코 앞으로 다가온 DDR5 시대, 변화와 성능 향상은?

PC 시장이 변화를 앞두고 있습니다. 바로 인텔과 AMD가 선보일 차세대 프로세서에 DDR5 메모리가 채용될 예정이기 때문이죠. 2014년 하반기에 DDR4 메모리가 PC 시장에 등장했으니 7년만에 세대 변화가 진행됩니다. 프로세서나 그래픽 프로세서 등이 1~2년 주기로 변화하는 것과 달리 메모리는 변화가 제한적이었습니다. 세대교체가 한 번 이뤄지면 차세대 제품이 등장할 때까지 조금씩 속도와 용량이 증가하는 정도였죠.

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▲ 곧 출시될 예정인 인텔의 차세대 코어 프로세서를 시작으로 DDR5 메모리를 쓰는 플랫폼이 점차 증가할 예정입니다. (이미지 – 인텔 유튜브)

당장 DDR5 메모리에 주목하는 분위기입니다. 아무래도 차세대 메모리와 호흡을 맞추는 프로세서가 큰 틀에서의 변화를 예고하고 있으니까요. 여러 요인이 모여 성능 향상을 경험할 수 있으리라는 기대감이 작용하고 있는 듯합니다. 공개된 DDR5 메모리의 제원이나 기술을 보면 충분히 DDR4를 앞서는 모습입니다.

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그렇다면 차세대 메모리의 등장은 컴퓨팅 환경에 큰 변화를 주게 될까요? DDR5 메모리의 특징을 간단히 살펴보고 미래를 예상해 보도록 하겠습니다.

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4세대에서 5세대로, DDR5 메모리의 큰 특징은?

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일반적으로 PC를 사용하는 입장에서 봤을 때 DDR4와 DDR5의 차이는 크게 작동속도와 용량 등 성능적 측면, 전력소모 하락에 의한 효율성 측면이 아닐까 합니다. 뿐만 아니라, 데이터 입출력 성능을 높이고자 다양한 기술을 접목하기도 했습니다.

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▲ DDR4와 DDR5의 차이점. 속도와 용량, 전력소모, 효율성 향상 기술 등 전반적인 차이를 보여주고 있습니다. (이미지 - SK하이닉스 뉴스룸)

가장 먼저 두드러지는 속도 측면을 살펴보겠습니다. 현재는 4000MHz 이상의 작동속도를 제공하는 메모리까지 있지만, 초기 DDR4 메모리는 1600MHz에서 3200MHz까지 제안되었습니다. 반면, DDR5 메모리는 3200MHz에서 8400MHz까지 구현 가능한 것으로 제안하고 있습니다. 최저 기준으로만 봐도 2배 가량 증가한 속도입니다.

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용량도 크게 증가합니다. 기존 16Gb 정도였던 칩당 용량이 64Gb까지 확대되기 때문입니다. 이에 각각 모듈당 32GB(16Gb x 16)에서 128GB(64Gb x 16)까지 제공될 것으로 전망됩니다. 더 많은 메모리 용량을 활용함으로써 더 많은 데이터를 빠르게 주고받을 수 있지 않을까 합니다. 일반 PC 시스템 시장보다는 다수의 메모리 채널을 활용하는 하이엔드데스크톱(HEDT) 기반 시스템에 유용할 듯하네요.

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▲ DDR5 메모리는 칩당 집적도가 향상되면서 기본 제공되는 용량도 크게 증가하게 됩니다. (이미지 - SK하이닉스 뉴스룸)

전력소모 측면에서도 이점이 있습니다. DDR4 메모리는 1.2V의 기본 전압을 제공하는데요. DDR5 메모리는 1.1V로 줄었습니다. 이렇게 보면 전력효율 효과가 크지 않을 것처럼 느껴지는데요. 세부적으로 보면 변화가 있습니다. 바로 부하에 따라 전력을 조율하는 프로그래밍 전압(VPP) 수치가 2.5V에서 1.8V로 낮아진 것입니다.

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▲ 메모리 뱅크를 효율적으로 활용하는 기술이 DDR5에 적용된 것이 특징입니다. 세임 뱅크 리프레시 기술도 그 중 하나라 하겠습니다. (이미지 - 마이크론)

반면, 칩의 저장공간이 증가하면서 용량에 따라 지연시간(Latency) 상승은 피할 수 없었습니다. 지연시간은 명령을 받고 데이터가 나오기까지의 시간을 말하는데요. DDR5 메모리는 DDR4 메모리보다 이 시간이 조금 더 길어졌습니다. 대신 작동속도가 증가했고 기존 메모리의 한계 중 하나였던 뱅크 잠김을 해결하는 ‘세임 뱅크 리프레시(Same Bank Refresh)’ 기술 등을 적용했습니다.

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DDR5 메모리는 칩 하나에 4개의 뱅크가 8개 그룹으로 묶여 있는 구조를 취하는데요. 기존 DDR4 메모리는 하나의 뱅크에 접근하고 데이터가 나가는 과정에서 모든 뱅크가 잠긴다고 하면, DDR5 메모리는 데이터 입출력 과정에서 쓰지 않는 하나의 뱅크를 빠르게 초기화해 재접근할 수 있도록 준비합니다. 이 작업은 기본 탑재되는 오류정정장치(ECC – Error Correction Code)가 담당하게 됩니다.

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▲ DDR5에 와서는 모듈당 2개의 분리된 채널을 활용해 데이터를 주고받는 구조로 변경됐습니다. (이미지 – 마이크론)

또 다른 변화는 메모리 모듈이 2개의 독립된 전송 채널을 갖는다는 점입니다. 기존에는 1개의 채널이 64비트 데이터 전송 채널을 구성한다면 이제는 32비트 x 2 구조가 되는 셈이네요. 메모리에 따라 최대 40비트(데이터 32비트 + ECC 8비트) 채널을 갖기도 합니다. 1개의 왕복 64차로 고속도로 안에서 차량이 이동하는 구조였다면, DDR5는 2개로 분리된 왕복 32차로 고속도로에서 차량이 이동하는 형태가 됐습니다. 여기에 명령이 이뤄졌을 때 데이터가 처리되는 수인 BL(Burst Length)을 채널당 8에서 16으로 두 배 증가시켰는데요. 이 같은 구성들로 인해 DDR5 메모리의 채널당 데이터 전송 대역폭은 DDR4 대비 2배 이상 높아질 듯합니다.

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이런 변화가 성능 향상에 영향을 줄까?

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DDR5 메모리는 DDR4 메모리에 비해 비교적 많은 변화 요소를 품고 있습니다. 그렇다면 가장 중요한 ‘이런 변화가 실제 성능에 영향을 줄 것인가?’라는 부분에서는 어떨까요? 섣불리 예측하기 어렵지만, 성능 향상은 있을 듯합니다. PC의 성능 향상은 데이터를 빠르게 전달하고 처리하는 과정이 얼마나 빠른가에 있습니다. 여기에는 프로세서의 아키텍처, 메모리의 성능, 데이터가 오가는 라인의 효율성 등 다양한 변수가 존재하죠.

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이 때문에 성능 향상이 극적이지 않을 수 있다는 예상도 나옵니다. 현재 PC 시장에서 많이 쓰이는 메모리는 DDR4-2666에서 DDR4-3200 정도입니다. 특수한 영역에서는 DDR4-4000 규격의 제품도 판매 중입니다. 하지만 대부분의 프로세서는 DDR4-2666에서 DDR4-3200 정도 수준의 메모리와 호환이 되는 수준으로 그 이상은 소위 ‘오버클럭(Overclock)’이라는 작업을 거쳐야 합니다.

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▲ DDR5 메모리에 대한 평가는 출시되는 차세대 프로세서의 실력과 함께 평가될 것으로 보입니다. (이미지 - SK하이닉스 뉴스룸)

시장 내에서는 DDR5 메모리가 4800MHz(PC5-38400으로 예상)를 중심으로 출시될 것이라 알려져 있습니다. 그렇다면 프로세서 내에 탑재되는 메모리 컨트롤러 역시 이에 맞춰질 가능성이 높습니다. 여기에 프로세서와 컨트롤러 사이의 대역폭이나 작동속도, 처리구조(아키텍처) 등과 맞물리면서 최종적인 성능이 결정될 것입니다. 아무리 이전 대비 빨라진 DDR5 메모리라도 이를 사용할 프로세서가 어떻게 완성되느냐에 따라 완성도의 평가가 이뤄질 것으로 보입니다.