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메모리 병목 현상 극복: CXL을 통한 확장 및 KV 캐시 압축 혁신

Overcoming the Memory Bottleneck: CXL Expansion and KV Cache Compression Innovations

발행일: | 리서치사: 구분자 TrendForce | 페이지 정보: 영문 22 Pages | 배송안내 : 1-2일 (영업일 기준)

    
    
    



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2026년 상반기, KV 캐시에 대한 수요가 급증한 데다 메모리 공급이 부족해지면서 심각한 메모리 병목 현상이 발생했습니다. 이 KV 캐시 병목 현상을 해소하기 위해 업계 각사는 KV 캐시 지원 메모리 용량의 공급 측면과 수요 측면 양쪽에서 해결책을 모색하고 있습니다. 주소 지정 가능한 메모리 용량 확대와 관련하여, Penguin Solutions는 'MemoryAI(TM) KV Cache Server'를 출시했고, Marvell은 'Structera S CXL 스위치'를 발표했으며, Meta는 독자적인 'Vistara CXL 스위치'를 개발하여 메모리 계층을 확장했습니다. 수요 측면에서는 NVIDIA가 'KVTC'를 도입했고, Google이 KV 캐시를 압축하는 'TurboQuant'를 출시했습니다.

본 보고서에서는 다음 항목에 대해 상세히 분석합니다. (1) KV 캐시의 병목 현상, (2) CXL 및 KV 캐시 오프로드를 통한 사용 가능한 KV 캐시 용량 확대, (3) 어텐션 메커니즘 및 KV 캐시 양자화를 통한 KV 캐시 용량 수요 감소, (4) 디코딩 효율을 향상시키는 기법(특히 MTP 및 DiffusionGemma), (5) 메모리 시장에 미치는 광범위한 영향. 본 보고서의 목적은 다양한 KV 캐시 병목 현상 해소 기술에 대해 그 기술적 원리, 성능 지표 및 향후 개발 동향을 평가하는 것입니다.

주요 하이라이트

  • 2026년 초, KV 캐시 수요 증가와 메모리 공급 부족이 겹치면서 심각한 병목 현상이 발생했습니다.
  • 각 벤더(Penguin Solutions, Marvell, Meta)는 CXL 기반 솔루션을 통해 대응 가능한 메모리 용량을 확대하고 있습니다.
  • NVIDIA와 Google은 압축 기술을 통해 KV 캐시의 수요를 줄이고 있습니다.
  • 본 보고서에서는 CXL 및 KV 캐시의 오프로드, 어텐션/양자화 기법, 디코딩 효율(MTP, DiffusionGemma), 그리고 메모리 시장에 미치는 영향에 대해 다루고 있습니다.
  • 분석에서는 병목 현상 해소 접근법의 기술적 원리와 개발 동향에 초점을 맞추고 있습니다.

목차

제1장 KV 캐시의 병목 현상

제2장 CXL 및 KV 캐시 오프로드를 통한 이용 가능한 KV 캐시 용량 확장

제3장 어텐션 메커니즘 및 KV 캐시 양자화를 통한 KV 캐시 용량 요구량 압축

제4장 효율 향상 기법 해독 - MTP와 확산 제마

제5장 메모리 시장에 미치는 영향

제6장 TRI의 견해

KSA 26.08.05

During the first half of 2026, surging demand for KV Cache coupled with constrained memory supply resulted in severe memory bottlenecks. To resolve the KV Cache bottlenecks, industry players are seeking solutions from both the supply side of KV Cache-addressable memory capacity and the demand side. Regarding the expansion of the addressable memory capacity, Penguin Solutions launched the MemoryAI™ KV Cache Server, Marvell introduced the Structera S CXL switch, and Meta developed its proprietary Vistara CXL switch to expand the memory hierarchy. On the demand side, NVIDIA introduced KVTC, and Google launched TurboQuant to compress the KV Cache.

This report provides an in-depth analysis of: (1) the KV Cache bottleneck; (2) expanding available KV Cache capacity through CXL and KV Cache offloading; (3) reducing KV Cache capacity demand via attention mechanisms and KV Cache quantization; (4) methods for improving decode efficiency, specifically MTP and DiffusionGemma; and (5) the broader impact on the memory market. The objective is to evaluate the technical principles, performance metrics, and future development trajectories of various KV Cache debottlenecking technologies.

Key Highlights

  • KV Cache demand growth alongside limited memory supply created significant bottlenecks in early 2026.
  • Vendors (Penguin Solutions, Marvell, Meta) are expanding addressable memory capacity via CXL-based solutions.
  • NVIDIA and Google are reducing KV Cache demand through compression technologies.
  • Report covers CXL and KV Cache offloading, attention/quantization methods, decode efficiency (MTP, DiffusionGemma), and memory market impact.
  • Analysis focuses on technical principles and development trends of debottlenecking approaches.

Table of Contents

1. The KV Cache Bottleneck

  • Figure 1: Example of KV Cache in Use
  • Figure 2: KV Cache Expansion Relative to Context Window Size (Using Llama 3 70B as an Example)

2. Expanding Available KV Cache Capacity via CXL and KV Cache Offloading

  • Figure 3: Applications of CXL Switch
  • Table 1: Evolution of the Specifications for CXL
  • Figure 4: Applications for ACF-S
  • Figure 5: Applications for EMFASYS
  • Figure 6: MemoryAI KV Cache Server with 8 x 1TB CXL AICs from Penguin Solutions
  • Figure 7: CXL AIC from Penguin Solutions
  • Figure 8: Marvell’s Structera X
  • Figure 9: Architecture of Meta’s Vistara
  • Figure 10: Architecture of Meta’s MemServer

3. Compressing KV Cache Capacity Demand via Attention Mechanism and KV Cache Quantization

  • Figure 11: Principles of Different Multi-Head Attention Mechanisms
  • Figure 12: Workflow of KVTC Compression
  • Figure 13: Process of Recursive Polar Coordinate Transformation
  • Table 2: Comparison of KVTC and TurboQuant Technologies

4. Decode Efficiency Enhancement Methods-MTP and DiffusionGemma

  • Figure 14: Example of Speculative Decoding
  • Figure 15: Operating Principles of Meta’s MTP
  • Figure 16: Operating Principles of DeepSeek’s MTP
  • Table 3: Comparison of MTP Technologies Across Companies
  • Figure 17: Sudoku as an Example of Google’s DiffusionGemma in Use
  • Table 4: Comparison of MTP and DiffusionGemma Technologies

5. Impact on the Memory Market

6. TRI’s View

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