삼성전자, '차세대 반도체' 기술로 메모리 불황 넘는다

데이터 처리량 폭증 대응…PIM 기술 적용 차세대 반도체 개발

글로벌 메모리 반도체 1위 삼성전자가 첨단 메모리 기술 개발에 박차를 가하고 있다.

기존 D램과 낸드플래시의 한계를 넘어서는 혁신 제품을 통해 메모리 시장의 불황을 넘고 '초격차'를 유지한다는 구상이다.

◇ PIM 적용 메모리 솔루션 개발…패러다임 변화 주도
20일 삼성전자 뉴스룸에 따르면 삼성전자는 최근 연산 기능을 갖춘 차세대 메모리반도체인 PIM(Processing-In-Memory) 기술을 활용한 메모리 솔루션(HBM-PIM)을 확보하고, 이를 구현하는데 필요한 소프트웨어에 대한 표준화도 완료했다.

PIM은 메모리와 시스템반도체 간 융복합을 통해 전통적 컴퓨팅 시스템에서 요구되는 메모리 반도체의 기능을 뛰어넘는 차세대 반도체로 주목을 받고 있다.

업계 관계자는 "디지털 전환 시대에 데이터양이 폭발적으로 증가하고 있다"며 "과거처럼 단순히 미세공정을 개발하는 것이 아닌 기존의 틀을 뒤집는 새로운 혁신이 필요한 상황"이라고 설명했다.

PIM은 프로세서가 수행하는 데이터 연산 기능을 메모리 내부에 구현한 기술로, PIM을 활용하면 메모리 내부에서 연산 처리가 가능해 CPU와 메모리 간 데이터 이동이 줄어든다.

이에 인공지능(AI) 가속기 시스템의 성능과 에너지 효율을 획기적으로 높일 수 있는 것이다.

실제 삼성전자가 AMD와 협업을 통해 GPU 가속기 카드에 HBM-PIM 메모리를 탑재하고 실험한 결과, HBM-PIM을 활용하지 않은 기존 GPU 가속기 대비 평균적으로 성능은 약 2배 증가하고 에너지 소모는 약 50%가 감소하는 것으로 나타났다.

이로써 현재 데이터센터들이 직면하고 있는 메모리 용량과 대역폭 한계로 인한 병목현상을 개선하고, 전력량 절감에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

삼성전자는 이를 지원할 수 있는 소프트웨어도 준비하고 있으며 다음 달 이를 공개할 예정이다.

◇ D램의 한계, CXL로 극복…'초격차' 유지 박차
삼성전자는 고용량 AI 모델을 위한 CXL(Compute Express Link) 기반의 PNM(Processing-near-Memory) 솔루션도 개발하고 있다.

CXL은 컴퓨팅 시스템에서 사용되는 인터페이스로, 프로세서와 함께 사용되는 가속기와 메모리를 보다 효율적으로 사용하고 메모리 용량의 확장을 용이하게 해준다.

일반적 컴퓨팅 시스템에서는 CPU 1개당 사용할 수 있는 D램 모듈이 제한돼 있어, D램의 용량을 늘려 데이터 처리량을 늘리기 위해서는 CPU를 새롭게 증설해야만 한다.

이와 달리 CXL은 기존 여러 인터페이스를 하나로 통합해 각 장치 간 직접 통신을 가능하게 하고, 메모리를 공유할 수 있다.

또 기존 메인 D램과 공존하면서 대역폭과 용량을 획기적으로 확장할 수 있어 데이터를 고속으로 처리하는 연산 성능을 획기적으로 개선할 수 있다.

삼성전자가 개발한 CXL D램은 대용량 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)에 적용되는 인터페이스와 폼팩터를 활용해 CPU의 추가 증설 없이 D램의 용량을 획기적으로 늘릴 수 있는 것이 특징이다.

또 PNM도 PIM처럼 메모리를 데이터 연산 기능에 활용해 CPU와 메모리 간 데이터 이동을 줄여주는 기술로, 연산 기능을 메모리 옆에 위치시켜 CPU-메모리 간 발생하는 병목현상을 줄이고 시스템 성능을 개선할 수 있다.

삼성전자는 최근 미국에서 열린 '삼성 테크 데이' 행사에서 업계 최초로 CXL 인터페이스 기반의 PNM 기술을 공개한 바 있다.

한편 삼성전자는 1993년 메모리 시장 전체에서 1위에 등극한 이후 한 번도 1위 자리를 내준 적이 없다.

시장조사기관 옴디아(Omdia)에 따르면 삼성전자의 올해 2분기 D램과 낸드 시장 점유율은 각각 43.4%, 33.3%로 세계 1위를 유지했다.

/연합뉴스