隨著云計算技術的進步，數(shù)據(jù)中心的架構(gòu)內(nèi)存安排發(fā)生了重大變化。為了增強計算能力和廣泛的數(shù)據(jù)處理，需要集成擅長處理特定工作負載的加速器。雖然這些設備已經(jīng)通過PCI Express連接，但計算快速鏈路可以進一步改善優(yōu)化，因為它允許對各種系統(tǒng)組件進行異構(gòu)處理。

PCI Express是用于將主機處理器連接到加速器設備的最常見技術。它是一種高性能、行業(yè)標準的串行 I/O 接口，專為在企業(yè)、桌面和嵌入式應用中使用而開發(fā)。

同時，PCIe在具有大型共享內(nèi)存池和大量需要高帶寬的設備的系統(tǒng)中存在局限性。由于每個 PCIe 層次結(jié)構(gòu)都使用單個 64 位地址空間，因此 PCIe 未提供支持一致性的技術，并且無法充分維護單獨的內(nèi)存池。此外，PCIe 鏈路具有太多的延遲，無法有效地管理系統(tǒng)中多個設備之間的共享內(nèi)存。

因此，計算密集型工作負載需要與更快的數(shù)據(jù)流連接，以有效地擴展數(shù)據(jù)中心中的異構(gòu)計算。計算高速鏈路 （CXL） 通過利用 PCI 高速 5.0 的物理和電氣接口來挑戰(zhàn)一些限制。這項新技術提高了內(nèi)存容量和帶寬，并降低了延遲。它是高速通信的接口，因為加速器越來越多地用于補充CPU以支持新興應用。

什么是斷續(xù)器？

計算高速鏈路 （CXL） 是一種開放的行業(yè)標準內(nèi)存互連。它旨在為當今數(shù)據(jù)中心中使用的許多類型的內(nèi)存提供高性能連接，例如CPU，TPU，GPU和其他處理器類型。

CXL 利用 PCIe 5.0 的物理層基礎架構(gòu)在主機和所有設備之間創(chuàng)建公共內(nèi)存空間。緩存一致性標準可確保主機處理器和 CXL 設備在訪問數(shù)據(jù)時看到相同的數(shù)據(jù)。CPU 主機主要負責一致性管理，允許 CPU 和設備共享資源以獲得更高的性能并降低軟件堆棧的復雜性，從而降低設備總成本。

除了原始性能外，CXL還有其他優(yōu)勢。該技術是開源的，不像美光的3D Xpoint，這是迄今為止最接近高性能內(nèi)存互連的方法。美光和英特爾現(xiàn)在正在對沖他們對CXL的賭注，而不是專有技術。NVIDIA 和 AMD 的硬件系統(tǒng)還使用 CXL 來互連內(nèi)存和外部處理單元，以優(yōu)化性能。NVIDIA的GPU與CXL設計相結(jié)合，進行了如此廣泛的計算，并在內(nèi)存設計中進行了一些更改。

這種轉(zhuǎn)變的最重要結(jié)果將是CXL消除專有內(nèi)存互連。它是必不可少的，因為有幾種類型的企業(yè)存儲，每個處理器都通過專有連接訪問它們。這可能會使企業(yè)存儲基礎架構(gòu)變得復雜，并且無法預測其性能。

現(xiàn)在，由于CXL，每個處理器都將能夠訪問所有類型的內(nèi)存。這將允許單獨的處理器共享相同的內(nèi)存池。它不僅對于數(shù)據(jù)中心至關重要，而且對于開發(fā)通常使用CPU，GPU和TPU的AI神經(jīng)網(wǎng)絡和深度機器學習系統(tǒng)等技術也至關重要。

CXL 事務層協(xié)議

憑借與 PCIe 5.0 相似的帶寬，CXL 使用三種動態(tài)多路復用的事務層協(xié)議：CXL.io、CXL.緩存和 CXL.內(nèi)存，以在 PCIe 上獲得優(yōu)勢。

CXL.io 協(xié)議幾乎與 PCIe 5.0 相同。它用于設備發(fā)現(xiàn)、配置、寄存器訪問、中斷、虛擬化和批量 DMA。

CXL.cache 是一種可選協(xié)議，用于定義主機和設備之間的交互。這允許連接的 CXL 設備使用請求和響應方法以極低的延遲高效緩存主機內(nèi)存。

CXL.memory 是一種可選協(xié)議，它使用加載和存儲命令為主機處理器提供對加速器連接的內(nèi)存的直接訪問。加速器連接的內(nèi)存被 CPU、GPU 或 TPU 視為額外的地址空間，從而提高效率并降低延遲。

CXL 對存儲的影響

CXL依賴于存儲，并將對其產(chǎn)生影響。它將允許存儲系統(tǒng)使用更大的內(nèi)存池進行緩存。該技術有利于使用內(nèi)存作為緩存的存儲應用程序或系統(tǒng)。這一點至關重要，因為雖然許多ISP定期限制帶寬，但臨時數(shù)據(jù)存儲正在成為數(shù)據(jù)中心性能的關鍵方面。

商用存儲系統(tǒng)中目前可用的最大 DRAM 緩存為 3 TB。盡管使用 MemVerge 或福爾穆盧斯黑色，但特定的軟件定義存儲可以使用英特爾傲騰 PMem 將該緩存擴展到 4.5 TB。但是，這對除最富有的組織之外的所有組織的緩存內(nèi)存施加了硬性限制。幸運的是，CXL 通過允許存儲軟件跨多個存儲介質(zhì)緩存數(shù)據(jù)來解決此問題。

審核編輯：郭婷