메모리 업체가 차세대 DRAM을 공개하기 시작

 

DRAM 제조사와 칩 회사들이 차세대 메모리 라인업의 존재를 본격적으로 말하기 시작했습니다. 미국 샌프란시스코에서 8월 16~18일에 개최된 인텔의 개발자 컨퍼런스인 Intel Developer Forum(IDF) 16체서 차세대 메모리 규격을 다르는 기술 세션이 있었는데요. 이곳에선 DDR5나 LPDDR5, 광대역 메모리인 HBM3의 스펙과 일부 출시 계획이 밝혀졌습니다. 또 미국 쿠퍼티노에서 열린 칩 컨퍼런스인 Hot Chips 28는 GDDR6, DDR5, LPDDR5, 저가형 HBM 등 차세대 DRAM에 대한 설명이 있었습니다.

 

 

DRAM은 공정 기술의 제약이 심해지고 미세화 제조에 들어가는 비용이 점점 더 커지고 있습니다. 또 메모리 / 스토리지 계층 자체가 변화하면서 DRAM과 SSD의 사이에 위치할 비휘발성 메모리를 도입하며 DRAM의 용량에 대한 요구를 일부 해소하고 있습니다. 그러나 낮은 지연 시간을 갖춘 광대역 DRAM을 요구하는 추세 자체는 남아 있어 새로운 DRAM 인터페이스가 필요합니다.

 

DRAM 시장 자체는 데스크탑과 노트북의 비율이 점점 떨어지고 모바일과 서버의 비율이 늘어나고 있습니다. 따라서 DRAM에 대한 요구도 바뀌고 있습니다. 칩 수가 제한된 모바일, 대용량이 필요한 서버가 중요해지면서 저전력과 대용량이 중요해지고 있습니다.

 

앞으로 몇 년 동안 PC나 서버의 메모리 모듈으론 DDR5, 스마트폰 등의 모바일 기기에선 LPDDR5, 그래픽에 GDDR6, 광대역 메모리는 HBM3와 Low Cost HBM 플러스 외에도 이미 양산에 들어간 GDDR5X와 LPDDR4X, HMC gen2 등 다양한 DRAM 기술이 투입딥니다. 한가지 제품으로 모든 것을 커버하던 시절에서 벗어나 DRAM의 다양화 시대가 열린 것입니다.

 

메모리 대역폭은 점점 더 늘어납니다. 스마트폰의 메모리 대역폭은 50GB/s 이상이며 하이엔드 GPU와 고성능 컴퓨팅(HPC)은 2TB/s 이상, 중급형 GPU는 500GB/s 이상, GPU를 내장한 클라이언트 CPU는 300GB/s 정도로 확대 될 것으로 보입니다. 간단히 말하면 기존의 2~3배 메모리 대역폭으로 확대되며 소비 전력은 일정한 수준으로 억제. 이것이 현재 메모리의 비전입니다.

 

 

각 시장별 차세대 메모리 성능 전망

 

 

표준화는 진행되지만 보급은 느린 DDR5

 

메인 스트림 메모리 모듈용 DDR 계열 메모리는 차세대 규격인 DDR5가 JEDEC(반도체의 표준화 단체)에서 규격 책정이 진행되고있습니다. DDR5은 최고 6.4Gbps의 전송 속도을 낼 수 있어 DDR4의 2배 속도를 낼 것입니다. 듀얼 채널 메모리라면 100GB/s 정도의 메모리 대역이 됩니다. 칩 용량은 32G-bit까지의 대용량을 지원(DDR4는 16G-bit까지)하며 메모리 뱅크 수는 최대 32뱅크(DDR4는 16 뱅크까지)가 됩니다.

 

그러나 DDR5의 시장 보급은 꽤 느릴 것 같습니다. 인텔의 Geof Findley(Director, Memory Ecosystem Manager, DCG Platform Memory Operations, Intel)는 규격 자체는 올해(2016 년) 중에 결정될 것이라 IDF에 밝혔으나, 본격적인 보급은 2020년 경이 될 것이라고 말했습니다. 마이크론도 샘플은 2018년, 양산은 2019년 예정이지만, 2020년에나 실질적인 보급이 된다고 핫 칩스에서 설명했습니다. IDF에서 삼성이 제시한 일정을 봐도 2017년 초까지 표준화, 2018년에 샘플, 2019년에 양산입니다. 그러나 DDR5의 출시는 가장 큰 사용자인 인텔의 로드맵에 따라 달라집니다.

 

 

인텔이 IDF에서 보여준 DDR4와 DDR5의 예측

 

 

마이크론이 핫 칩스에서 보여준 DDR5의 스펙

 

DDR5는 전압이 1.1V로 떨어지며(DDR4는 I/O와 코어 모두 1.2V) 전력 효율은 DDR4보다 높을 것입니다. 프리페치는 DDR4가 8비트인데 DDR5는 16비트입니다. 그러나 메모리 뱅크 그룹핑은 8그룹으로 두배가 됐기에 액세스는 크게 다르지 않을 가능성도 있습니다. 삼성의 설명에 따르면 메모리 모듈이 현재와 비슷하며, 마이크론은 DDR5에서 메모리 모듈의 기술 혁신이 있을 거라 설명합니다.

 

 

 

삼성이 IDF에서 공개한 DDR5의 스펙

 

 

2TB/s 이상의 초 광대역 메모리를 목표로 하는 HBM3

 

광대역 메모리 HBM은 AMD가 라데온 R9 퓨리(피지)에서 HBM1읈고 NVIDIA는 파스칼 아킽테처의 테슬라 p100(GP100)에서 HBM2를 썼습니다. 아직 나온지 얼마 안된 HBM이나 HBM3의 개발이 벌써 진행 중입니다. 이것도 예상 시기는 2019~2020년, HBM2에선 2Gbps의 전송 속도를 내지만 HBM3는 2배 이상이며, HBM 4스택으로 구성한 하이엔드 GPU는 2TB/s 이상의 메모리 대역을 내는 셈입니다.

 

HBM2에선 대용량도 8Gbit(ECC를 포함하면 9Gbit)인데 이것도 2배 이상으로 높이는 게 목표입니다. HBM2는 코어 및 I/O 전압이 1.2V나 HBM3에선 이를 대폭 낮춰 소비 전력을 줄입니다.

 

 

 

삼성이 IDF에서 공개한 HBM3의 스펙

 

 

SK 하이닉스는 차세대 HBM에서 대역 뿐만 아니라 시장을 넓힐 것이라 설명함.

 

HBM은 고성능과 함께 가격을 낮추려는 움직임도 활발해지고 있습니다. JEDEC는 HBM1의 출시 전부터 이미 저렴한 HBM을 고려하고 있었습니다. 현재 HBM은 기본 로직 다이와 실리콘 Through Silicon Via(TSV) 접속기를 필요로 하기에 비쌉니다. 저가형 HBM에선 먼저 로직 다이를 없애고 인터페이스 폭을 1024비트에서 512비트로 줄입니다. 배선 밀도를 낮추면 결국은 실리콘이 아닌 유기 재료를 써서 연결할 수 있게 됩니다. 이 밖에도 HBM의 패키지 기술을 저렴한 것으로 쓸 가능성도 핫 칩스에서 내비췄습니다.

 

 

 

핫 칩스에서 삼성은 저렴한 HBM의 방향성을 제시했습니다.

 

 

덧붙여서 HBM은 인텔도 채용을 검토하고 있습니다. HBM2와 HBM3 중 어느 쪽일지는 알 수 없지만요.

 

 

LPDDR4X에서 LPDDR5로 진화하는 모바일 DRAM

 

LPDDR 메모리의 진화는 LPDDR4X과 LPDDR5의 2단계가 됩니다. DDR5에 비해 훨씬 빠른 움직임으로, LPDDR4X는 올해(2016 년), LPDDR5는 2018년에 생산될 전망입니다.

 

모바일용 LPDDR4의 전력을 낮춘 LPDDR4X는 삼성이 강력하게 추진하고 있습니다. LPDDR4X의 핵심은 코어 전압 (VDD)은 유지하고 I/O 전압 (VDDQ)만을 낮춘다는 점입니다. I/O 전압을 LPDDR4의 1.1V ~ 0.6V로 낮춰 I/O 전력을 40% 정도 줄입니다.

 

LPDDR4X가 대상으로하는 최고 클럭은 4.266Gbps며 이를 LPDDR4의 3.2Gbps와 같은 수준의 전력으로 실현합니다.

 

LPDDR4X는 삼성이 먼저 진행하지만 다른 DRAM 제조사도 지원할 예정입니다. 한 JEDEC 관계자는 "LPDDR4X는 LPDDR4를 생산하는 모든 업체에서 제조하며, 사용자도 이미 움직임을 보이고 있는 등, 다양한 제조사와 사용자를 확보한 규격"이라고 말했습니다. 실제로 JEDEC의 컨퍼런스에서 마이크론 LPDDR4X의 설명을 한 바 있습니다.

 

 

 

LPDDR4X는 올해부터 도입

 

 

삼성이 핫 칩스에서 공개한 LPDDR4의 스펙

 

LPDDR5는 인텔이 현재 개발 최종 단계라고 설명했습니다. 내년인 2017년엔 JEDEC가 LPDDR5의 스펙을 공개하고 2018년엔 시장에 등장할 거라고 합니다. LPDDR5의 전송 속도는 6.4Gbps, I/O 전압은 0.6V 이하, 절전 기능이 향상돼 LPDDR4X보다 전력을 20% 납출 수 있습니다.

 

 

 

삼성이 핫 칩스에서 공개한 LPDDR5의 스펙

 

LPDDR 메모리의 규격화가 활발해진 것과 대조적으로, 모바일의 스택 구조 DRAM 규격인 Wide I/O 계열을 별 움직임이 없습니다.

 

 

그래픽용 고속 메모리 규격인 GDDR6는 앞당겨짐

 

GDDR6는 GDDR5의 후속 메모리 규격입니다. 대상 전송 속도는 14~16Gbps로 GDDR5의 2배 전송 속도입니다. 256비트 메모리 인터페이스의 중급형 GPU라면 500GB/s 급의 메모리 대역을 실현할 수 있습니다. 클럭과 어드레스 클럭은 GDDR5와 같으나 전송 속도는 두배로 늘립니다. GDDR6는 JEDEC에서 규격화를 촉진해 내년에 등장할 거라고 하네요.

 

이 배경에는 제조사의 정치적인 관계도 포함됩니다. GDDR5의 후속 메모리는 마이크론이 GDDR5X를 상품화해 NVIDIA 지포스 GTX 1080(GP104)에 채용했습니다. GDDR5X도 JEDEC의 표준이나 LPDDR4X와 달리 마이크론 외에 다른 제조사가 상품화하진 않을 것입니다. 삼성 등의 경쟁사는 GDDR6에 주력하고 있어, 현재 GDDR5의 후속 메모리는 2개로 갈라진 상황입니다.

 

 

 

삼성이 핫 칩스에서 공개한 GDDR6의 스펙