데이터 중심 워크로드가 증가함에 따라 메모리 대역폭과 용량에 대한 요구사항도 지속적으로 높아지고 있습니다. 기존 메모리 기술로는 이러한 요구를 충족시키기 어려워짐에 따라 새로운 메모리 기술에 대한 필요성이 대두되었습니다. 이에 CXL(Compute Express Link)이 차세대 메모리 기술로 주목받고 있습니다. CXL이란 무엇인지, 주요 특징 및 장단점과 함께 알아보도록 하겠습니다.
CXL이란?
CXL(Compute Express Link)은 CPU, GPU, FPGA, 메모리, 스토리지 등 다양한 프로세서와 메모리를 연결하는 새로운 차세대 인터커넥트 기술입니다. 기존 PCIe(고속 입출력 인터페이스 표준)와 CPU 인터커넥트의 장점을 결합한 형태로 볼 수 있습니다.
특히 CXL은 프로세서와 메모리 사이에 높은 대역폭과 낮은 지연 시간을 제공하여 데이터 처리 속도를 대폭 향상시킵니다. CPU에서 멀리 떨어진 메모리에도 캐시 메모리에 액세스하는 것과 같이 빠르게 접근할 수 있습니다. 또한 CXL은 메모리 풀링(Pooling) 기술을 통해 수백 테라바이트에 달하는 메모리 용량을 활용할 수 있게 해줍니다. 메모리 자원을 공유하고 확장할 수 있어 데이터 집약적 워크로드 처리에 이상적입니다. 이외에도 PCIe와의 하위 호환성, 낮은 지연시간, 향상된 리소스 활용도 등의 장점이 있습니다. 프로세서, 메모리, 가속기, 스토리지를 포괄하는 개방형 생태계를 지향합니다.
인텔, AMD, 삼성전자, SK하이닉스, 마이크론 등 150여 개 기업이 CXL 컨소시엄에 참여 중이며, CXL 표준은 현재 3.1 규격까지 개발된 것으로 알려져 있습니다.
CXL의 구성
CXL은 프로토콜 계층, 스위치, 메모리 확장 기술로 구성되어 고성능 데이터 처리가 가능한 구조를 가지고 있습니다.
1. CXL 프로토콜 계층 (CXL Protocol Layers)
– CXL 프로토콜은 CPU, GPU, FPGA, 메모리, 스토리지 등 다양한 디바이스 간의 통신을 관리합니다.
– 트랜잭션, 데이터링크, PHY(물리계층) 등의 계층으로 구성되어 있습니다.
2. CXL 스위치 (CXL Switch)
– 다수의 CXL 디바이스를 상호 연결하는 역할을 합니다.
– PCIe 스위치와 유사한 구조지만, CXL 프로토콜을 사용합니다.
– 레이턴시와 대역폭 측면에서 우수한 성능을 제공합니다.
3. CXL 메모리 확장기술 (CXL Memory Expander Technologies)
– CPU 메모리 공간을 확장해 메모리 용량을 늘릴 수 있게 합니다.
– 이를 통해 애플리케이션 요구사항에 맞춰 메모리를 유연하게 활용할 수 있습니다.
– 예) CXL.cache, CXL.mem 등의 기술이 있습니다.
또한 CXL은 PCIe와의 하위 호환성도 제공하여 기존 생태계와의 연동을 지원하며, CXL 프로세서와 I/O(입출력) 디바이스를 PCIe로 연결할 수 있습니다.
CXL 장단점
CXL의 주요 장점으로는 확장된 메모리 용량, 높은 대역폭, 낮은 지연 시간, 하위 호환성 등을 꼽을 수 있습니다. CXL의 장점을 좀 더 구체적으로 살펴보면, 프로세서에서 물리적으로 멀리 떨어진 메모리에도 캐시 메모리처럼 빠르게 액세스할 수 있습니다. 또한 수십 테라바이트에 달하는 메모리 용량을 활용할 수 있습니다. 높은 대역폭으로 데이터 처리속도가 향상되고, 기존 PCIe와의 호환성도 갖추고 있습니다.
반면 단점으로는 메모리 확장을 위해 고가의 방열 솔루션과 전원 공급 장치가 필요할 수 있습니다. 또한 PCIe와 달리 프로세서에 CPU가 필요하므로 가격이 비쌀 것으로 예상됩니다. 기존 기술과 혼재될 경우 상호운용성 이슈도 있을 수 있습니다.
CXL과 HBM 차이점
CXL과 HBM은 서로 다른 기술이지만 혼동하기 쉽습니다. 두 기술의 차이점은 다음과 같습니다.
CXL과 HBM은 모두 고성능 컴퓨팅을 위한 기술이지만, 그 역할과 기능은 완전히 다릅니다. CXL은 CPU, GPU, FPGA, 메모리, 스토리지 등 다양한 프로세서와 메모리를 병렬로 연결하는 인터커넥트 기술입니다. 높은 대역폭과 낮은 지연 시간을 제공하여 대용량 데이터 처리 속도를 극대화합니다. 또한 메모리 풀링을 통해 수백 테라바이트에 달하는 메모리 용량을 활용할 수 있게 해줍니다. 이를 통해 데이터 집약적인 AI, HPC 등의 워크로드 처리에 최적화되어 있습니다.
반면 HBM은 프로세서 칩 위에 메모리 칩을 수직으로 직접 적층한 3D 패키지 기술입니다. 와이어를 통해 프로세서와 메모리가 직접 연결되어 초고속, 고대역폭 메모리 인터페이스를 제공합니다. 이로 인해 메모리 대역폭이 크게 향상되어 그래픽카드, AI 가속기, 고성능 SoC 등에 주로 탑재됩니다. 하지만 패키지 내 메모리 용량만 확장 가능해 CXL에 비해 확장성에 제약이 있습니다. CXL과 HBM은 서로 다른 방식으로 고성능 컴퓨팅 시스템을 구현하는 상호 보완적 기술이라고 할 수 있습니다.