삼성전자가 CXL(Compute Express Link) 상용화에 드라이브를 걸고 있다. HBM(고대역폭메모리) 주도권은 뺏겼지만 CXL 시장에서는 시장 선도자 위치를 갖겠다는 의도로 풀이된다.
CXL은 CPU(중앙처리장치)와 GPU(그래픽처리장치), SoC(시스템온칩)등 서로 다른 장치를 빠르게 연결할 수 있도록 하는 기술이다.
최근 주목받고 있는 AI(인공지능) 반도체에는 GPU와 D램을 수직으로 쌓아올리고 메모리간 이동 통로를 넓혀 대량의 데이터를 빠르게 처리할 수 있도록 고안된 HBM 등이 탑재되지만, 서버용 CPU와 DDR5와 같은 기존 D램이 그대로 사용되고 각 장치의 통신 규격이 달라 데이터 이동 과정에서 지체가 발생했다.
CXL는 이런 다양한 장치들을 하나의 시스템으로 통일해서 각 장치가 수시로 지연 없이 데이터를 주고받을 수 있도록 도와서 데이터 처리 속도를 높여준다. 다만 속도 측면에서만 보면 HBM보다는 아래 있다는 평가를 받는다.
하지만 확장성 측면에서 CXL이 압도적이라는 평가를 받는다. 업계 관계자들의 말을 종합하면 CXL을 활용하면 이론상으로 메모리 용량을 무한대로 확장하는 것도 가능하다. 기존에는 D램을 여러개 수직으로 쌓아 올리기 때문에 적층 가능한 칩 개수에 물리적인 한계가 있었다. 하지만 CXL 시스템으로 구축한 서버는 1대당 메모리 용량을 8~10배가량 늘릴 수 있을 것으로 보고 있다.
메모리의 유휴 공간을 획기적으로 줄이는 '풀링' 기능도 CXL의 강점 중 하나로 꼽힌다. CXL가 D램을 묶어 일종의 풀(pool)을 만들고 여러 CPU가 풀에서 메모리가 필요한 만큼 메모리를 할당해서 사용 가능하게 하는 것이다. 이 기능을 활용하면 각 장치가 남는 메모리는 내주고 부족한 메모리는 당겨쓰는 등 나누어 쓰도록 해 유휴 공간을 획기적으로 줄일 수 있다.
다만 아직 CXL 시장이 본격적으로 열린 것은 아니다. 삼성전자와 SK하이닉스 등 메모리 반도체 업체들은 CXL 2.0 개발을 마무리했지만 CXL 2.0을 지원하는 CPU가 아직 출시되지 않았기 때문이다. 시장조사업체 욜(Yole)에 따르면 CXL 시장은 2022년 170만 달러(우리돈 약 23억6천만원) 수준이다.
하지만 업계에서는 올 하반기 CXL 2.0을 지원하는 인텔 CPU가 출시될 경우 해당 시장이 본격적으로 열릴 것으로 보고 있다. 욜은 CXL 시장이 오는 2028년 158억달러로 급성장할 것으로 보고 있다.
해당 시장을 선점하려는 업체들의 발걸음도 분주해지고 있다. CXL D램 시장은 전체 시장의 70~80%를 차지할 것으로 관측된다. 메모리 반도체에서 주도권을 갖고 있는 우리 기업들에게는 긍정적인 전망이다.
CXL 시장의 잠재력에 대해 삼성전자와 SK하이닉스 모두 긍정적으로 평가하고 있지만 삼성전자가 CXL 개발에 더 적극적인 모양새다. HBM 주도권을 SK하이닉스에 뺏긴 전철을 밟지 않겠다는 의도로 풀이된다.
삼성전자는 2019년 AMD와 엔비디아, 구글, 인텔 등 CXL 컨소시엄을 결성한 초기 15개 이사회 멤버사 중 하나다. 2022년 5월에는 세계 최초로 CXL 1.1 기반의 CXL D램을 개발한 데 이어 지난해엔 업계 최초로 CXL 2.0을 지원하는 128GB CXL D램을 선보였다. 지난해 말에는 CXL 관련 총 4종의 상표를 출원했다.
지난 25일에는 미국 오픈소스 소프트웨어 기업 '레드햇'이 인증한 CXL 인프라를 경기 화성캠퍼스 연구시설인 삼성메모리리서치센터(SMRC)에 구축했다. 그동안 CXL 제품 개발 및 검증은 자체적으로 해왔지만 호환성 및 소프트웨어 테스트는 레드햇 본사에서 진행했는데 이번 인프라 구축을 통해 개발 단계부터 제품 최적화가 가능해진 것이다.
삼성전자는 "CXL 제품 인증을 내부에서 자체 완료한 후 레드햇 등록 절차를 즉시 진행할 수 있어 신속한 제품 개발이 가능해졌다"며 "고객들과 개발 단계부터 제품 최적화를 진행해 맞춤 솔루션을 제공할 수 있게 됐다"고 강조했다.
HBM 시장을 주도하고 있는 SK하이닉스도 CXL 경쟁력 강화에 속도를 높이고 있다. SK하이닉스는 2022년 8월 PCIe 5.0 및 1a나노 DDR5 24Gb을 사용한 96GB CXL 메모리 샘플을 개발한 데 이어 같은해 10월 업계 최초로 CXL 메모리에 연산 기능을 포함시킨 컴퓨테이셔널 메모리 솔루션(CMS) 개발에 성공했다. 지난해 9월에는 올해 9월 인텔 '이노베이션 2023' 행사에서 CXL 2.0 메모리를 소개한 바 있다.
한 업계 관계자는 "HBM 1세대 때 시장이 이렇게 커질 것이라고 예상하기 어려웠지만 AI시대를 맞이하며 시장이 급속도로 팽창하게 된 것"이라며 "CXL도 예상보다는 더디지만 시장 성장 잠재력은 업계가 공통적으로 높게 평가하고 있기 때문에 꾸준히 기반 기술을 확보한다는 차원에서 삼성전자와 SK하이닉스 모두 기술력을 쌓아가고 있는 단계"라고 말했다.