반도체 새 격전지 떠오른 'CXL'···삼성·SK 주도권 잡기 사활

AI 시장 규모만 1865조원···HBM 이어 CXL 주목

시스템 속도 ↑···메모리 사용량 2배 이상 높여

삼성·SK하닉, 패권 경쟁···하반기 인텔 CPU 주목

"HBM이 이렇게까지 성장할 것이라고 누가 생각했을까요. '넥스트 플랜'이 중요한데 차세대 제품은 CXL이 될 것 같습니다"

HBM(고대역폭 메모리)은 오픈AI의 챗GPT로 촉발된 AI 반도체 시장에 필수재로 꼽힌다. 엔비디아의 GPU(그래픽저장장치) 옆에 붙어 데이터를 한꺼번에, 대량으로 처리하는 것을 주요 목적으로 한다. 개발사인 삼성전자와 SK하이닉스는 엔비디아 '입'으로 인해 시가총액이 널뛰기하는 등 HBM에 기업 명성이 좌우되고 있다.

차세대 HBM으로 평가받는 CXL을 두고 삼성전자와 SK하이닉스가 경쟁 중이다. 그래픽=이찬희 기자

시장조사업체 마켓앤마켓이 전망한 2030년 글로벌 AI 시장 규모는 1조3452억달러(약 1865조원)로 연평균 성장률은 36.8%에 달한다. AI가 주요 산업에 거스를 수 없는 기술로 자리 잡은 만큼 반도체 기업도 차세대 'HBM' 발굴에 분주한 가운데 업계에선 CXL(Computer Express Link, 컴퓨터 익스프레스 링크)을 주목하고 있다.

CXL은 반도체가 아닌 새로운 인터페이스를 뜻한다. 컴퓨팅 시스템 내 CPU(중앙처리장치)와 GPU(그래픽저장장치), 메모리 등 장치별로 서로 다른 인터페이스를 하나로 묶어 보다 빠르게 연산할 수 있도록 한다. 그동안의 칩들은 인터페이스가 제각각이라 효율적 연결이 어려웠는데 CXL을 활용해 하나로 통합하면 시스템 연산 및 데이터 처리 속도 등이 향상되는 장점이 있다. 이름도 풀어쓰면 '빠르게 연결해서 연산한다'로 해석된다.

AI 시대에 주목받는 또 다른 이유는 D램 사용량을 늘릴 수 있기 때문이다. 기존 컴퓨팅 시스템에 쓰이는 CPU는 1개당 최대 16개의 D램이 활용되는데 CXL 이용 시 메모리 용량은 2배 이상 키울 수 있다. DDR 인터페이스를 통한 메모리 확장이 제한적이기에 데이터 처리량을 앞으로 계속 늘려야 하는 AI 특성상 HBM에 이어 CXL이 차세대 필수재로 꼽히는 이유다.

업계 관계자는 "HBM이 초고속으로 데이터를 저장할 수 있어 AI 시대 초기 단계에 각광 받고 있으나 메인 메모리로 DDR5가 쓰인 이후에는 데이터 용량이나 처리속도 등을 자유롭게 확장할 수 있는 장치가 CXL"이라고 설명했다. 그러면서 "데이터센터를 운영하는 업체로선 서버를 추가하지 않고도 CXL을 활용하면 확장성을 용이하게 할 수 있다"고 말했다.

삼성전자와 SK하이닉스는 CXL 패권을 두고 경쟁 중이다. 지난 2019년 엔비디아, 구글, 인텔 등 CXL 컨소시엄을 결성한 초기 15개 이사회 멤버사 중 하나로 참여한 삼성전자는 2022년 5월 세계 최초로 CXL 1.1 기반의 CXL D램을 개발했다. 작년에는 업계 최초로 CXL 2.0을 지원하는 128GB CXL D램을 선보였고 글로벌 오픈소스 솔루션 선도기업 레드햇(Red Hat)과 CXL 메모리 동작 검증에 성공하기도 했다. 또 올해 3월에는 D램만 사용한 CXL 메모리 모듈인 CMM-D, 낸드와 D램을 함께 사용하는 CMM-H(하이브리드) 등을 선보였다.

SK하이닉스는 지난 2022년 8월 DDR5 D램 기반 첫 CXL 메모리 샘플을 개발한 데 이어 10월에는 업계 최초로 CXL 메모리에 연산 기능을 통합한 CMS(Computational Memory Solution) 개발도 성공했다. 또 시스템끼리 서로 용량만 공유하도록 지원했던 한계를 넘어 데이터까지 공유하도록 한 CXL 전용 인터페이스인 나이아가라(Niagara) 2.0까지 선보였다. 올해 하반기에는 DDR5 기반 96GB, 128GB CXL 2.0 메모리 솔루션 제품을 상용화해 고객들에 공급할 예정이다.

CXL 시장은 아직 초기 단계지만 인텔이 하반기에 CXL 2.0을 지원하는 CPU '제온 6'를 출시하기로 하면서 반도체 업계에 기대감이 높아지고 있다. 인텔이 서버용 CPU 시장을 지배하고 있기에 교체 수요가 늘어날 수 있어서다.

업계 관계자는 "CXL 생태계가 아직 본격적인 상용화 단계는 아니기에 이를 이끌어줄 신규 프로세서가 나와야 시장이 커질 것"이라며 "인텔 CPU가 데이터센터에 약 80%가 사용되는 만큼 시장 개화에 기대감이 있다"고 말했다.