Kioxia, 5TB 대용량 및 64GB/s 고대역폭 플래시 메모리 모듈의 성공적인 프로토타이핑 달성

엣지에서 고급 AI 프로세싱을 지원하여 산업의 스마트 혁신을 촉진

2025년 08월 20일

KIOXIA Corporation

메모리 솔루션 분야의 세계적인 선도업체인 Kioxia Corporation은 대규모 인공 지능(AI) 모델에 필수적인 대용량 고대역폭 플래시 메모리 모듈의 프로토타입을 성공적으로 개발했습니다. 이 성과는 일본의 국가 연구개발 기관인 New Energy and Industrial Technology Development Organization(NEDO)이 의뢰한 'Post-5G 정보통신 시스템 인프라 강화 R&D 프로젝트(JPNP20017)'에서 달성되었습니다. 이 메모리 모듈은 5테라바이트(TB)의 대용량과 초당 64기가바이트(GB/s)의 고대역폭을 제공합니다.

Kioxia는 DRAM 기반 기존 메모리 모듈에서 어려운 용량과 대역폭 간의 균형을 해결하기 위해 플래시 메모리 비드와의 데이지 체인 연결을 활용하는 새로운 모듈 구성을 개발했습니다. 또한 플래시 메모리 성능을 향상시키는 기술과 함께 초당 128기가비트(Gbps)의 대역폭을 지원하는 고속 트랜시버 기술을 개발했습니다. 이러한 혁신은 메모리 컨트롤러와 메모리 모듈 모두에 효과적으로 적용되었습니다.

이 메모리 모듈의 실제 적용은 post-5G 모바일 엣지 컴퓨팅(MEC) 서버 및 기타 애플리케이션에서 사물인터넷(IoT), 빅데이터 분석 및 고급 AI 처리의 채택을 가능하게 함으로써 디지털 트랜스포메이션을 가속화할 것으로 예상됩니다.

1. 배경

post-5G/6G 이후 시대에 무선 네트워크는 더 높은 속도, 더 낮은 지연 시간 및 더 많은 장치를 동시에 연결할 수 있는 기능을 달성할 것으로 예상됩니다. 그러나 처리를 위해 원격 클라우드 서버로 데이터를 전송하면 유선 네트워크를 포함한 전체 네트워크에서 지연 시간이 증가하여 실시간 애플리케이션이 어려워집니다. 이러한 이유로, 다양한 산업 전반에 걸쳐 디지털 트랜스포메이션을 추진할 것으로 기대되는, 사용자에게 더 가까운 곳에서 데이터를 처리하는 MEC 서버를 광범위하게 채택할 필요가 있다. 또한 생성형 AI와 같은 고급 AI 애플리케이션에 대한 수요가 최근 몇 년 동안 증가하고 있습니다. MEC 서버의 성능 향상과 함께 메모리 모듈은 더 큰 용량과 더 높은 대역폭을 가져야 합니다.

이러한 배경에서 Kioxia는 이 프로젝트를 위해 플래시 메모리를 사용하여 메모리 모듈의 용량과 대역폭을 향상시키는 데 중점을 두었습니다. 이 회사는 5TB의 용량과 64GB/s의 대역폭을 갖춘 프로토타입 메모리 모듈을 개발하는 데 성공했으며 그 운용성을 검증했습니다.

2. 이번 프로젝트의 성과

2.1 데이지 체인 연결 채택

대용량과 고대역폭 메모리 모듈을 동시에 구현하기 위해 Kioxia는 버스 연결 방식 대신 각 메모리 보드에 컨트롤러를 구슬(bead)처럼 직렬로 연결하는 데이지 체인(daisy-chain) 방식을 도입했습니다(그림 2). 그 결과, 플래시 메모리의 수가 증가해도 대역폭이 저하되지 않으며, 기존 제한을 초과하는 대용량이 달성됩니다.

2.2 128Gbps PAM4⁽¹⁾ 고속, 저전력 송수신기

고속 차동 직렬 신호 방식은 메모리 컨트롤러 간 데이지 체인(daisy-chain) 연결에 기존 병렬 신호 대신 적용되어 연결 수를 줄이고, 저전력으로 128Gbps의 고대역폭을 달성하기 위해 PAM4(Pulse Amplitude Modulation with 4 Levels) 방식이 활용됩니다. 그림 3:

그림 3: 128Gbps PAM4 고속, 저전력 신호 전송의 실제 측정 결과
(수신 및 재생 파형)

2.3 플래시 메모리 성능 향상 기술

Kioxia는 메모리 모듈에서 플래시 메모리의 읽기 지연 시간을 단축하기 위해 순차 액세스 중에 데이터를 미리 가져와 지연 시간을 최소화하는 플래시 미리 가져오기 기술을 개발했으며 이를 컨트롤러에서 구현했습니다. 또한 메모리 컨트롤러와 플래시 메모리 사이의 인터페이스에 저진폭 시그널링 및 왜곡 보정/억제 기술을 적용하여 메모리 대역폭을 4.0Gbps로 증가시켰습니다.

2.4 메모리 컨트롤러 및 메모리 모듈 프로토타이핑

Kioxia는 플래시 메모리 성능을 향상시키는 128Gbps PAM4 고속 저전력 트랜시버 및 기술을 구현함으로써 PCIe® 6.0(64Gbps, 8레인)을 서버 호스트 인터페이스로 사용하는 메모리 컨트롤러 및 메모리 모듈을 프로토타입화했습니다. 프로토타입 메모리 모듈은 40와트 미만의 전력 소비로 5TB의 용량과 64GB/s의 대역폭을 실현할 수 있음을 입증했습니다.

3. 향후 계획

Kioxia는 IoT 및 빅데이터 분석과 엣지에서의 고급 AI 처리 외에도, 생성형 AI와 같은 새로운 시장 동향을 활용하여 이 연구 결과의 초기 상용화 및 실용화를 추진하고 있습니다.

메모:

PAM4(Pulse Amplitude Modulation with 4 Levels): 2비트 데이터를 표현하는 4개의 전압 레벨을 사용하는 데이터 전송 기술입니다.

PCIe는 PCI-SIG의 등록 상표입니다.
회사명, 제품명 및 서비스명은 제3자 회사의 상표일 수 있습니다.

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