[더구루=정예린 기자] 삼성전자와 SK하이닉스가 '차세대 고대역폭메모리(HBM)'이라고 불리는 컴퓨트익스프레스링크(CXL) 기술 개발을 위해 '의기투합'했다. CXL 시스템 분석을 통해 다양한 활용성을 발굴, 메모리 반도체 기술 발전에 기여한다. 

7일 논문 사전 공개 사이트 '아카이브(arXiv)'에 따르면 UC샌디에이고, 삼성전자, SK하이닉스 소속 연구원들로 이뤄진 공동 연구팀은 최근 'CXL 기반 이기종(heterogeneous) 시스템 프로그래밍 및 최적화를 위한 히치하이커 가이드'라는 제목의 논문을 공개했다. 삼성전자와 SK하이닉스 간 CXL 관련 공동 연구개발(R&D) 성과가 알려진 것은 이번이 처음이다. 

연구팀은 CXL 기반 이기종 시스템을 분석해 미래 개발 방향을 제시했다. 이를 위해 다양한 공급업체의 중앙처리장치(CPU)와 여러 유형의 CXL 장치를 결합한 서버 시스템 클러스터를 구축했다. 성능을 프로파일링하기 위해 이기종 메모리 벤치마크 모음인 '헤임달(Heimdal)'도 개발했다. 

헤임달을 활용해 서버 클러스터에서 광범위한 CXL 기반 이기종 시스템 구성을 연구하고 CXL 관련 아키텍처와 시스템 설계를 발견했다. 워크로드에 대한 성능 최적화 방안도 살폈다. 이번 연구 결과를 바탕으로 현재 진행 중인 작업을 업데이트해 △전력 분석 △CXL 프로그래머블 반도체(FPGA) 내부△최신 CXL 프로토타입 성능 등에 대한 연구 내용도 더할 예정이다. 

연구팀은 "우리의 관찰은 기본 하드웨어 동작에서 마이크로 아키텍처 및 운영 체제 성능, 거대언어모델(LLM) 추론 및 벡터 데이터베이스를 포함한 애플리케이션에 이르기까지 시스템 아키텍처 스택 전반에 걸쳐 있다"며 "이런 관찰은 이러한 메모리 시스템을 보다 잘 활용하기 위한 이기종 메모리 아키텍처의 미래 개발과 시스템 소프트웨어의 최적화에 빛을 비출 것"이라고 밝혔다. 

CXL은 GPU와 △CPU △메모리스토리지(저장장치) △D램 간의 유기적 연결을 위해 각 컴퓨팅 시스템을 하나의 인터페이스로 통합해주는 기술이다. 데이터 처리 속도는 물론 메모리 용량 확장성까지 크게 개선해준다. 칩 용량과 대역폭에 제한되지 않으면서도 유연한 설계가 가능해 기업이 비용을 절감하고 효율성을 높여줄 대안으로 평가받고 있다. 

인텔, AMD 등이 CXL 호환을 확대한다고 선언한 만큼 관련 시장의 급속 성장이 예상된다. 시장조사업체 욜 인텔리전스에 따르면 글로벌 CXL 시장 규모는 2022년 1700만달러에서 2028년 158억달러(약 21조7000억원)로 확대될 전망이다.

삼성전자와 SK하이닉스는 CXL 컨소시엄이 발족한 2019년부터 참여해 기술 고도화와 생태계 확대에 일조하고 있다. CXL 컨소시엄에는 인텔, 구글, 메타, 엔비디아, AMD, 마이크로소프트(MS), IBM 등 글로벌 빅테크들이 모두 회원사로 있다. 

CXL 규격은 2019년 CXL 1.0, 2020년 CXL 2.0, 2022년 CXL 3.0은, 2023년 CXL 3.1까지 공개됐다. 하지만 CXL을 받아들이는 생태계가 속도를 따라잡지 못하는 상황이다. 삼성전자와 SK하이닉스는 CXL 2.0 솔루션 개발을 완료한 뒤 고객 공급을 논의하고 있으며, CXL 3.0을 개발 중이다. 

삼성전자는 2021년 5월 세계 최초로 CXL 기반 D램 기술을 개발했다. 작년 5월에는 업계 최초로 CXL 2.0을 지원하는 128GB CXL 2.0 D램을 개발하고, 같은 해 12월 레드햇과 CXL 메모리 동작 검증에 성공했다. 1년여 만인 올 2분기에는 용량을 256GB 늘린 CXL 2.0 기반 D램을 최초로 선보였다. 

SK하이닉스는 2022년 8월 DDR5 D램 기반 첫 96GB CXL 메모리 솔루션 샘플을 만들었다. 현재 DDR5 기반 96GB·128GB CXL 2.0 메모리  제품을 개발해 상용화 초읽기에 들어갔다. 주요 고객사와 시스템 연동을 체크하는 이네이블링(인증)을 진행 중이며, 조만간 양산에 돌입할 것으로 보인다.

곽노정 SK하이닉스 대표는 지난 4일 서울 삼성동 코엑스에서 열린 'SK 인공지능(AI) 서밋 2024'에서 "AI 시스템 구동을 위해선 서버에 탑재된 메모리 용량이 대폭 증가해야 한다"며 "이를 위해 당사는 여러 메모리를 연결해 대용량을 구현하는 CXL를 준비 중"이라고 말한 바 있다.