【新世代伺服器記憶體技術邁向實際應用】第一波CXL應用產品即將問世

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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