본 글에서는 어쩌면 HBM 보다 큰 AI 산업의 한 축을 이룰지도 모를, CXL에 대해 알아본다.
비전공자들의 이해를 돕기 위한 글로 비교적 가벼운 비유를 중심으로 작성하였다.
CXL 개요
CXL은 한마디로 "외장 램"이라고도 표현할 수 있을 것 같다. CPU가 제한하고, 컴퓨터나 노트북이 허용하는 램 슬롯을 벗어나 또 다른 입력 규격(PCI-E)과 작동 방식으로 저장 공간을 제공하고, 각 디바이스의 효율을 높이는 장치다.
컴퓨터를 잘 모르는 분들을 위해 좀 더 친숙한 예를 들어보자.
당신이 냉방이 너무나도 중요한 어떠한 시설( 일반 사무실? 데이터 센터나 코인 채굴장? 사실 뭐든 좋다.)을 운영하고 있다고 가정해보자. 업장의 규모가 커질 수록 에어컨의 숫자는 늘고, 이에 따라 투자 비용과 전기세는 계속해서 늘어난다.
이러한 상황에서, 서큘레이터라는 선택지가 생기면 어떨까? 당신은 무조건 에어컨을 늘이기 보다는 적정 갯수의 서큘레이터를 활용함으로써 온도는 비슷한 수준으로 유지하면서 에어컨의 효율을 극대화 할 수 있다. 에어컨 10대가 필요하던 업장에서 4대의 에어컨과 8대의 서큘레이터로 동일한 온도를 유지할 수 있을 지도 모른다.
엔비디아에 의존하고 있는 AI 인프라도 마찬가지다. AI 인프라 투자 = 엔비디아의 가속기 구매로 여겨지던 현재의 시장에서 서큘레이터와 같은 방식의 업그레이드 혹은 최적화가 가능하다면? 당연히 업계는 기존의 투자를 지속하기 보다는 가성비 좋은 대안을 고려 할 것이다. 물론 실제로는 운용 효율이나 기존 장비와의 호환 등 다양한 요소가 개입되겠지만, 어쨋거나 고객 입장에서는 새로운 선택지를 거부할 이유가 없다.
따라서, CXL의 등장은 AI 인프라 투자에 있어 하나의 새로운 선택지의 등장이라고 할 수 있다.
CXL의 개발이 혁신인 이유
컴퓨터의 발전은 지속되어 왔지만, 그 구조는 폰 노이만이라는 분이 무려 1945년에 만든 구조를 계승하여 사용하고 있다. 해당 구조를 간단히 말하자면, 컴퓨터 사용자의 명령(프로그램 실행, 입력 등)과 그와 관련된 데이터들이 모두 메모리에 저장되고, 그 내용들이 CPU에서 순차적으로 실행되는 방식이다.
이러한 구조는 설계가 매우 단순하고 유연성이 높다는 장점이 있는 반면, 모든 정보가 RAM과 CPU를 연결하는 단일 Bus(이하 경로)를 통과해야 하므로, CPU나 RAM 성능과는 별개로 병목 현상이 생기기 쉽다는 단점도 있었다.
CXL은 단일 채널로 인한 병목 현상이라는 폰 노이만 구조를 CXL은 PCI-E라는 고대역폭 규격을 이용하여 다중 채널과 다중 연결을 지원하는 방법으로 개선이 가능하도록 했다. 예를 들어, CPU와 GPU, FPGA 등의 AI 가속기에 PCI-E라는 접근 경로를 주어 다양한 컴퓨팅 장치들을 하나의 메모리 풀에 접근하여 데이터를 공유할 수 있게 하여, 시스템의 복잡성을 줄이는 식이다. 또한 이를 통해 시스템의 확장성이 더욱 유연해져 다양한 형태의 AI 인프라 구축이 가능하다는 장점이 있다.
그 말인 즉, CXL은 단순한 메모리의 한 종류가 아닌 AI 컴퓨터(서버) 구성에 있어 근본적인 변화를 주게 되는 기술이며, 에어컨-서큘레이터의 예와 같이, 엔비디아의 칩셋에 절대적으로 의존하는 현재의 AI 산업에서 CXL 기반 장치들로 의존도가 옮겨갈 지도 모른다는 의미다.
관련 주식은?
CXL이 AI 산업의 새로운 키 플레이어가 될지도 모르는 만큼 투자와 연관지어 생각해볼 수밖에 없다. 아직 수익이나 시장 규모를 논할만한 단계는 아니지만, 일부라도 엔비디아의 절대적인 쉐어를 나누게 될지 모르는 분야라면, CXL과 관련된 기업에 대해 알아볼 필요가 있겠다.
1. 메모리 반도체 기업 3사(삼성전자, SK하이닉스, 마이크론)
CXL "메모리"인 만큼, 메모리 3사들도 당연히 CXL 제품 개발에 집중하고 있다. 삼성은 업계 최초로 DDR5 기반 CXL 메모리를 개발하는 등 CXL 분야에 가장 먼저 관심을 기울여 온 것으로 보인다.
다만, CXL도 결국은 기존 메모리의 역할을 확장하는 개념인 만큼 삼성전자의 승리를 장담하기엔 조금 이르다.
향후 CXL에도 HBM 탑재가 될 수 있는 만큼, 상대적으로 높은 DDR5 수율과 HBM 기술력을 갖춘 SK하이닉스가 CXL 시대에서도 더 유리한 선택이 될 지 모른다.
2. CXL 메모리 컨트롤러
꼭 메모리를 생산해야만 하는 건 아니다.
반도체 솔루션을 제공하는 팹리스 기업인 Marvell, Broadcom은 메모리 컨트롤러를 개발 중이다. 결국 메모리의 역할인 "저장"은 DRAM이나 HBM이 담당하겠지만, CXL가 존재하는 이유라고 할 수 있는 핵심은 메모리와 각 디바이스 간의 "연결"인 만큼 컨트롤러의 역할도 빼놓을 수 없다.
컨트롤러는 마치 USB 허브처럼 여러 개의 DRAM을 하나의 메모리 풀로 이용 가능하도록 하거나, 경우에 따라 프로세서까지 직접 탑재하여 메모리 근처에서 연산을 수행하여 컴퓨팅 성능을 가속화 하기도 한다.
삼성과 브로드컴은 협업을 통해 신제품을 발표하기도 하는 등, 새로운 CXL 산업의 패권을 쥐기 위한 합종 연횡도 있을 것으로 보인다.
반면, SK하이닉스는 컨트롤러의 내재화를 추진하고 있다. 최근 기사에 따르면, SK하이닉스가 국내 유일 TSMC 생태계에 속해있는 디자인 하우스인 에이직랜드와 설계 계약을 체결했다고 하며, 양산은 TSMC가 맡을 것으로 알려졌다. 참고로 에이직랜드 또한 코스닥 상장 업체다.
이외에도 SSD 컨트롤러를 생산해온 국내업체인 파두 또한 CXL 컨트롤러를 개발 중인 것으로 보인다.