CXL対HBM: サムスン、SKハイニックス、マイクロンが次世代AIデータセンターのフロンティアに向けて競い合う理由

現在、世界市場で供給不足となっているHBM（高帯域メモリー）は、高帯域のメモリーを指す。帯域幅とは、単位時間あたりに転送できるデータの総量のことである。マイクロン (MU)、SKハイニックス、およびサムスン電子は、現在、世界的なHBMの主要な量産サプライヤーである。エヌビディアの (NVDA) H100/B200チップは、この技術に大きく依存している。

現時点では、量産体制に入る最新の技術規格は、第6世代の広帯域メモリーであるHBM4である。HBM4は、エヌビディアのVera Rubin（ベラ・ルービン）プラットフォームやAMDのMI450における標準となっている。より高度で効率的なHBM4Eはまだ量産に入っていないが、主要メーカーのロードマップにはすでに登場している。

HBMは、DRAMチップを3次元（3D）に積層し、プロセッサーの直近にパッケージングすることで帯域幅を拡大するハードウェア・アーキテクチャである。その技術的な利点には、メモリーとプロセッサーが近接していることでデータ伝送経路が極めて短いことが挙げられる。3D積層に用いられるコア技術であるTSV（シリコン貫通電極）は、DRAMチップ内に数千もの垂直な電気信号経路を作成することに相当し、電気信号がすべての層を垂直に貫通することを可能にする。

ハードウェア・アーキテクチャであるHBMとは異なり、CXLはインターコネクト・プロトコルである。CXLはCPUと外部デバイスを接続するために使用され、柔軟性と拡張性を追求しつつ通信のボトルネックを解消することを目指している。しかし、共通しているのは、両技術とも「メモリーの壁」問題、すなわちチップが十分な速さでデータにアクセスできず、ユーザーが長いレスポンス時間を強いられるという課題に対処するために設計されている点である。

HBMと比較したCXLの利点は、そのメモリー容量の大きさにある。データ伝送速度はHBMより低いものの、CXLはサーバーのスロット制限を回避してテラバイト級のメモリー容量を提供でき、「メモリー・プーリング」と呼ばれる複数のプロセッサー間でのメモリー共有を可能にする。HBMに比べてCXLは低コストで拡張も容易なため、より費用対効果の高い大規模メモリー・ソリューションとなっている。

将来的には、HBMとCXLが協力してAIサーバーを支えることになる。広帯域のHBMがモデルの基幹演算に使用される一方で、CXLは大容量メモリーを提供し、膨大なデータ・アクセスを支えるメモリー・プールとして機能する。

次世代のデータセンターがCXLを必要とする理由は、まさにその機能にある。メモリープーリングを通じて外部メモリーの拡張や共有を可能にし、データ転送速度のボトルネックを解消しながら、コストを削減できるためだ。

従来のサーバーのメモリースロットはCPUに直結されており、メモリーが不足した場合にはサーバーを増設するほかなかった。しかし、CXL技術を用いれば、ハードディスクのようにPCIeインターフェースを介してメモリーを外部接続でき、マザーボードのスロットという物理的制限を打破できる。理論上、サーバーに十分なPCIeスロットがある限り、メモリー容量を際限なく増やすことが可能だ。

一方、従来のデータセンターでは、物理的な隔離により異なるサーバー間でメモリーを共有することはできなかった。だが、CXL 2.0ではメモリープーリングが導入され、すべてのメモリーが一つのプールに配置される。CXLスイッチは、より多くのリソースを必要とするサーバーにリアルタイムでメモリーを割り当てることができ、リソースの利用効率が向上する。メモリー価格が上昇し続ける中で、この動きは間違いなく大幅なコスト削減につながるだろう。

データ転送速度に関しては、従来のデータセンターにおけるアクセラレーター間の通信は標準的なPCIeプロトコルを使用しており、データを「パケット」化してソフトウェアスタック経由で処理する必要があるため、低速で高遅延という課題があった。しかし、CXLによるメモリーコヒーレンシ（整合性）に基づけば、アクセラレーターはプールされたリソースに対してハードウェアレベルで直接リード/ライトアクセスが可能になり、データ転送経路が大幅に短縮される。

CXLの採用はデータセンター技術に大きな飛躍をもたらすが、その大規模な商用化には依然として重大な制約がある。この技術は、データセンター内のCPU、GPU、メモリー、ネットワーク機器のすべてが同じ標準をサポートする必要があるためだ。CXLにおける業界を跨いだエコシステム調整の複雑さは、普及に向けた道のりにおいて依然として最大の障壁となっている。

韓国経済新聞によると、サムスンのCXLメモリーシステム「Pangea v2」は、従来のRDMAソリューションに比べ10.2倍高いデータ転送能力と最大96%のボトルネック削減を実現し、卓越した性能を実証した。これはCXL分野における重要な技術的ブレイクスルーとなる。

同システムは、インテル（INTC）、エヌビディア、および他社が2020年に共同で発表したCXL 2.0規格に基づいており、22個のCXL DRAMモジュール（CMM-D、すなわちCXLメモリーモジュール-DRAM、CXLベースのDRAMメモリーモジュールの意）を単一の共有メモリープールに統合し、最大5.5TBのメモリー容量へのマルチサーバーアクセスをサポートする。

サムスンの「Pangea v2」は、現在のCXL 2.0時代におけるシステムの最高峰を象徴している。しかし、CXLセクターにおける技術革新のスピードが速いことを考慮すると、v2の意義は永続的なリーダーとしての役割よりも、CXL 2.0技術のベンチマークを設定した点にある。

CXL規格は現在バージョン3.2に達しており、サムスンは2026年中に最新仕様に基づく「Pangea v3」をリリースする計画を発表した。v3はより強力な光通信サポートと高いシングルポート帯域幅を導入する予定で、性能はv2を上回ると予測されている。

Samsungに加え、競合他社のSK HynixとMicronは共にCXL分野で成熟した製品を投入している。今年3月、SK HynixはCFMS 2026 Global Flash SummitにおいてCMM-DDR5 CXLメモリ・モジュールを披露したが、それよりも早い段階でCXL運用向けに開発されたソフトウェア・スイートであるHMSDKをすでに導入していた。Micronも2023年にCZ120メモリ拡張モジュールを発売している。

現在、成熟した製品を投入しているテック企業は依然として少数派である。前述の企業以外にも、複数のテック大手がCXL対応製品を導入している。例えば、Intelの第5世代Xeonおよび最新のGranite RapidsプロセッサはCXL 2.0を完全にサポートしており、一部の機能でCXL 3.0に対応している。AMD (AMD) のEPYC GenoaおよびTurinシリーズは量産に入っており、いずれもCXLメモリ拡張をサポートしている。

さらに、一部のテック企業はCXL互換チップの開発を進めている。NVIDIAは、今年後半にリリース予定のVera CPUでCXL 3.1規格をサポートする計画であり、この動きは業界において、CXLのこれまでで最も重要な実地試験と見なされている。

The Informationによると、Google (GOOG) (GOOGL) はデータセンターでのCXL導入を開始しており、CPUと大規模な外部メモリプール間のデータトラフィックを管理するコントローラーの設置に着手している。

伝統的に、メモリ業界の中核はDRAMダイであった。例えば、HBMはDRAMチップの3D積層技術を伴う。サムスン、SKハイニックス、マイクロンのメモリ大手3社によるこの分野での競争は、いかに多くの層を積層できるかに集中している。

しかし、CXLは全く新しいフロンティアを切り拓いた。そこでの競争はハードウェアとソフトウェアの相乗効果にかかっている。すなわち、Intel、AMD、NVIDIAのプロセッサといかに良好に統合できるか、CXLコントローラの低遅延性、そして管理ソフトウェアの使いやすさが鍵となる。これには、メモリ企業に対して最先端のチップ技術だけでなく、より強力なロジックチップの設計能力も求められる。CXLの登場は、メモリ業界の勢力図を塗り替える機会を提供し、新たな収益成長のエンジンをもたらしている。

具体的には、CXLはメモリ（DRAMなど）とストレージ（SSDなど）の間のギャップを埋め、本質的にメモリを大容量化し、ストレージを高速化する。メモリ大手3社にとって、これまでHBMはAIデータセンター需要を背景に高いプレミアムを享受してきたが、CXL対応SSDが主流市場を占めるようになれば、SSD製品でも同様のプレミアムを確保できるようになるだろう。

さらに、CXLが普及するにつれて、メモリ業界の細分化が進むだろう。極限の帯域幅を追求するHBMは、最先端の技術と低い歩留まりにより、ピラミッドの頂点に留まり続ける。遅延と容量のバランスを重視する従来のDDR5は、既存の市場を維持し、CXL拡張メモリはTB級の超大容量に特化することになる。この差別化により、メモリメーカーは特定の製品に特化することが可能となり、産業チェーン全体の相乗効果が高まる。

かつて、メモリの研究開発（R&D）モデルはプロセッサの仕様に左右され、半導体セクターにおいてストレージ業界の影響力は比較的限定的であった。しかし、CXLが主流になるにつれ、将来のデータセンターはCPU中心からメモリプーリング中心のアーキテクチャへと移行する可能性がある。これはストレージ企業のバリュエーションを大幅に押し上げ、業界の評価ロジックをシクリカル銘柄から成長株へと転換させるだろう。

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