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초연결로 다가서는 테라 클라우드 'CXL D램'

  • 2021.05.16(일) 07:30

[테크따라잡기]
삼성전자, CXL 기반 D램 메모리 첫 개발
용량 획기적 확대…데이터센터 성능개선

/그래픽=비즈니스워치

삼성전자가 업계 최초로 '컴퓨트 익스프레스 링크'(Compute Express Link, CXL) 기반의 D램 메모리 기술을 개발했다고 해요. 숨이 턱 막히는 어려운 말들이 연속되죠? 오늘은 CXL이라는 기술을 알아보려 해요. 하지만 CXL이라는 새로운 기술을 설명하기 전에 기초를 닦고 시작해야 이해도를 높일 수 있을 것 같아요.

일단 반도체를 다루는 기사에 아주 자주 등장하는 'D램 메모리'부터 알아볼게요. 아, 그런데 반도체가 무엇인지도 모르겠다고 생각할 분도 있을 수 있으니, 초간단 설명을 해드릴게요. 도체와 부도체 들어보셨나요? 도체는 철이나 금처럼 전기 혹은 열이 잘 흐르는 물질이고 부도체는 반대의 개념이죠. 유리, 플라스틱 같은 게 부도체예요.

반도체는 부도체처럼 전기가 거의 통하지 않지만 인공적인 조작을 가하면 전기가 흐르기도 하는 특징을 가진 거예요. 간단하죠? 흠, 헷갈리신다면 이 기사를 한번 보셔도 좋아요.▷관련기사: 바이든이 손에 들고 흔든 '웨이퍼' 뭐죠?(4월18일)

D램 메모리는 'Dynamic Random Access Memory'의 약자예요. 여기서 '램'(RAM)은 정보를 읽을 때 순차적으로 진행하는 게 아니라 랜덤(무작위)하게 읽을 수 있어 읽기와 쓰기 속도가 빠른 메모리를 말하죠. 급할수록 돌아가라는 말이 있지만 반도체에선 마구잡이로 연산해야 빠른가 봐요.

아무튼 D램은 구조가 단순하고 용량이 크면서 속도까지 빠른 게 특징이에요. 이런 특징을 기반으로 컴퓨터나 스마트폰 같은 모바일 기기에서 중앙처리장치(CPU)의 연산을 돕는 고속 메모리로 쓰여요. D램을 'D랜덤'이라고 함께 기억해두면 직관적으로 이해하기 쉬울 듯도 하네요.

이제 본격적으로 CXL이 무엇인지 알아볼게요. CXL은 고성능 컴퓨팅 시스템에서 CPU와 함께 사용되는 가속기, 메모리, 저장장치 등을 기존보다 효율적으로 활용하기 위해 제안된 새로운 인터페이스라고 하는데요. 인터페이스는 사물과 사물을 연결하는 물리적 매개 장치 정도로 이해해도 된다고 해요. 다르게 말해 D램과 다른 전자부품을 '초연결'하는 환경, 통신 방식이랄까요.

인터페이스 하나 설명하는 게 왜 이렇게 복잡할까요? 현재 기술을 주도하는 나라에서 주로 쓰는 영어의 힘 때문일 거예요. 이걸 우리말로 딱 떨어지게 바꾸기가 어려워서 삼성전자도 그냥 '인터페이스'라고 설명하고 있어요.

CXL의 활용 사례를 보면 이해를 조금 더 도울 수 있을 것 같아요.

CXL 메모리 활용 예/자료=삼성전자 제공

CXL 인터페이스를 통하면 호스트의 메인 메모리 D램과 CXL D램을 함께 활용할 수 있어 시스템의 메모리 용량과 대역폭을 확장할 수 있다고 해요. 기존 컴퓨팅 시스템 메모리 용량의 물리적 한계를 극복하고 D램의 용량을 확장할 수 있다는 얘기죠. 

즉, CXL D램은 기존 시스템의 메인 D램과 공존하면서 시스템의 메모리 용량을 테라바이트(TB)급까지 확장할 수 있다고 하는데요.

기존 D램의 컨트롤러는 데이터를 임시로 저장하는 역할만 수행했지만 삼성전자는 CXL D램에 최첨단 컨트롤러 기술을 접목했대요. 이를 통해 인공지능(AI), 머신러닝(기계학습), 인메모리 데이터베이스 등 빅데이터를 활용하는 분야에 CXL D램을 활용할 수 있도록 했어요.

인메모리 데이터베이스(in-memory database)는 CPU의 정보를 처리하는 메인 메모리(주기억장치)에 초대용량의 데이터를 저장해 처리 속도를 크게 향상시키는 기술이라네요.

이번에 개발한 CXL D램의 컨트롤러는 컴퓨팅 시스템이 인터페이스가 다른 메인메모리 DDR D램과 CXL D램을 함께 사용할 수 있도록 하는 '메모리 맵핑'(Memory Mapping)과 '인터페이스 컨버팅'(Interface Converting), '에러 관리'(Error Management) 등도 지원하는 것이래요.

여전히 CXL이 무슨 의미인지 이해하기 어렵다면, DDR을 설명해야 하는데요. DDR은 '댄스댄스레볼루션'이 아니고 'Double Data Rate'의 약자예요. 반도체 분야 국제표준화 기구인 'JEDEC'(Joint Electron Device Engineering Council)이 채택한 고속 메모리 기술을 뜻해요.

D램은 초기에 컴퓨터의 동작 리듬에 맞춰 한 번의 클럭(CPU 동작 신호 발생장치)에 한 번의 데이터를 보내거나 받았는데요. 이후 낮은 전력으로 한 번의 클럭 신호에 데이터를 두 번 전송할 수 있는 DDR D램이 등장했고, 이런 전송 속도를 높인 DDR2, DDR3, DDR4 등의 제품이 등장해왔죠. 

그러니깐 CXL은 DDR이란 제품의 방식을 더 개선하기 위한 기술표준이라는 말이예요. 앞서 말씀드린 대로 메모리 용량과 대역폭을 확장해 성능을 개선하는 것이죠. 그러나 CXL은 DDR를 대체하는 기술이라기보다는, DDR의 한계를 극복한 더 나은 '인터페이스'를 제공한다는 의미로 이해하면 된다고 해요. 삼성이 D램을 주력으로 하는 회사인데, 완전히 다른 기술로 갑자기 바꾸기는 어렵기도 하겠죠.

삼성전자는 아울러 업계 최초로 대용량 SSD(솔리드스테이트드라이브)에 적용되는 'EDSFF'(Enterprise & Data Center SSD Form Factor)도 CXL D램에 적용했다고 해요.

'컴퓨트 익스프레스 링크'(Compute Express Link) 기반의 D램 메모리./사진=삼성전자 제공.

SSD가 무엇인지 모르겠다고요? 반도체는 정보를 프로그램화해서 저장할 수 있는데요. 이렇게 정보를 저장하고 기억(메모리)하는 용도로 사용되는 반도체를 메모리 반도체라고 하죠. SSD는 디스크에 정보를 저장하는 기존 하드 디스크(HDD)와 달리 반도체 칩을 이용, 저장해 부팅이나 멀티태스킹 환경에서 빠른 속도를 제공하는 저장장치예요.

삼성전자는 이번에 개발한 CXL 기반 D램 메모리를 인텔의 플랫폼에서 검증을 마쳤다고 하는데요. 이렇게 차세대 데이터 센터가 요구하는 대용량 D램 솔루션의 기반 기술을 확보, 글로벌 주요 데이터센터, 클라우드 업체들과 협력을 확대해 나간다는 계획이래요. 

삼성전자가 이런 기술을 개발하는 배경도 조금만 살펴볼게요. 최근 인공지능과 빅데이터를 활용하는 분야가 늘어나면서 처리해야 하는 데이터의 양도 폭발적으로 증가하고 있는데요. 그러나 현재의 데이터센터, 서버 플랫폼에서 사용되는 기존의 DDR 인터페이스로는 시스템에 탑재할 수 있는 D램 용량에 한계가 있어 이를 극복할 수 있는 새로운 대안이 지속적으로 요구됐다고 하네요.

그래서 삼성전자는 2019년 'CXL 컨소시엄' 발족 초기부터 참여해 글로벌 주요 데이터센터와 서버, 칩셋 업체들과 차세대 인터페이스 기술 개발을 위해 협력하면서 이런 신기술을 개발했다는 거죠. 앞으로 삼성전자는 대용량 메모리가 요구되는 차세대 컴퓨팅 시장에 맞춰 CXL 기반 메모리를 적기에 상용화할 방침이라는군요. 이 같은 기술 개발과 상용화를 통해 삼성전자가 반도체 분야 초격차 리더십을 이어갈지도 지켜봐야겠어요.

박철민 삼성전자 메모리사업부 상품기획팀 상무는 "삼성전자의 CXL D램 기술은 차세대 컴퓨팅, 대용량 데이터센터, 인공지능 등 미래 첨단분야에서 핵심 메모리 솔루션 역할을 할 것"이라며 "스마트 데이터센터가 요구하는 차세대 기술을 선도하고 CXL 생태계가 빠르게 확장될 수 있도록 글로벌 기업들과 협력을 강화해 나가겠다"고 말했어요.

/자료=삼성전자 제공

 

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