新型CXL互连有望以32GT/s的速度更快更高效地传输数据

发布时间:2020-08-18 15:56:01 【来源:

云计算的无处不在,边缘计算的增长以及AI的快速创新都是由数据驱动的-收集,存储,移动,处理并将其提炼成有价值的见解。这些任务中的每一个都与其他任务不同。因此,在当今的专用应用程序世界中,专用的处理引擎可以协同工作,使繁重的工作变得更易于管理。这种方法通常称为异构计算。

在这样的环境中,通过卸载加速器可以更快地解决许多问题。考虑图形处理器(GPU),专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。这些不同的设备中的每一个都需要大量数据。要使它们保持供电状态,就需要能够促进大量带宽和低延迟的互连。

关键点

CXL是一种开放式行业标准互连,建立在PCI Express 5.0的基础架构上,可降低复杂性和系统成本。

CXL的协议可实现内存一致性,从而在主机处理器和加速器设备之间实现更有效的资源共享。

预计在2021年支持CXL的主机处理器和加速器。

如今,PCI Express是将主机处理器连接到加速器设备的最流行的技术。它是一种行业标准,高性能,通用串行I / O互连,旨在用于企业,台式机,移动,通信和嵌入式平台。

但是要真正扩展数据中心中的异构计算,计算密集型工作负载需要具有更高效数据移动的互连。在新的计算快线(CXL)构建在PCI Express的5.0与协议的物理和电气接口地址建立一致性,简化了软件栈,并保持与现有标准的兼容性这些需求。包括Intel,Google,Facebook,Microsoft和HP在内的100多家顶级公司已成为会员。

请继续阅读以深入了解CXL的工作原理,可能使用它的设备以及2021年的使用说明。

什么是CXL?

CXL是一种CPU到设备的互连,目标是高性能工作负载以及驱动它们的异构计算引擎。它利用了PCI Express 5.0规范中的一项新功能,该功能允许备用协议使用PCIe的物理层。

因此,当您将支持CXL的加速器插入x16插槽时,设备开始以PCI Express 1.0传输速率(2.5 GT / s)与主机处理器的端口进行协商。如果双方都支持CXL,则它们将切换到CXL事务协议。否则,它们将作为PCIe设备运行。

CXL和PCI Express 5.0的对齐意味着这两种设备类别都将以32 GT / s(每秒千兆传输)的速度传输数据。在16通道的链路上,每个方向的最高速率为64 GB / s。CXL的性能要求也很可能成为采用即将到来的PCI Express 6.0规范的驱动力。

给定与PCIe 5.0相似的带宽,CXL通过三种动态多路复用的事务层协议(CXL.io,CXL.cache和CXL.memory)发挥了其在PCIe上的优势。第一个CXL.io与PCI Express 5.0几乎相同。它用于设备发现,配置,寄存器访问,中断,虚拟化和批量DMA,使其成为必不可少的组成部分。尽管CXL.cache和CXL.memory是可选的,但它们是使CXL的一致性和低延迟成为可能的特殊工具。前者允许加速器缓存系统内存,而后者允许主机处理器访问连接到加速器的内存。

Compute Express Link Consortium主席Jim Pappas说:“与加速器相连的内存可以映射到CPU的一致空间中,并被视为附加的地址空间。”“它的性能类似于通过两个CPU之间的一致接口从双处理器系统获得的性能。”PCI Express缺少此功能。在CXL之前,CPU可以通过PCIe来访问加速器,但由于PCIe是非一致性接口,因此充其量只能是未缓存的内存。

Pappas补充说,CPU内存空间与连接设备上的内存之间的一致性在异构计算中尤其重要。“主机处理器或加速器可以与存储器操作直接读/写到另一个设备的存储器系统中,而不是来回进行DMA操作。”由于CXL的非对称设计将大多数一致性管理转移到了主机处理器的本地代理,因此,加速器制造商可以避免实现一致性所带来的诸多复杂性。

特意优化了CXL.cache和CXL.memory协议以降低延迟。Pappas建议,应允许它们匹配对称缓存一致性链接的性能。他们避免了CXL.io的可变有效负载以及为适应这种灵活性而需要的额外管道阶段。相反,它们被分为单独的事务和链接层,不受较大的CXL.io事务的束缚。

哪些设备将从CXL中受益最多?

混合和匹配CXL的协议产生了三个用例,这些用例展示了互连的闪亮新功能。

第一种,被CXL联盟称为Type 1设备,包括没有本地内存的加速器。这种设备使用CXL.io协议(记住,这是强制性的)以及CXL.cache与主机处理器的DDR内存进行通信,就好像它是自己的一样。一个示例可能是能够从缓存中受益的智能网络接口卡。

第2类设备包括GPU,ASIC和FPGA。每个都有自己的DDR内存或高带宽内存,除了CXL.io和CXL.cache外还需要CXL.memory协议。同时使用这三个协议将使主机处理器的内存可供加速器本地使用,而加速器的内存可供CPU本地使用。它们也位于相同的缓存一致性域中,极大地提高了异构工作负载。

内存扩展是CXL.io和CXL.memory协议支持的第三个用例。连接到CXL总线的缓冲区可用于DRAM容量扩展,增加内存带宽或添加持久性内存,而不会占​​用高性能工作负载中的宝贵DRAM插槽。高速,将先前低延迟存储设备移动DRAM可以通过CXL的方式,而不是补充它,在附加卡,U.2,并打开大门非易失性技术EDSFF形式因素。

CXL的未来是光明的

您应该多么认真地考虑CXL对高性能计算工作负载的潜在影响?只需看看互连背后的行业支持水平即可。“一年来,我们从9家公司邀请到115名成员,” Pappas说。“这说明了故事。这不仅仅是公司的数量。看他们。这是行业。”

CXL马上将成为数据中心业务。云,分析,人工智能,边缘-扩展问题就在这里。Pappas继续说道:“设备在口袋里的性能众所周知。但是,当我问Siri一个问题时,它使数据中心立即收到数百万个其他问题,这是一个可扩展的问题。数据中心运营商需要加速。”

救济并不遥远。在去年发布的一篇文章中,英特尔数据中心事业部总经理纳文·谢诺伊(Navin Shenoy)表示,预计从2021年开始,支持XXL处理器,FPGA,GPU和SmartNIC的产品将支持CXL。

到那时,CXL 2.0规范将已经完成。下一代增加的内容还有待观察。但是,解构CXL联盟的董事会表明,我们可能会在将来的某个时候看到转变。可以由多个主机域访问的共享内存缓冲池在受资源漂移影响的超融合基础架构中尤其有吸引力。云提供商可以为每个节点的CPU分配更少的内存,并使用池进行扩展。

无论未来如何发展,CXL联盟都表示将致力于以开放和协作的方式发展互连。到目前为止,由于得到广泛的接受,与基于PCIe 5.0的平台的有保证的兼容性以及在Adopter成员资格级别下的IP保护,CXL进入其他类型的计算也只是时间问题。

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