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메모리는 어떻게 진화할까




PC나 스마트폰에 필수적인 반도체인 램(RAM), 메모리는 시대와 함께 대용량화, 고속화, 저가격화가 이뤄져 왔다. 보통 메모리라고 부르는 램(Random Access Memory)은 저장된 데이터에 임의 순서로 액세스할 수 있는 저장장치다. 램은 연산 처리를 하는 CPU와 데이터를 저장하는 스토리지간 데이터 전달을 담당한다. 램의 고속화, 대용량화, 저가격화는 컴퓨터 성능 향상에 큰 역할을 해왔을 뿐 아니라 앞으로 미래 컴퓨팅 변화를 결정짓는 요소 가운데 하나라고 해도 과언이 아니다.

램 가격은 다른 반도체에 비해 큰 가격 차이를 보이지만 장기적으로 보면 램 용량당 가격은 꾸준히 내려가고 있다. 2000년 당시 1,000달러 이상이던 1GB 메모리는 올해에는 5달러다. DRAM 뿐 아니라 SSD 등 비휘발성 메모리 가격도 시간이 지나면서 내려간다. 이로 인해 컴퓨팅 성능은 계속 올라간 건 물론이다.

현재 컴퓨터에는 RAM에 DRAM(Dynamic Random Access Memory)이라는 전하를 축적하고 정보를 유지하는 반도체 메모리가 사용된다. 하지만 DRAM은 휘발성 메모리로 전력을 잃으면 데이터를 저장할 수 없다는 큰 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 정기적으로 스토리지에 데이터 재작업을 하지만 이 작업으로 중복성은 유지되지 않고 처리 속도가 느려지는 단점을 안고 있다.





이런 휘발성 문제를 해소한 비휘발성 메모리인 NAND 플래시는 SSD 등에 활용되고 있다. SSD는 기존 저장매체인 HDD를 대체하고 있다. 램과 마찬가지로 성능 향상이 두드러지고 있는 SSD는 최근 높은 신뢰도와 성능이 요구되는 데이터센터에도 활용되려 한다. 하지만 구글은 6년이라는 오랜 시간 동안 데이터센터에서 실시한 조사 결과 기존 HDD에 비해 SSD의 신뢰도가 낮다는 결론을 내리는 등 아직까지 SSD가 HDD를 완전히 대체할 수 있는 단계는 아니라고 말한다.





DRAM이 가진 빠른 속도라는 장점에 휘발성이라는 단점을 보완해 RAM과 NAND 플래시의 중간 특성을 지닌 새로운 램 개발도 진행 중이다. 자성 메모리 MRAM(Magnetic Random Access Memory)도 유력한 대체 메모리 중 하나다. 메모리 셀을 자화해 데이터를 기록하는 MRAM은 비휘발성이지만 뛰어난 쓰기 속도를 갖췄고 다시쓰기 횟수도 무제한이라는 특징을 지녔다. 덕분에 DRAM과 스토리지를 대체할 메모리로 기대를 모으고 있다.





인텔과 마이크론이 공동 개발 중인 3D 크로스포인트(3D XPoint)도 유력한 메모리 기술 가운데 하나다. 기록 밀도는 DRAM의 10배 이상이며 쓰기 속도나 내구성은 NAND 플래시보다 1,000배, 더구나 비휘발성 특성을 지녔고 DIMM도 지원하기 때문에 DRAM 캐시로 초고속 스토리지로 이용하는 것도 상정하고 있다.

그 밖에 IBM이 개발 중인 상변화 메모리 PCM(phase-change memory)은 DRAM보다 고밀도, 저비용, 비휘발성 메모리를 제조할 수 있는 가능성을 갖고 있다.





소비자용 PC와 스마트폰에서 램의 대용량화, 고속화는 멀티태스킹에 위력을 발휘한다. 따라서 램의 대용량화, 고속화를 요구하는 목소리는 높을 수밖에 없다. 이런 경향은 첨단 슈퍼컴퓨터에서도 예외가 아니다. 올해 기준으로 전 세계 최고 속도를 기록한 슈퍼컴퓨터인 중국 선웨이 타이후라이트(Sunway TaihuLight)에는 1.3PB, 그러니까 1,300TB에 이르는 DDR3 메모리가 탑재되어 있다. 대용량화, 초고속화를 위해 메모리는 고성능 슈퍼컴퓨터에도 필수적인 존재인 것이다. 오는 2022년 완성될 예정인 에딘버러 슈퍼컴퓨터센터의 차세대 슈퍼컴퓨터는 DRAM과 함께 3D 크로스포인트 메모리를 탑재할 것으로 보이고 있다.





미국 오바마 대통령이 제창한 엑사스카일 컴퓨팅 프로젝트(Exascale Computing Project)는 2023년까지 엑사바이트 규모의 새로운 슈퍼컴퓨터 완성을 목표로 한 것이다. 여기에는 처리 속도 뿐 아니라 전력 효율에서도 현저한 성능 향상이 요구된다. 이런 상반된 조건을 충족시키려면 램의 역할이 클 것으로 보여진다. 앞으로도 컴퓨팅 진화에서 램의 성능 향상 요구는 계속될 것이다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.

이석원 기자  lswcap@techholic.co.kr

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