CXL 메모리: 차세대 컴퓨팅 환경을 위한 혁신 기술

ㅁ 들어가며

  최근 고성능 컴퓨팅(HPC)과 AI 시대가 도래하면서 데이터 처리 속도와 메모리 확장성에 대한 요구가 급격히 증가하고 있다. 호스트 프로세서에 연결된 메인 메모리 외에 NIC, GPU 및 스토리지 SSD에는 종종 충분히 활용되지 않는 메모리 캐시가 있다. 이는 해당 시스템 전체에 메모리가 유휴 상태임을 의미한다. 이러한 캐시는 일반적으로 연결할 도구가 없으면 상호 작용할 수 없다. 이러한 흐름 속에서 CXL(Compute Express Link) 기술을 알게 되었다. CXL은 기존 메모리 인터페이스의 한계를 극복하며, AI와 데이터센터 환경에서 효율성을 극대화하는 차세대 인터페이스로 자리 잡고 있다. 이번 글에서는 CXL 메모리의 개념, 학회 및 업계 동향, 그리고 HBM과의 차이점을 정리해보았다.

 

ㅁ CXL 메모리란?

  CXL은 CPU, GPU, 메모리, 저장장치 등 컴퓨팅 자원을 효율적으로 연결하고 활용하기 위한 고성능 인터페이스이다. 기존 PCIe 기반 연결 방식의 병목 현상을 해결하며, 대역폭과 용량 확장에 중점을 두었다.

 

ㅁ CXL 메모리의 주요 특징

1. 확장성
   기존 메모리 용량의 한계를 극복하며, 서버 시스템 내 D램 용량을 수십 테라바이트로 확장할 수 있다. 이는 SSD 슬롯에 장착 가능한 형태로 설계되어 기존 서버 구조를 변경하지 않고도 D램 용량을 손쉽게 늘릴 수 있다.
2. 효율적인 데이터 처리
   고대역폭을 제공하며, 서로 다른 기종의 메모리를 공유할 수 있어 자원 활용이 최적화된다.
3. 지연 현상 최소화
   PCIe 기반으로 설계되어 데이터 전송 지연을 줄이고 시스템 연산 속도를 향상시킨다.
4. 메모리 일관성 유지
   CPU와 CXL 디바이스 간 캐시 일관성을 제공하여 데이터 동시 변경 문제를 방지한다.

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ㅁ 학회에서의 CXL 동향

ㅇ 기술적 연구와 발전

  학계에서는 CXL 기술을 통해 메모리 중심 컴퓨팅(Memory-centric Computing) 구현 가능성을 탐구하고 있다. 특히 생성형 AI와 같은 대규모 데이터 처리 환경에서 CXL은 GPU가 데이터를 복사하지 않고 직접 접근할 수 있는 기능을 제공하여 연산 효율을 크게 높이는 데 기여한다.

 

ㅇ CXL 3.0 및 3.1 발전

  최신 CXL 3.1 기술은 스위치를 통해 다수의 프로세서와 메모리를 연결할 수 있는 기능을 제공하며, 이는 대규모 데이터 처리에 최적화된 환경을 제공한다.

 

ㅁ 업계에서의 CXL 동향

ㅇ 주요 기업들의 기술 경쟁

• 삼성전자: 세계 최초로 CXL D램을 개발한 이후, CXL 2.0 기반 256GB 메모리를 양산하며 시장 주도권을 강화하고 있다.
• SK하이닉스: HBM과 CXL 결합 기술을 연구 중이며, 올해 96GB 및 128GB 메모리 솔루션을 상용화할 예정이다.
• 마이크론: CXL 3.0 기반 차세대 메모리 솔루션 개발에 집중하고 있다.

ㅇ AI 서버와 데이터센터 중심의 활용 

  CXL은 AI 서버와 데이터센터에서 대규모 데이터 처리 요구를 충족시키기 위한 핵심 기술로 자리 잡고 있다. 특히 메모리 풀링(Pooled Memory) 기능은 여러 서버가 자원을 공유하는 구조를 가능하게 하여 효율성을 극대화한다.

 

 

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ㅁ CXL 메모리와 HBM의 차이점

CXL과 HBM(High Bandwidth Memory)은 모두 고성능 컴퓨팅 환경에서 중요한 역할을 하지만, 구조와 용도가 다르다.

특징	HBM	CXL
구조	D램을 수직으로 쌓아 설계	장치 간 연결성을 개선하는 인터페이스
대역폭	매우 높음	상대적으로 낮음
용도	AI 가속기 및 GPU	CPU-GPU 통신 및 서버 메모리 확장
확장성	제한적	유연한 확장 가능
에너지 효율	저전력 소비	연결성 중심

ㅇ HBM
  HBM은 여러 개의 D램을 수직으로 쌓아 물리적 밀도를 높이고 대역폭을 극대화한다. 이는 주로 고성능 GPU 및 AI 가속기에서 사용되며, 대규모 그래픽 렌더링과 머신러닝 작업에 최적화되어 있다.

ㅇ CXL
반면, CXL은 CPU와 GPU 간 데이터를 효율적으로 공유하고 서버 메모리를 확장하는 데 초점이 맞춰져 있다. 특히 여러 장치 간 자원을 유연하게 나누어 사용할 수 있는 확장성이 뛰어나다.

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ㅁ 미래 전망

  글로벌 시장조사업체에 따르면, CXL 시장 규모는 2028년 약 21조 원으로 성장할 것으로 예상됩니다. 생성형 AI와 같은 대량 데이터 처리 응용 분야에서 CXL은 필수적인 기술로 자리 잡고 있으며, 이를 지원하는 CPU와 GPU 출시가 시장 확산의 촉매제가 될 것이다.

 

ㅁ 마무리

CXL 메모리는 기존 메모리 인터페이스의 한계를 극복하며, 확장성과 효율성을 통해 차세대 고성능 컴퓨팅 환경의 핵심 기술로 자리 잡고 있다. 학계에서는 이를 활용한 새로운 컴퓨팅 패러다임을 연구 중이며, 업계에서는 삼성전자와 SK하이닉스 등 주요 기업들이 관련 제품 개발과 생태계 구축에 적극적으로 나서고 있다.