SMART Modular Technologies

自2024年下半到2025年初之間,是CXL記憶體互連技術發展歷程的關鍵節點,應用環境進入成熟階段,以CXL擴充記憶體為代表的第一波產品正式上市,伺服器(主機端)也備妥支援CXL,構成最基本的CXL應用環境。更進階的CXL記憶體池也已進入用戶端測試階段,預期數個月內上市。

CXL應用環境成熟度盤點

CXL應用環境是由CXL周邊設備,以及伺服器主機所組成,所以,也可從這兩個方面,檢視CXL應用環境成熟度。

CXL周邊裝置發展現況

首先是CXL周邊裝置,作為CXL周邊裝置核心的CXL控制器,目前的主流產品支援到CXL 2.0,主要供應商包括Astera Labs、Marvell、Microchip、Montage Technology等。Cadence、Rambus、Synopsys等半導體設計廠商,還能同時提供CXL 3.x控制器設計方案,但現在尚未出現進入實用階段的產品。而主機與CXL裝置多對多互連應用所需的CXL交換器晶片,目前有Marvell、EEUM、FADU、Xconn等廠商提供CXL 2.0交換器,另有Panmnesia等廠商正在開發支援CXL 3.x的交換器晶片,但尚未推出產品。

而在完整的CXL周邊裝置產品方面,針對伺服器記憶體應用的兩大訴求:提高伺服器的可用記憶體頻寬與容量,以及提高記憶體的利用率與配置彈性,CXL的產品應用發展目前聚焦外部的記憶體擴充裝置,形成兩大產品類型:「記憶體擴充模組」與「記憶體池」。

記憶體擴充模組是搭載DRAM記憶體與CXL控制器的裝置,通常採用E3.S模組外形或PCIe板卡型態,透過伺服器的NVMe磁碟槽或PCIe擴充槽來部署。主要供應商包括三星、SK Hynix、美光,以及世邁科技(SMART Modular Technologies),腳步最快的應該是美光,2024年5月便宣布開始出貨,其餘廠商也在2024下半陸續進入供貨階段。

記憶體池則是獨立的外部記憶體共享裝置,本體是搭載大量DRAM記憶體的機箱,可透過CXL交換器與外接纜線,向多臺伺服器提供記憶體資源。主要供應商有Liqid,H3 Platform、UnifabriX,以及Panmnesia,另外SK Hynix、英業達(Inventec)等廠商,也在不同場合展出過記憶體池產品原型。

目前Liqid與H3 Platform的產品已接近上市階段。Liquid的CXL記憶體池,屬於他們推出已久的「可組合分解式基礎架構(Composable Disaggregated Infrastructure,CDI)」產品家族中,新的擴展機箱單元,已能向用戶提供樣品,預定2025年第3季量產;另一家廠商H3 Platform,現在也能讓用戶訂購CXL記憶體池樣品。我們預計,今年內將能見到第1批記憶體池產品正式上市。

伺服器主機端的CXL支援現況

伺服器主機端需要處理器平臺、BIOS與作業系統的配合,才能連接與啟用CXL周邊裝置的記憶體資源。

在處理器方面,Intel自Sapphire Rapids之後,以及AMD自Genoa之後的伺服器級處理器平臺,便已開始支援CXL。原則上,Intel與AMD在2023年以後推出的Xeon Scalable與EPYC伺服器處理器,大都將支援CXL列入標準內建規格。

至於在支援的CXL版本方面,Intel伺服器處理器平臺,在第4代Xeon Scalable(Sapphire Rapids),以及第5代Xeon Scalable(Emerald Rapids),都是支援最基本的CXL 1.1,到了2024年新推出的Xeon 6處理器(Granite Rapids),能支援CXL 2.0,至於最新的CXL 3.x,可能要等到2026或2027年以後推出的Diamond Rapids處理器,才會支援。

對於AMD,屬於第4代EPYC處理器的Genoa與Bergamo,都是支援CXL 1.1,2024年底發表的第5代EPYC處理器Turin,則能支援CXL 2.0,預定於2026年或更晚時間推出的第6代EPYC處理器Venic,應該會支援CXL 3.0。

就伺服器BIOS來說,幾家主要伺服器BIOS供應商中,除了Phoenix,其他幾家都已經有支援CXL的產品,包括insyde的InsydeH2O UEFI BIOS,Intel M50FCP伺服器0.1.02.0002版BIOS,以及AMI的AMIBIOS等。

在作業系統方面,採用Linux Kernel 6.5以上的平臺,已經可以支援CXL。

CXL進入伺服器主流規格

就我們實際觀察,伺服器產品對CXL的支援,過去一兩年有了很大的擴展。

我們在2023年Computex展覽的現場,只見到1家廠商(華擎)展出的伺服器產品可支援CXL 1.1。到了去年(2024)Computex,華擎、超微、微星與營邦等廠商都展出支援CXL的伺服器產品,一些還能支援CXL 2.0,後來我們還在其他場合,見到技嘉、和碩(Pegatron)展出支援CXL的伺服器產品,顯示CXL已成為伺服器主流I/O規格之一。

去年底OCP大會還出現讓人印象深刻的伺服器CXL應用方案。例如,聯想展出的8路伺服器ThinkSystem SR860 V3,藉由安裝Astera Labs的CXL記憶體擴充卡,除了伺服器的64組DIMM記憶體插槽,又額外設置64組DIMM插槽,可獲得高達16TB的DRAM容量。而同場活動展出的英業達,則為其8路伺服器產品,搭配內含Astera Labs CXL記憶體擴充卡的CXL Box機相,8路伺服器本身有128組DIMM插槽,CXL Box能額外提供96組DIMM插槽,合計提供224組DIMM插槽,數十TB等級的DRAM容量。

在沒有CXL之前,單一伺服器擁有十多TB,甚至數十TB的DRAM記憶體配置,簡直是不可想像的,而藉助CXL,這種「怪獸級」伺服器記憶體配置,已是現實,也意味著伺服器記憶體運用的新時代終於到來。


 CXL擴充記憶體使用入門 

當前主要CXL記憶體擴充模組供應商之一的世邁科技,向我們解說這種產品的安裝條件,以及使用方式。

世邁目前有4款CXL記憶體擴充模組產品,包括AIC板卡型式的8-DIMM AIC、4-DIMM AIC,以及E3.S型式的CMM與NV-CMM,分別可提供1 TB、512 GB、128 GB與32 GB的最大DRAM容量。

這4款CXL記憶體擴充模組產品中,兩款AIC版本已開放向用戶送樣,用戶完成驗證後便可出貨;E3.S版本則預定於2025年第2季底開放送樣。

世邁表示,要使用CXL記憶體擴充模組,伺服器硬體必須採用Intel第4代Xeon Scalable,或AMD第4代EPYC以後的處理器,伺服器的BIOS也須啟用CXL功能。在軟體方面,世邁則建議使用Linux Ubuntu OS 22.04以上的版本,不需另外安裝驅動程式。

安裝好CXL記憶體模組後,用戶可透過Linux指令numactl –H或lsmem,確認伺服器是否能存取模組上的DRAM容量。當用戶不需使用CXL記憶體的額外容量時,可直接拆卸模組,無須透過軟體卸載。

 CXL記憶體擴充模組的部署方式 

包括世邁科技在內,目前CXL記憶體擴充模組供應商分別以AIC板卡,以及E3.S模組等兩種形式來提供產品,各自透過伺服器的PCIe插槽,以及NVMe磁碟槽來部署。圖片來源/SMART Modular Technologies

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