메모리 대역폭이란 무엇인가: 용량은 담는 양, 대역폭은 꺼내는 속도

한 줄로

  • 용량은 얼마나 담느냐이고, 대역폭은 1초에 얼마나 꺼내오느냐입니다. 둘은 다른 축입니다.
  • 계산은 단순합니다. 버스 폭 곱하기 전송률 나누기 8이 초당 바이트입니다.
  • AI에서 이 숫자가 중요한 이유는, 모델이 답을 쓰는 속도가 연산이 아니라 대역폭으로 정해지는 구간이 있기 때문입니다.

메모리 대역폭이란 무엇인가

메모리 대역폭은 메모리가 1초에 옮길 수 있는 데이터의 양입니다. 단위는 보통 GB/s(초당 기가바이트)를 씁니다.

용량과 혼동하기 쉬운데 다른 이야기입니다. 창고에 비유하면 용량은 창고의 크기이고, 대역폭은 창고 문의 너비입니다. 창고가 아무리 커도 문이 좁으면 물건을 빨리 꺼낼 수 없습니다. 반대로 문이 넓어도 창고가 작으면 애초에 담아둘 것이 없습니다.

그래서 두 숫자는 서로를 대체하지 못합니다. 같은 36GB짜리 메모리가 대역폭은 열 배 차이가 날 수 있고, 실제로 그런 제품들이 함께 팔립니다.

용량과 대역폭의 차이와 계산식. DDR5-6400 듀얼채널 102GB/s, HBM3E 12단 1스택 1229GB/s, HBM4 1스택 2048GB/s 비교.
용량이 모자라면 아예 못 돌리고, 대역폭이 모자라면 돌아가지만 느립니다. 계산식은 버스 폭 곱하기 전송률 나누기 8입니다. DDR5 듀얼채널과 HBM3E 한 스택의 차이가 약 열두 배입니다.

메모리 대역폭은 어떻게 계산하나요

필요한 값이 두 개뿐입니다. 데이터가 지나가는 길의 폭과, 그 길에서 1초에 몇 번 데이터를 실어 보내는지를 나타내는 전송률입니다.

대역폭(GB/s) = 버스 폭(bit) × 전송률(Gbps) ÷ 8

8로 나누는 것은 비트를 바이트로 바꾸기 위해서입니다. 1바이트가 8비트니까요.

PC에 흔히 쓰는 DDR5-6400을 넣어보겠습니다. 채널 하나가 64비트이고 전송률이 6.4Gbps입니다.

64 × 6.4 ÷ 8 = 51.2 GB/s  (1채널)
128 × 6.4 ÷ 8 = 102.4 GB/s  (듀얼채널)

데스크톱에 램을 두 개 꽂으면 듀얼채널이 되어 폭이 128비트가 됩니다. 그래서 대역폭도 두 배입니다. 램 하나를 두 개로 쪼개 꽂으라는 조언이 나오는 이유가 이것입니다.

HBM은 얼마나 넓은가

같은 식을 HBM에 적용하면 격차가 보입니다.

SK하이닉스가 2024년 9월 양산을 시작한 12단 HBM3E는 용량 36GB, 전송률 9.6Gbps입니다. HBM3E의 버스 폭은 1024비트입니다.

1024 × 9.6 ÷ 8 = 1,228.8 GB/s  (약 1.2 TB/s)

DDR5 듀얼채널의 약 열두 배입니다. 폭이 128비트에서 1024비트로 여덟 배 넓어졌고, 전송률도 더 높기 때문입니다.

JEDEC이 2025년 4월 확정한 HBM4 표준(JESD270-4)은 여기서 한 번 더 넓힙니다. 버스 폭 2048비트, 전송률 최대 8Gbps로 스택 하나당 최대 2TB/s입니다.

2048 × 8 ÷ 8 = 2,048 GB/s  (2 TB/s)

여기서 눈여겨볼 대목이 있습니다. HBM4는 전송률이 HBM3E보다 오히려 낮습니다(9.6에서 8Gbps로). 그런데 대역폭은 늘었습니다. 폭을 두 배로 만들었기 때문입니다. 빨라진 게 아니라 넓어진 것입니다. 이 이야기는 따로 정리한 글에 더 있습니다.

왜 중요한가요

여기가 이 글의 핵심입니다.

AI 모델이 글자를 하나 만들 때, 모델의 가중치를 전부 한 번 읽어야 합니다. 그다음 글자를 만들 때도 또 전부 읽습니다. 계산량은 글자 하나당 얼마 안 되는데, 읽어야 할 양은 매번 모델 크기만큼입니다.

그래서 이 구간에서는 초당 몇 글자를 뱉는지가 이렇게 정해집니다.

초당 읽기 횟수 = 메모리 대역폭 ÷ 모델 크기

SK하이닉스가 발표에서 든 예가 정확히 이 계산입니다. GPU 하나에 12단 HBM3E 네 개를 붙이면 700억 파라미터 모델을 1초에 35번 읽을 수 있다고 했습니다. 숫자를 넣어보면 맞습니다.

1,228.8 GB/s × 4 = 4,915.2 GB/s
700억 파라미터 × 2바이트 = 140 GB
4,915.2 ÷ 140 = 약 35회

이 구간에서는 GPU 연산 성능을 두 배로 올려도 속도가 두 배가 되지 않습니다. 계산 장치가 데이터를 기다리고 있기 때문입니다. 대역폭이 두 배가 되어야 두 배가 됩니다.

대역폭과 용량, 어느 쪽이 먼저 막히나

둘 다 막힙니다. 다만 막히는 이유가 다릅니다.

  • 용량이 부족하면 모델이나 작업 문맥이 아예 들어가지 않습니다. 못 돌립니다.
  • 대역폭이 부족하면 돌아가기는 하는데 느립니다. 그리고 GPU를 더 좋은 것으로 바꿔도 안 빨라집니다.

작업이 길어질수록 이 둘이 같이 조여집니다. 작업 중에 쌓이는 중간 결과(KV 캐시)가 용량을 먹고, 그것을 매번 다시 읽느라 대역폭도 먹습니다. 이 구조는 에이전트 워크로드를 다룬 글에서 다뤘습니다.

밸류체인에서 이게 뭘 뜻하나

대역폭을 늘리는 방법이 둘뿐이라는 점이 중요합니다. 전송률을 올리거나, 폭을 넓히거나입니다.

전송률을 올리는 것은 신호 품질과 전력 문제에 부딪힙니다. 그래서 HBM4가 선택한 길이 폭을 넓히는 쪽이었습니다. 그런데 폭을 넓히면 연결선이 두 배가 되고, 그것을 물리적으로 붙이는 일이 어려워집니다. 병목이 메모리 안에서 패키징으로 옮겨갑니다.

그래서 대역폭 경쟁은 메모리 회사만의 경쟁이 아닙니다. 폭을 넓힌 스택을 로직 칩에 붙이는 공정, 그 높이를 규격 안에 맞추는 문제, 늘어난 선에서 신호를 유지하는 문제가 같이 붙습니다. 어느 공정이 병목이고 어느 공정이 범용인지를 갈라 보는 것이 여기서 의미를 갖습니다.

확인 필요

위 계산은 이론상 최대치입니다. 실제로는 접근 패턴, 지연, 컨트롤러 효율 때문에 이보다 낮게 나옵니다. 제품 스펙표의 대역폭과 실측 대역폭은 다른 숫자입니다.

700억 파라미터를 140GB로 잡은 것은 파라미터당 2바이트(FP16) 기준입니다. 더 낮은 정밀도로 압축하면 읽어야 할 양이 줄어들고, 그만큼 필요한 대역폭도 줄어듭니다.

HBM4의 2TB/s는 JEDEC 표준의 상한이고, 실제 제품이 그 상한에서 나올지는 제조사별로 다릅니다.


자주 묻는 질문

메모리 대역폭과 용량은 무엇이 다른가요?

용량은 담을 수 있는 양(GB), 대역폭은 1초에 옮길 수 있는 양(GB/s)입니다. 창고 크기와 창고 문 너비의 차이입니다. 같은 용량이라도 대역폭이 열 배 차이 날 수 있습니다.

메모리 대역폭은 어떻게 계산하나요?

버스 폭(bit)에 전송률(Gbps)을 곱하고 8로 나누면 GB/s가 나옵니다. DDR5-6400 듀얼채널이면 128 곱하기 6.4 나누기 8이니 102.4 GB/s입니다.

DDR5의 대역폭은 얼마인가요?

속도 등급에 따라 다릅니다. DDR5-6400 기준으로 채널 하나가 51.2 GB/s, 듀얼채널이 102.4 GB/s입니다. 등급이 올라가면 비례해서 늘어납니다.

램을 두 개 꽂으면 왜 빨라지나요?

버스 폭이 64비트에서 128비트로 두 배가 되기 때문입니다. 용량이 늘어나는 것과는 별개로 대역폭이 두 배가 됩니다.

AI에는 왜 대역폭이 중요한가요?

모델이 글자 하나를 만들 때마다 가중치 전체를 다시 읽습니다. 그래서 초당 생성 속도가 대역폭을 모델 크기로 나눈 값에 묶입니다. 이 구간에서는 GPU 연산을 늘려도 빨라지지 않습니다.


같이 읽을 글


출처 ·
SK하이닉스 뉴스룸 (2024-09-26, 12단 HBM3E 양산) ·
JEDEC JESD270-4 HBM4 표준 (2025-04-16)
대역폭 수치는 각 출처가 밝힌 버스 폭과 전송률로 직접 계산했습니다. 계산식은 본문에 적어두었습니다.

이 글은 AI 인프라 밸류체인의 구조를 설명하기 위한 정보 제공 목적으로 작성했습니다. 특정 종목의 매수나 매도를 권유하지 않습니다. 투자 판단과 그 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다.

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