AI산업을 선도하는 반도체 기술 'CXL의 역할과 미래 전망'

세계 반도체 산업의 핵심 기술로 부상한 CXL(Compute Express Link)과 HBM(High Bandwidth Memory)에 대해, 학계 및 산업계의 최신 연구 동향과 시장 전망을 종합적으로 분석하였습니다.​

---

1. CXL의 개념

CXL(Compute Express Link)은 고성능 컴퓨팅 시스템에서 CPU, GPU, 메모리, 가속기 등의 구성 요소 간에 고속, 저지연, 일관성 있는 데이터 전송을 가능하게 하는 차세대 인터커넥트 기술입니다. PCIe(Peripheral Component Interconnect Express)를 기반으로 하며, 메모리 확장성과 효율성을 극대화합니다.

CXL(컴퓨터 익스프레스링크) 기술이 급부상하고 있다.(=사진=한스경제)

​

CXL은 세 가지 주요 프로토콜을 제공합니다:​

• CXL.io: 기존 PCIe와의 호환성을 유지하며, 장치 초기화 및 설정에 사용됩니다.
• CXL.cache: CPU와 장치 간의 캐시 일관성을 유지하여, 데이터 복사 없이 공유 메모리 접근이 가능합니다.
• CXL.memory: CPU가 장치의 메모리를 직접 접근할 수 있도록 하여, 메모리 확장성을 제공합니다.​

이러한 구조는 메모리 풀링(Memory Pooling)과 메모리 공유(Memory Sharing)를 가능하게 하여, 데이터 센터의 자원 활용도를 극대화합니다.​

---

2. 삼성전자와 SK하이닉스의 CXL 개발 및 연구 현황

삼성전자

삼성전자는 2024년 6월, 업계 최초로 레드햇(Red Hat) 인증을 받은 CXL 인프라를 구축하였습니다. 화성에 위치한 삼성 메모리 리서치 센터(SMRC)에서 CXL 관련 제품과 소프트웨어를 직접 검증할 수 있는 환경을 마련하였으며, 이를 통해 제품 개발 주기를 단축하고 고객 맞춤형 솔루션을 제공하고 있습니다.​

특히, 삼성전자는 CXL 메모리 모듈인 CMM-D(CXL Memory Module – DRAM)의 레드햇 인증을 업계 최초로 획득하였습니다. 이를 통해 CXL 기반 서버의 성능 향상과 AI 학습·추론의 가속화를 실현하고 있습니다.​

SK하이닉스

SK하이닉스는 2022년 8월, DDR5 DRAM 기반의 첫 CXL 메모리 샘플을 개발하였습니다. 이 제품은 EDSFF E3.S 폼팩터를 채택하고, PCIe 5.0 x8 Lane을 지원하며, CXL 컨트롤러를 탑재하고 있습니다.​

또한, SK하이닉스는 세계 최초로 CXL 기반의 컴퓨팅 메모리 솔루션(CMS)을 개발하여, 메모리 자체에 연산 기능을 통합하였습니다. 이는 SK텔레콤과의 협업을 통해 하드웨어와 소프트웨어를 통합한 플랫폼으로, 차세대 고성능 컴퓨팅 인프라의 성능과 에너지 효율성을 향상하는 데 기여하고 있습니다.​

---

3. HBM 국내외 최신 연구 개발 현황

SK하이닉스

SK하이닉스는 HBM 시장에서 70%의 점유율을 차지하며 선두를 달리고 있습니다. 2025년 1분기에는 AI 수요 증가와 미국의 관세 우려로 인한 메모리 칩 비축으로 인해 영업이익이 전년 대비 158% 증가한 7.44조 원을 기록하였습니다. 특히, HBM은 SK하이닉스 DRAM 매출의 40%를 차지하며, AI 서버 투자와 데이터 처리 수요 증가에 힘입어 수요가 두 배로 증가할 것으로 예상됩니다.​

삼성전자

삼성전자는 8단 HBM3E 칩이 NVIDIA의 테스트를 통과하여 AI 프로세서에 사용될 수 있게 되었습니다. 이는 SK하이닉스와의 경쟁에서 중요한 진전을 의미합니다. 그러나 12단 HBM3E 칩은 아직 NVIDIA의 테스트를 통과하지 못하였으며, 삼성전자는 발열 및 전력 소비 문제를 해결하기 위해 칩을 재설계하고 있습니다.​

---

4. CXL과 AI 산업과의 관련성

CXL은 AI 산업에서 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다. AI 모델의 학습과 추론에는 대용량의 메모리와 고속의 데이터 전송이 필수적이며, CXL은 이러한 요구를 충족시킵니다.​

• 메모리 확장성: CXL은 메모리 풀링과 공유를 통해 시스템의 메모리 용량을 유연하게 확장할 수 있어, 대규모 AI 모델의 학습에 적합합니다.
• 데이터 전송 효율성: CXL의 저지연, 고대역폭 특성은 AI 연산에 필요한 데이터 전송을 효율적으로 처리할 수 있게 합니다.
• 시스템 최적화: CXL 기반의 메모리 아키텍처는 AI 워크로드에 최적화된 시스템 구성을 가능하게 하여, 전체적인 성능 향상과 에너지 효율성을 제공합니다.

---

5. CXL의 시장 전망과 시장 규모

CXL 시장은 향후 몇 년간 급격한 성장이 예상됩니다. IDC에 따르면, CXL 기반 메모리 시장은 2025년까지 연평균 50% 이상의 성장률을 기록할 것으로 전망됩니다. 이는 AI, 클라우드 컴퓨팅, 고성능 컴퓨팅(HPC) 등의 수요 증가에 기인합니다.​

또한, 삼성전자와 SK하이닉스는 CXL 기술을 기반으로 한 메모리 솔루션을 지속적으로 개발하고 있으며, 이를 통해 새로운 시장을 창출하고 있습니다. 특히, CXL은 기존의 메모리 아키텍처의 한계를 극복하고, 데이터 센터의 효율성을 극대화할 수 있는 핵심 기술로 부상하고 있습니다.

CXL2.0 (제품 이미지=SK하이닉스) /한스경제

​

---

이상으로, CXL과 HBM에 대한 개념, 국내 주요 기업의 개발 현황, 최신 연구 동향, AI 산업과의 관련성, 시장 전망 등을 종합적으로 살펴보았습니다. 이러한 기술들은 앞으로의 반도체 산업과 AI 산업의 발전에 중추적인 역할을 할 것으로 기대됩니다.