正在为服务器市场创造数十亿价值的CXL

CXL已经成了业界高速通信逐渐普及的公开标准之一，也在为整个服务器市场创造数十亿的价值，无论是内存厂商、加速器厂商还是CPU厂商，都已经开始在新品上推进这一标准。以最新公布的AMD第四代Infinity架构为例，AMD计划将其CPU、GPU、FPGA与3D V-Cache都放在同一个框架内，并利用基于CXL 2.0的内存来完成分解，让整个系统从计算、内存到存储都能自由组合。
 

CXL联盟董事成员 / CXL联盟

 
为了进一步推广并维护这一标准，CXL联盟诞生了。从2019年到现在，该联盟已经拥有了180多家成员公司，董事成员也都是全球顶尖大厂。那么这一标准究竟解决了什么问题，CXL 2.0标准又带来了哪些改变，以及CXL后续的路线图如何呢？
 
CXL解决的问题
 
CXL的出现解决了现有计算架构中，尤其是在数据中心里亟待解决的内存问题。首先就是内存与XPU捆绑在一起，比如CPU、GPU和DPU，他们的容量大小完全取决于XPU的支持，且无论加多少单DIMM内存还是双DIMM内存，其带宽容量都不会改变。
 

CXL扩展内存 2.0 / 三星

 
CXL的出现为带来了CXL扩展内存这一产品形态，这些扩展内存不仅提高了最大内存容量，也进一步提升了内存带宽。以三星在今年5月推出的CXL扩展内存 2.0为例，这一DRAM内存容量高达512GB，是上一代的四倍。根据三星的说法，该内存用到了三星自研的ASIC CXL控制器，系统延迟也是上一代的四分之一。
 
CXL 2.0带来的改变
 
CXL 1.1解决了内存扩展的问题，而CXL 2.0引入的资源共享技术，让不同XPU之间实现内存共享成为可能。CXL 2.0中新增了CXL交换与多逻辑设备功能，如此一来每个主机都能用到他们所需的内存，而且可以动态分配。如此一来，不仅解决了系统中DRAM没有得到充分利用的问题，也让内存的扩展不再只跟着XPU走。这一技术再加上内存扩展，意味着CXL与主内存之间共享大型内存池可以将服务器内存提升至数十TB，内存带宽也会因此提升至数TB/s。

 
CXL资源共享和交换 / Marvell

 
还有就是服务器场景中常见的热插拔，为了灵活地使用硬件资源，拥有多个主机、交换机和设备的大型系统时不时需要连接和断开这些资源。如果每次添加新设备都得断臂整个系统的话，可能会连带影响到服务器上运行的各种业务。
 
而热插拔在过去的PCIe中都是可选功能，而在CXL 2.0引入交换和Fabric管理后，CXL支持了热插入和受管理的热拔出。热插入只是对PCIe 5.0规范中定义的方法进行了些许修改，但热拔出却必须要使用软件请求才能实现，否则可能会影响到内存和CXL的缓存一致性。
 
一窥CXL 3.0
 
随着现有网络结构的发展，越来越多的用例需要用到更高的带宽，无论是GPU这类高性能加速器，还是系统内存，又或是DPU和SmartNIC，但随着这类硬件的核心数量增加，每个核心所用带宽却是在减小的，而CXL 2.0目前带宽不一定能满足未来的需求。其次用到的互联技术要能够做到先进的交换、高效的对等网络和精确的资源共享，才能优化这些组件在多个域上的系统级流程。而基于PCIe 6.0的CXL 3.0提供了成倍的带宽，进一步提升了互联的性能。
 
此外，CXL 3.0在扩展性和资源调用上也将进一步提升。比如内存共享将获得进一步加强，并支持全新的内存使用模型，同时多主机下的多层级交换将进一步提升Fabric的管理，其交换功能将获得完全的可组合性。更重要的是，与CXL 2.0一样，CXL 3.0同样完全向下兼容此前的CXL 1.0、CXL 1.1和CXL 2.0标准。
 
结语
 
从产品形态来看，CXL为现存的服务器市场带来了不少附加价值，比如一众ASIC加速器、DPU/SmartNIC、重定时器芯片、SSD控制器等。不少厂商都已经看到了这一技术的价值，也已经投入了研发中，或是开始了收购之路。
 
比如Marvell就在今年5月收购了CXL开发公司Tanzanite Silicon，提高他们在服务器产品上的竞争力。IP厂商Rambus也在同月收购了设计公司Hardent，来补足自己在CXL产品开发上的关键资源。可以预见，随着更多支持CXL的硬件产品推出，这一标准将搅动未来数年的服务器市场。