거대 공유 메모리 풀을 중심으로 CPU 중심의 구조 벗어나
젠-Z 컨소시엄, 메모리 중심 컴퓨팅 주도해

올해는 메모리가 세계 반도체 시장의 호황을 이끌었다. 메모리가 호황을 맞은 이유는 공급이 수요를 맞추지 못해 메모리 가격이 올랐기 때문이다. 그렇다면 앞으로 인공지능(AI) 시대가 오면서 메모리 시장은 어떤 변화를 맞이할까.

미래에셋대우 도현우 연구위원은 “내년 상반기까지는 괜찮을 것으로 본다. D램은 캐파 투자 자제와 서버형 수요 덕분에 가격 상승세가 지속 중이다. 낸드는 아이폰X 수요가 있어 가격 상승이 시작되었다. 2018년 상반기까지는 메모리 수급이 양호할 것”이라며 “내년 4분기에는 중국 메모리 반도체 업체가 소규모로 생성 예정이라 이 점이 변수가 될 수 있다”고 말했다.

메모리 반도체의 수요가 양호할 것으로 예상되는 가운데 우리가 주목해야 할 이슈는 어떤 것이 있을까. 도 연구위원은 메모리 중심 컴퓨팅을 눈여겨 봐야 한다고 강조했다.

전통적인 컴퓨터 시스템은 프로세서를 중심으로 메모리가 배치되어 있어 서버 내의 데이터를 찾는 것은 빠르지만 병렬 구조로 되어 있는 옆 서버의 데이터를 찾으려면 오래 걸린다. 인공지능 데이터를 처리하려면 이런 구조로는 무리가 있다. 이에 제시된 방법이 메모리와 프로세서를 떨어뜨려 놓는 구조이다. 서버 내에서 데이터를 찾는 속도는 다소 느려질 수 있으나 다른 서버의 정보를 찾는 속도는 빨라진다. 구조를 이렇게 바꾸게 되면 기존의 방식보다 메모리의 수가 늘어나야 한다.

CPU, FPGA, GPU, D램, SSD 등을 모두 분리해 놓은 메모리 중심 컴퓨팅의 구조는 거대한 공유 메모리 풀을 만드는 것이 핵심이다. 메모리 풀에서는 모든 프로세서가 병렬로 연결되고 시스템의 다른 부분에 데이터를 전송할 필요가 없어지기 때문이다. 공유 메모리 풀은 기존보다 메모리 수가 늘어나면서 비싼 D램의 가격이 문제가 되고 있다. 이를 해결하기 위한 대안으로 차세대 메모리인 스토리지클래스메모리(SCM)이 지목되었다. D램 수준의 속도를 유지하면서 비휘발성 메모리다.

지금 SCM을 양산하고 있는 곳은 인텔이 있다. 인텔은 마이크론과 공동 개발한 3D X포인트 기술을 활용해 SCM의 일종인 옵테인 메모리를 만들었다. 이어 JEDEC 규격을 따르지 않고 독자적인 규격도 만들고 있다.

인텔을 제외한 다른 업체들은 젠-Z(GEN-Z) 컨소시엄을 구성했다. 삼성전자, SK하이닉스, ARM, 자일링스 등 데이터 센터 업체를 제외한 대부분의 업체가 포함되어 있다. 이들의 목표는 SCM 등 차세대 메모리 개발과 메모리 중심 컴퓨팅으로의 전환이다.

도 연구위원은 “HPE가 올해 3월 메모리 중심 컴퓨팅을 구현하기 위한 프로토타입 ‘The Machine’을 공개했다. 노드 40개, 메모리 풀 용량이 160TB이다”며 “인텔의 3D XPoint가 가격이나 용량면에서 낸드플래시와 D램의 중간급 역할을 한다. 내년부터는 시장에 영향이 있을 것”이라고 전했다.

최근 업계에서 주목 받고 있는 메모리는 HBM(고대역폭 메모리)이다. CPU나 GPU와 같은 로직 반도체와 메모리를 1개의 패키지로 묶은 것을 2.5D 패키지라고 한다. 여기에 들어가는 D램이 HBM이다. 2.5D 패키지는 속도가 빠른 대신, 칩 간 데이터 전송 시 병목 현상이 심하다. HBM은 3차원 적층 기술인 실리콘관통전극(TSV)을 이용해 D램을 수직으로 쌓기 때문에 메모리간의 직접적 연결로 빠른 속도를 기대할 수 있다. 하지만 수율은 낮고 가격이 높다.

도 연구위원은 “TSV 공정이 어렵고 비싸다. 현재 시장에서는 1%의 비중을 차지하고 있는데 30%까지 증가할 것으로 본다”며 “이에 따른 후공정 장비의 수요도 커질 것”이라고 예상했다.