현재 주식시장에서 주목하고 있는 반도체 테마는 HBM(고대역폭메모리), 온디바이스 AI, 그리고 CXL입니다. CXL(Compute Express Link)은 컴퓨트 익스프레스 링크로 불리며 HBM의 단점을 보완하고 대체할 수 있는 메모리 기술로 각광받고 있습니다. 현재 상용화할 수 있을 정도로 기술이 발전했으며 삼성전자에서 곧 양산할 예정이라고 밝혔습니다. 아래에서 2025년 CXL 기반 메모리 기술이 온다에 대해 전해 드립니다.
CXL이란?
컴퓨터나 서버에 들어가는 메모리는 크게 2가지로 구분되어 있습니다. 고속 데이터 처리가 가능하지만 전원이 꺼지면 데이터가 지워지는 D램(DDR5 등), 속도는 다소 느리지만 전원이 꺼져도 데이터가 남아 있는 낸드플래시로 구분할 수 있습니다. D램을 적층한 것이 HBM으로 이해하시면 됩니다. 이러한 메모리는 메인보드에 부착하기 위해 납땜을 하거나 슬롯(Slot)을 사용합니다. 납땜을 하면 업그레이드나 변경이 불가능해지기에 전구의 소켓처럼 꽂았다 뺐다 할 수 있는 슬롯을 많이 사용하고 이러한 슬롯이 메인보드에 많이 있어야 더 많은 칩들을 부착할 수 있습니다.
다만, 칩에 따라 사용할 수 있는 슬롯의 종류가 다르고 추가할 수 있는 개수에 한계가 있습니다. D램 슬롯(DIMM Slot)의 경우 CPU와 직접 연결하는데 보통 최대 16개까지 지원합니다. 따라서 슬롯이 가득 찰 경우 추가적으로 메모리 확장이 불가능합니다. 반면 PCle 슬롯(Peripheral Componet Interconnect Express Slot)의 경우 SSD, 그래픽카드, 네트워크 통신 카드 등 컴퓨터, 서버의 성능을 향상시킬 수 있는 다양한 칩들을 정착할 수 있습니다. 즉, D램 슬롯은 고정인 반면 PCle 슬롯은 유동적이기에 활용성이 높습니다.
D램은 초고속으로 데이터를 전송해야 하지만 PCle 슬롯은 초고속 데이터 전송이 필요하지 않습니다. 따라서 D램을 PCle 슬롯에 정착하면 D램의 성능을 제대로 발휘할 수 없을 뿐 아니라 확장 카드의 하나로 인식하게 됩니다. 그래서 반도체 기업들은 2019년부터 본격적으로 PCle 슬롯에 D램을 추가하는 방법에 대해 고민을 하기 시작하였습니다.
만약 이게 가능해지면 CPU와 메모리를 연결하는 도로가 1차선에서 10차선으로 대폭 늘어나게 됩니다. 또한 한 개의 서버에 수백 테라바이트(TB)까지 메모리를 확장하여 같은 물리적 서버 수에 더 많은 데이터를 처리할 수 있게 되고, 운영 비용 감소와 전력소비를 줄일 수 있습니다. 현재 AI 가속기에는 HBM이 장착되어 있는데 HBM 물량이 부족하더라도 이를 통해 추가 메모리를 연결하여 사용할 수 있게 됩니다. 이것을 가능하게 하는 기술이 CXL입니다. 즉, 컴퓨터, 서버의 부품 간 데이터를 전송하는 인터페이스 기술로 CXL 기반의 D램을 설계하면 더 많은 D램을 PCle 슬롯에 장착하여 사용할 수 있게 됩니다.
삼성 곧 CXL 곧 양산
이미 언급했듯이 CXL은 상용화가 될 정도로 기술이 발전하였습니다. 다만, 실제로는 그렇지 않습니다. 상용화가 늦어진 이유는 재무 위기에 있는 인텔 영향으로 전문가들은 보고 있습니다. 인텔이 이 분야에서 가장 앞서 있었음에도 불구하고 회사의 파운드리 사업 등에서 큰 어려움에 봉착하면서 이에 대한 투자가 줄어들어 시장의 개화가 늦어졌습니다. 다른 기업들도 이 기술에 대한 투자를 시작하였으나 아직 선두로 나서는 기업은 없습니다. 이는 수요가 얼마나 될지, HBM을 넘어설 정도의 시장 가치가 있을지 아직 불분명하기 때문입니다.
발전과정
- 2019년: 인텔, 삼성전자, SK하이닉스 등과 컨소시엄 출범
- 2021년: AMD, 인텔 차세대 서버에서 CXL 지원 시작 / 삼성전자 업계 첫 CXL 1.1기반 D램 모듈 공개
- 2022년: 삼성전자 CXL 1.1 기반 512GB D램 공개 / SK하이닉스 개발 시작 발표
- 2023년: SK하이닉스 메모리 최적화 소프트웨어 발표
- 2024년 삼성전자 CXL 2.0기반 256GB D램(CMM-D) 양산
현재 삼성전자가 가장 빠르게 이 기술을 개발 공개하였고, SK하이닉스는 본인들의 장점인 HBM과 CXL을 결합하는 기술을 준비 중에 있습니다.
삼성전자는 지난 10년간 지속적으로 투자를 해왔습니다. 그 과정에서 2019년 엔비디아, AMD와 컨소시엄을 결성했고 2022년 5월에는 1.1 기반의 D램을 공개하기도 하였습니다. 그리고 2024년 128GB D램이 나왔으며 2025년 올해 2.0 기반 256GB 모듈은 CMM-D를 양산할 예정입니다. 현재 전문가들 사이에서는 HBM4로 시장 경쟁력을 가져오는 것보다 해당 시장을 선점할 가능성을 더 높게 매기고 있습니다.
SK하이닉스도 자체 개발한 메모리 최적화 소프트웨어 HMSDK 개발하여 오픈소스 운영체제인 리눅스에 탑재하였습니다. HMSDK는 기존 메모리와 CXL간 대역폭에 따라 차별적으로 메모리를 할당해 기존 응용 프로그램을 수정하지 않아도 메모리 대역폭을 30% 이상 확장해 줄 수 있습니다. 또한 자주 사용하는 데이터를 빠르게 메모리에 옮겨주는 기능을 통해 기존 대비 성능을 12% 이상 개선시켜줄 수 있습니다.
시장전망
시장조사업체에 따르면, CXL 산업은 2022년 170만 달러, 약 24억에 불과하지만 2028년에는 158억 달러, 약 22조 6,445억원으로 시장 규모가 폭발적으로 증가할 것으로 예상됩니다. 특히, D램 분야는 2022년에 15억 달러, 2조 1,498억원에서 2028년 125억 달러, 약 17조 9,150억원으로 성장할 것으로 전망됩니다. 이러한 성장세는 클라우드 기업들이 점차 이 기술 도입을 위한 연구를 시작했기 때문입니다. 특히, 마이크로소프트, 구글 등은 데이터센터 내 메모리 최적화 방안을 모색하고 있으며 아마존 AWS는 이 기술을 테스트하는 것으로 알려져 있습니다.
이상 2025년 CXL 기반 메모리 기술이 온다에 대해 전해 드렸습니다.
감사합니다.
