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안녕하십니까.
이번 포스트에서는 차세대 반도체 중 CXL에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
1) CXL(Compute Express Link) 메모리란?
: CPU, GPU, 스토리지 등의 다양한 장치를 묶어 보다 빠른 연산 처리를 가능하게 하는 차세대 인터페이스
HBM과 비교하여 설명하자면 HBM은 고속도로를 만들어 데이터가 빠르게 왔다갔다 할 수 있게 하는 것이라면,
CXL은 여러 도로를 연결하여 용량을 확장한 것으로 이해할 수 있습니다.
따라서 다수의 장치를 하나의 인터페이스로 통합해 여러 장치가 한 번에 연결되게 함으로써 데이터 처리 속도를 높이고,
시스템 용량과 대역폭을 확장할 수 있는 기반을 제공합니다.
2) CXL 등장 배경
AI 반도체에서 단순히 많은 반복 연산을 필요로 하는 것을 넘어, 다수의 반도체와의 연결,
즉, 양적 확장(Quantitative Expansion)을 넘어, 범위 확장(Scope Expansion)이 중요해졌기 때문입니다.
현재 시스템 구조의 기반인 폰 노이만 구조는 각 로직 반도체가 개별 하부 메모리 시스템을 가지고 있는 구조입니다.
해당 구조의 단점은 다음과 같습니다.
① 메모리 용량의 한계
: 하나의 로직 반도체와 직접 연결된 메모리의 크기는 한계값을 가지기 때문에,
한 번에 처리해야 하는 데이터의 크기가 큰 경우 연산을 분할하고 합치는 프로세스가 필요하기 때문에 연산의 효율이 떨어집니다.
② 분배의 한계
: 메모리 크기의 한계로 다른 서버의 리소스를 활용하여 메모리를 처리하는 것이 불가능하지는 않지만,
이 역시 연산의 효율을 저하시킵니다.
이러한 한계들에 의해 도입된 개념이 "메모리 풀링" 입니다.
3) 메모리 풀링이란?
: 여러 개의 메모리를 하나로 묶어, 하나의 거대한 메모리 풀을 만들고, 이 안에서 시스템이 필요한 만큼의 메모리를 가져다 쓰는 개념
이를 사용하면 앞서 언급했던 폰 노이만 구조의 단점을 해결할 수 있습니다.
우선, 메모리 확장에 굉장히 유리합니다.
또한, 필요에 따라 메모리를 효과적으로 할당하고 해제하기 때문에 효율성이 향상됩니다.
4) CXL 특징
1. 캐시 일관성 유지
: CXL 프로토콜 하에서 한 프로세서가 데이터를 변경할 때 다른 프로세서의 캐시 데이터가 자동으로 갱신됩니다.
2. 다양한 메모리 유형 지원
: CXL 인터페이스를 통해 기저 메모리 기술에 구애받지 않고, 다양한 종류의 메모리를 호스트에 연결할 수 있습니다.
5) 세대별 CXL
1. CXL 1.1 (Memory Expansion)
: 단일 호스트와 단일 장치간 일대일 통신
2. CXL 2.0 (Memory Pooling)
: 단일 레벨 스위칭 및 메모리 풀링 지원
3. CXL 3.0
: 다수의 프로세서와 메모리 풀 간 다중 연결
6) CXL 기반 제품
현재 SK하이닉스 및 삼성전자에서는 CXL 기반 DRAM을 개발하여 양산 단계에 있습니다.
1. CMM-D (CXL Memory Module DRAM) ; 삼성전자
CXL 2.0을 기반으로, CPU 메모리 채널 개수를 늘리지 않고도 메모리 용량과 대역폭을 유연하고 강력하게 증가시킬 수 있게 해줍니다.
2. CMM(CXL Memory Module)-DDR5 ; SK하이닉스
기존 DDR5 모듈 대비 용량과 대역폭을 크게 확장한 CXL 2.0 기반 DRAM입니다.
이번 포스트는 여기서 마무리 하도록 하겠습니다.
읽어주셔서 감사합니다.
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