圖片來源/Samsung
當CXL聯盟於2019年3月發布CXL 1.0版規範後,很快就有廠商發表支援CXL的產品。
例如Intel在2019年4月發表Agilex FPGA家族時,便宣稱其中的I系列與M系列都內含CXL的支援(這兩款FPGA都是基於PCIe 5.0),是最早支援CXL的周邊裝置平臺,可以讓Agilex FPGA與Xeon系列CPU之間,利用CXL建立快取一致性的連結,共享彼此的記憶體。
在2021年5月,三星發表內含128GB DDR5記憶體的CXL記憶體擴充卡,支援CXL 2.0規格,也是最早的Type 3 CXL周邊裝置產品,可利用這種記憶體擴充卡,賦予伺服器TB等級的記憶體配置容量,並為CPU提供額外的記憶體傳輸頻寬。
主機平臺方面,Intel早在2020年8月的Architecture Day 2020大會預告,新一代伺服器處理器平臺Sapphire Rapids,將會支援PCIe 5.0與CXL 1.1。AMD方面,在2021年11月宣布,新一代的Zen 4架構處理器家族中,Genoa與Bergamo等2種EPYC伺服器處理器都將支援PCIe 5.0,以及CXL 1.1。
雖然因為種種理由,這幾種處理器至今遲遲未能上市,不過我們可以預期,2023年以後新推出的伺服器處理器平臺,應該都會支援PCIe 5.0與CXL。
第一批支援CXL的伺服器主機平臺
Intel早在2020年8月便已預告,新一代的伺服器處理器平臺Sapphire Rapids將會支援PCIe 5.0與CXL 1.1,是最早宣布支援CXL的伺服器平臺,但隨著Sapphire Rapids處理器推出時間的不斷延遲,也拖慢CXL的推廣與應用時程。圖片來源/Intel
三星的CXL附加周邊裝置
三星自2021年以來陸續發表2款CXL產品,圖片上半部為三星的CXL記憶體擴展器,是CXL Type 3的擴充記憶體卡,用於擴展伺服器的記憶體容量與頻寬。
圖片下半部的產品為三星Memory-Semantic SSD,兼具NVMe SSD與CXL擴充記憶體,內含8GB DRAM——若設為SSD模式,可作為底層NAND Flash記憶體的緩衝區,大幅提高存取效能;若調整為CXL模式,則可以供主機CPU存取,作為額外的擴充記憶體。圖片來源/Samsung
SC21大會中的CXL產品展示
事實上,2021年12月舉行的SC 21大會,成了CXL解決方案原型的展示場,眾多廠商都展出了相關產品與概念。例如,Teledyne LeCroy展示CXL協定分析儀,Mobiveil則展出CXL控制器,以及這款控制器運行CXL.mem、CXL.cache協定的能力。
同時,Astera Labs、Intel、Synopsys等廠商,共同展出結合Intel Sapphire Rapids處理器、Astera Labs的Solstice 3U Riser Card——內含Aries CXL 智慧型定時器(Smart Retimers),以及Synopsys CXL控制器的系統,並且驗證這套系統運行CXL.io協定的能力。
Rambus則展示了內含其CXL 2.0控制器的FPGA卡,用戶可透過CXL.mem協定,存取主機CPU管理的HBM記憶體。
前述都是元件開發用途或元件級產品,而非直接面對用戶端的系統產品,另一些廠商則展出更接近實際應用的解決方案,例如Montage Technology、Meta與三星,都展出了Type 3類型的CXL記憶體卡解決方案。
Montage Technology提供的是FPGA卡工程原型,內含CXL Type 3控制器、DDR4/5記憶體控制器,可支援CXL.io與CXLmem協定;Meta展出CXL記憶體卡,在Linux環境下,可透過CXL 2.0協定連結Intel Sapphire Rapids處理器,能將CXL記憶體卡內建的64GB DDR5記憶體,映射為伺服器主機CPU可使用的記憶體;三星則將其CXL記憶體擴充卡,整合到SAP HANA In-Memory-Database應用環境。
特別值得一提的是Elastics.cloud,以及IntelliProp,這2家廠商展出跨伺服器節點的「網路化」CXL共享記憶體方案。
Elastics.cloud推出的CXL解決方案,搭載該公司專屬FPGA加速版卡,這種加速卡內含32GB記憶體,安裝在伺服器PCIe擴充槽上,主機CPU可透過CXL協定存取FPGA卡上的記憶體,而安裝這種FPGA卡的伺服器,也能透過100Gb DAC銅纜彼此互連,進而存取另一臺伺服器上的FPGA卡記憶體,也就是說,可以藉由CXL讓2臺伺服器組成一個記憶體池。
IntelliProp也展出基於CXL Fabric Adaptor網路卡橋接(Bridge)方案,可透過該公司的Sphnix CX HBA卡,管理網路附加記憶體(Fabric Attached memory),將多組網路附加記憶體,經由Sphnix CX HBA卡與交換器的介接,將記憶體配置給Arm處理器主機使用,構成網路化的共享記憶體池,並可透過Fabric Manager軟體來管理應用環境。
利用這類跨節點的網路化CXL架構,理論上,用戶可以組成數百TB甚至PB等級的超大規模記憶體池,從而提供一種幾乎不需移動資料,並具備極高效能的運算架構。
跨伺服器節點的CXL應用概念
Elastics.cloud的FPGA-based CXL解決方案,提供了跨伺服器節點的CXL應用架構。上圖中的2臺伺服器都安裝Elastics.cloud的FPGA-based CXL加速板卡,既可透過CXL介面將板卡上的記憶體提供給主機CPU使用,還可透過100Gb DAC直連纜線連接另一臺伺服器的CXL板卡,使用另一臺伺服器上的CXL板卡記憶體。圖片來源/Elastics.cloud
2022年的CXL新產品
到了2022年,CXL記憶體擴充卡產品有了更多進展。例如,三星於5月發表其CXL記憶體擴充卡的升級版本,容量提高到512GB,較第1代產品提高了4倍,存取延遲則只有1/5。聯想(Lenovo)也表示,未來將在他們的產品採用三星這款CXL記憶體擴充卡。
接著,三星又在8月的FMS 2022大會展出十分特別的CXL產品——Memory-Semantic SSD,它是混合搭載DRAM與NAND Flash記憶體的SSD,支援NVMe-PCIe 5.0與CXL雙模式連接介面,從該廠活動現場展出的原型照片來看,應該是三星原有PM9A3 PCIe 4.0 SSD產品,加上含有DRAM模組的CXL控制器裝置整合而成。
在設置為NVMe-PCIe的模式下,Memory-Semantic SSD搭載的8GB DRAM,是作為NAND Flash記憶體的緩衝區使用,可大幅提高存取效能,號稱效能較PCIe 4.0 SSD提高20倍;若設為CXL模式,其搭載的DRAM則可作為CXL共享記憶體使用,提供Type 2類型CXL裝置的應用。
SK Hynix也在8月跟進,發表支援CXL 2.0的記憶體擴充卡產品,每張卡可提供96 GB記憶體,預訂2023年開始量產。
8月底,Astera Labs亦發表2款Leo系列CXL記憶體控制器晶片,可支援CXL 1.1與2.0,每顆控制器可管理最多2TB記憶體,搭配該公司Aurora A系列記憶體擴充板卡,可提供Type 3類型的CXL記憶體擴充周邊應用。
SMART Modular Technologies(世邁科技)則在9月,發表了XMM CXL記憶體模組產品,採用EDSFF E3.S的外形規格,內含64GB DDR5記憶體。
CXL周邊產品初具雛形
就目前的情況來看,由於CXL 3.0剛發布不久,因此目前既有的CXL解決方案都只支援到CXL 2.0。而在不同裝置類型的CXL實用化進度上,周邊裝置則走在伺服器平臺前面。
在伺服器主機平臺方面,由於第一批支援CXL的處理器平臺,如Intel的Sapphire Rapids,以及AMD Genoa與Bergamo,推出時間都有所延遲,因此,預計要等到2023年,伺服器平臺才會正式支援CXL。
而在周邊裝置方面,Type 1、Type 2、Type 3類型的周邊裝置,都已有廠商發表了工程驗證用原型或產品,其中屬於Type 1與Type 2類型的應用較少,只有Rambus與Mobiveil等少數廠商,而且大都屬於控制器元件,而非提供給用戶端的系統層級產品。
至於Type 3類型已有的產品或解決方案,數量相對較多,從雲端服務平臺龍頭Meta,記憶體大廠三星與SK Hynix,到Montage Technology等新創廠商,都發表了相關解決方案。其中三星與SK Hynix的產品,都已跡近商品上市階段,應該是目前發展程度最成熟的CXL產品類型。
整個CXL應用環境,預期應該會在2023年進入實用化階段,屆時Intel與AMD支援CXL的伺服器平臺都會上市,而在周邊裝置方面,三星與SK Hynix所發展的CXL記憶體卡,應該也都會開始出貨,從而初步形成更普遍的CXL應用環境。
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