CXL(Compute Express Link), 차세대 대규모 데이터 처리 기술에 대해 알아보기

CXL (Compute Express Link)은

PCI 익스프레스 (PCIe) 인터페이스 기반으로 컴퓨터 중앙연산장치 (CPU) 등 여러 장치와 메모리를 연결하는 통합 인터페이스 표준입니다. 이 기술은 기존 시스템의 데이터 처리 지연과 속도 저하, 확장성 문제를 해결할 방법으로 주목받고 있습니다.

 

기존의 여러 인터페이스를 하나로 통합해 각 장치 간 직접 통신을 가능하게 하고, 메모리를 공유할 수 있다는 점에서 CXL은 기존 기술과 차별화됩니다. 특히, 고용량 CXL D램을 적용하면 메인 D램과 더불어 서버 한 대당 메모리 용량을 8~10배 이상 늘릴 수 있어 대용량 데이터를 빠르게 소화 가능하다는 점이 큰 장점입니다.

 

CXL 기술은 삼성전자, 레드햇 등의 기업들이 주도하고 있습니다. 이들 기업은 CXL 기반의 제품인 CMM-D의 성공적인 동작 검증을 통해 차세대 메모리 분야 소프트웨어 기술 협력의 결실을 거두었습니다. 또한, 퀄리타스반도체, 오픈엣지테크놀로지, 파네시아 등의 기업들이 CXL 관련 IP를 보유하고 있습니다.

 

이러한 CXL 기술의 발전 원인은 AI, 머신러닝 등 데이터 처리량이 폭발적으로 증가하며 기존 D램의 한계를 극복할 필요성에서 비롯되었습니다. 이러한 배경 속에서 CXL은 AI, 머신러닝 등 고성능 연산이 요구되는 애플리케이션에서 다양한 기종의 제품을 획기적으로 연결할 수 있는 차세대 인터페이스로 주목받고 있습니다.

 

향후 전망으로는 CXL 메모리 플랫폼 시장이 2030년까지 200억 달러 (약 24조 원) 규모로 성장할 것으로 예상되며, 2027년 이후에는 세상에 있는 모든 CPU가 CXL과 연동할 수 있도록 설계될 것으로 관측됩니다. 이러한 전망은 CXL 기술이 데이터 집약적 산업에 필수적인 요소로 여겨지고 있음을 반영한 것입니다.

 

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CXL (Compute Express Link)과 PCIe (Peripheral Component Interconnect Express)

는 모두 데이터 전송을 위한 인터페이스 기술입니다. 그러나 이 두 기술은 몇 가지 중요한 차이점을 가지고 있습니다.

 

ⓐ 통신 방식:

PCIe는 일대일 통신 기술로, SSD와 메모리의 연결과 같은 일대일 통신에 주로 사용됩니다. 반면에 CXL은 일대일 통신을 지원하면서도 일관된 프로토콜을 통한 전송을 이용해 향후 일대다 통신을 지원합니다.

 

ⓑ 메모리 공유:

CXL은 CPU와 그래픽처리장치 (GPU), 가속기 등 여러 장치와 메모리를 연결하며, 이들 장치 간 직접 통신을 가능하게 하고, 메모리를 공유할 수 있습니다. 이는 고성능 컴퓨팅 환경에서 프로세서와 가속기 간 메모리 공유를 통해 초저지연 컴퓨팅을 구현하고, 서버 내 메모리 리소스의 범용성과 확장성을 제공하는 기술에 대한 표준 사양 및 적용 방안을 제시합니다.

 

ⓒ 호환성:

CXL은 PCIe 물리 인터페이스를 기반으로 하며, 기존의 하드웨어 및 소프트웨어와의 호환성을 제공합니다. 이는 CXL 디바이스가 PCIe를 지원하는 모든 시스템에서 작동할 수 있음을 의미합니다.

 

ⓓ 프로토콜:

CXL은 CXL.io, CXL.cache, CXL.mem 등 세 가지 주요 프로토콜로 구성되어 있습니다. 이들 프로토콜은 디바이스 검색 및 관리, 프로세서 메모리 접근, 그리고 메모리 일관성 유지 등의 기능을 담당합니다.

따라서, CXL과 PCIe는 기본적으로 비슷한 목적을 가지고 있지만, CXL은 메모리 공유와 일대다 통신 등의 추가적인 기능을 제공하여 데이터 중심의 애플리케이션에서 높은 성능을 발휘합니다.