메모리 간의 데이터 전송 속도를 높이기 위한 새로운 표준 인터페이스입니다. CXL을 적용한 메모리는 CPU와 동일한 메모리 주소 공간을 공유하므로, CPU가 메모리에 직접 접근할 수 있습니다. 이렇게 되면 메모리 용량의 제한 없이 CPU의 성능을 극대화할 수 있습니다.

 

이번 글에서는 삼성전자의 CXL 기반 메모리가 어떻게 HBM과 차별화되는지, 그리고 어떤 장점을 가지는지 살펴보겠습니다.

 

 

 

 

## CXL 기반 메모리의 개발 배경과 원리

 

CXL 기반 메모리의 개발 배경은 AI와 빅데이터 등의 발전에 따른 메모리 수요의 증가입니다. AI와 빅데이터는 막대한 양의 데이터를 처리해야 하므로, 메모리의 용량과 속도가 중요한 요소가 됩니다. 하지만 기존의 메모리는 CPU와 별도의 메모리 주소 공간을 가지므로, CPU가 메모리에 접근하기 위해서는 메모리 컨트롤러를 거쳐야 합니다. 이 과정에서 발생하는 지연 시간과 오버헤드는 CPU의 성능을 저하시킵니다.

 

CXL 기반 메모리는 이러한 문제를 해결하기 위해 개발된 기술입니다. CXL 기반 메모리는 CPU와 메모리 간에 PCI 익스프레스 (PCIe) 버스를 이용하여 직접 연결됩니다. PCIe 버스는 고속 데이터 전송을 위한 표준 인터페이스로, CXL은 PCIe 버스 위에서 동작하는 프로토콜입니다. CXL은 CPU와 메모리 간에 캐시 일관성 (cache coherence)을 유지하므로, CPU가 메모리에 직접 접근할 수 있습니다. 캐시 일관성이란 CPU와 메모리 간에 데이터의 일관성을 보장하는 기능으로, CPU가 메모리의 데이터를 변경하면 메모리도 동일하게 업데이트되는 것을 의미합니다.

 

CXL 기반 메모리의 원리는 다음과 같습니다. CPU는 CXL 프로토콜을 통해 메모리에 요청을 보냅니다. 메모리는 요청을 받아서 적절한 응답을 줍니다. 이때 메모리는 CPU와 동일한 메모리 주소 공간을 공유하므로, CPU가 메모리의 데이터를 읽거나 쓸 수 있습니다. 이 과정에서 메모리 컨트롤러는 필요하지 않으므로, 지연 시간과 오버헤드가 줄어듭니다.

 

 

 

 

## CXL 기반 메모리의 장점과 전망

 

CXL 기반 메모리의 장점은 다음과 같습니다.

 

• 메모리 용량의 확장성: CXL 기반 메모리는 CPU와 메모리 간의 직접 연결로 인해 메모리 용량의 제한이 없습니다. 즉, CPU가 필요한 만큼의 메모리를 사용할 수 있습니다. 이는 AI와 빅데이터 등의 응용처에서 막대한 양의 데이터를 처리해야 하는 경우에 유용합니다.
• CPU 성능의 향상: CXL 기반 메모리는 CPU와 메모리 간의 캐시 일관성을 유지하므로, CPU가 메모리에 직접 접근할 수 있습니다. 이는 CPU의 성능을 향상시킵니다. 또한, CXL 기반 메모리는 PCIe 버스를 이용하여 고속 데이터 전송을 가능하게 하므로, CPU와 메모리 간의 통신 속도도 높입니다.
• 메모리 비용의 절감: CXL 기반 메모리는 메모리 컨트롤러가 필요하지 않으므로, 메모리 비용을 절감할 수 있습니다. 또한, CXL 기반 메모리는 PCIe 버스를 이용하여 기존의 하드웨어와 호환되므로, 추가적인 하드웨어 비용도 줄일 수 있습니다.

 

 

 

CXL 기반 메모리의 전망은 매우 밝습니다. CXL은 이미 인텔, AMD, 마이크론, 마이크로소프트 등의 주요 IT 기업들이 참여하는 CXL 컨소시엄에 의해 표준화되었습니다. 삼성전자는 이번주 업계 최초로 기업용 리눅스 1위 기업 레드햇과 CXL 메모리 동작을 검증하는 데 성공했습니다. 이는 CXL 기반 메모리가 데이터센터 고객사들에게 바로 적용될 수 있음을 의미합니다. 삼성전자는 CXL 기반 메모리를 통해 HBM과의 차별화를 꾀하고, 11만전자의 목표를 달성할 수 있을 것으로 기대됩니다.

 

 

 

## 마무리

 

CXL 기반 메모리는 CPU와 메모리 간의 직접 연결과 캐시 일관성을 통해 메모리 용량의 확장성, CPU 성능의 향상, 메모리 비용의 절감 등의 장점을 가지는 차세대 메모리 기술입니다. 삼성전자는 CXL 기반 메모리의 개발과 검증에 성공하며, HBM과의 차별화를 꾀하고 있습니다. CXL 기반 메모리는 AI와 빅데이터 등의 미래 응용처 수요에 부응할 수 있으며, 11만전자의 목표를 달성하는 데 기여할 것으로 기대됩니다.

 

 

 

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