一文了解CXL（Compute Express Link）技术
CXL（Compute Express Link）
CXL（Compute Express Link）技术，引领高速互联新纪元，实现数据吞吐量飙升与延迟大幅削减，完美匹配现代计算和存储系统需求。由英特尔、AMD等公司联手打造，谷歌、微软等巨头鼎力支持，CXL技术将重新定义数据传输的极致体验。
CXL旨在弥合CPU、设备间内存鸿沟。服务器拥有庞大内存池与PCIe运算加速器，内存分割导致资源浪费、操作不便及性能下降。CXL应运而生，解决这些问题，提升系统效率。
缘起
CXL技术的背景可以追溯到PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) 技术，PCIe是用于连接计算机内部组件的一种标准接口技术。PCIe设备可以发起一个DMA来访问内存，只要知道目标物理地址即可。
在CXL之前就有以IBM牵头的OpenCAPI，ARM为代表支持的CCIX，AMD等支持的GenZ和Nvidia自行提出的Nvlink等等多种协议。虽然PCIe已经有了很多改进，但其难以满足现代计算机处理器和加速器之间的高带宽、低延迟通信需求。于是，CXL技术应运而生。
Compute Express Link®（CXL®）是业界推崇的缓存一致性互连技术，专为处理器、内存扩展和加速器设计。CXL确保CPU与连接设备内存的一致性，促进资源共享，提升性能，简化软件堆栈，降低成本。用户可专注于目标工作负载，无需担忧加速器中的冗余内存管理硬件，实现高效工作。
CXL作为高速通信的开放标准接口，正通过加速器与CPU的协同，加速人工智能与机器学习等前沿应用的发展。
CXL技术概述
CXL（Compute Express Link）是2020年由英特尔、戴尔和惠普联合推出的高速串行协议，专为计算机系统内部组件设计，实现快速可靠的数据传输。它攻克了高性能计算中内存容量、带宽及I/O延迟等难题，支持内存扩展与共享，并与GPU、FPGA等外设无缝对接，提供前所未有的数据交换与处理效率，助力计算性能飞跃。
CXL技术实现高速传输、内存共享与虚拟化，强化设备协作。它满足了现代数据中心大规模处理需求，并为AI、机器学习、区块链等新兴应用提供卓越支持，引领技术前沿。
CXL三种类型
PCIe插槽加速卡/附加卡可集成现有系统，通过CXL接口与CPU直连，实现超快数据传输，专为网卡等高速缓存设备量身打造，显著提升系统性能。
Type 2设备集Type 1功能于一身，专为高密度计算场景设计，如GPU加速器，高效应对复杂计算需求。
Type 3存储设备，直连主机处理器，运用CXL协议实现极低延迟与高吞吐量数据传输，有效拓展内存带宽与容量，堪称内存缓冲器的理想之选。
CXL三种模式
http://CXL.io革新内存扩展技术，通过PCIe总线连接CPU与外部设备，实现内存共享与I/O资源直接访问，显著提升数据传输速度，为高效数据处理提供强大支持。
CXL.cache模式革新性能：通过将常用数据本地缓存，非必要数据外部存储，显著减少内存访问时间，从而大幅提升系统整体性能，实现外部设备内存缓存的高效利用。
CXL.memory模式创新地将外部设备作为主内存，实现容量飞跃。CPU视其为扩展内存，海量数据轻松存储。此模式不仅增强系统可靠性，即便内存故障，CPU也能依托外部设备保持运转，保障系统稳定流畅。
CXL3.0规范
CXL 3.0规范升级，强化可扩展性，凭借高级交换、结构功能、高效对等通信和跨域细粒度资源共享，显著优化系统级流程。
CXL 3.0 规范的主要亮点：
1.结构功能
多头和织物连接设备
增强的结构管理
可组合的分解基础架构
2.更好的可扩展性和更高的资源利用率
增强的内存池
多级切换
新的增强一致性功能
改进的软件功能
3.带宽翻倍至 64GT
4.与CXL 2.0相比，零延迟
5.完全向后兼容
技术对比
与PCIe、NVMe等技术的对比：
CXL带宽显著超越PCIe，CXL 2.0高达5 GT/s，而PCIe 5.0则跃升至32 GT/s。NVMe作为协议，其带宽受限于具体互连技术。CXL和PCIe的高速传输，为数据密集型应用提供了强大支撑。
CXL与PCIe均具低延迟特性，CXL略胜一筹；NVMe协议则在延迟性能上同样出色，助力实现高效数据传输。
CXL独特支持内存扩展、缓存同步及设备直连内存访问，功能超越PCIe与NVMe，展现卓越性能与灵活性。
PCIe适用于GPU、网卡及存储设备连接；NVMe专用于固态硬盘；而CXL则展现卓越灵活性，不仅连接处理器、存储设备，还能适配网络适配器等外围设备，展现广泛应用场景。
CXL标准凭借卓越带宽和低延迟，在高性能计算、机器学习及人工智能领域独领风骚；CCIX标准则凭低功耗与高可靠性，在物联网及移动设备领域大放异彩。两大标准各有千秋，满足不同场景需求。
CXL标准基于PCI Express协议，完美兼容现有PCIe接口；相比之下，CCIX标准需全新物理层和控制层，兼容性相对受限。
CXL标准赋能大型服务器集群与超级计算机，实现高性能与内存扩展；而CCIX标准则专注于数据中心、物联网及移动设备，确保低功耗与高可靠性，满足多样化应用需求。
CXL兼容x86、Power及ARM等多元处理器架构，而CCIX则聚焦于ARM和Power，对x86架构的支持较为有限，展示了两者架构兼容性的明显差异。
结论
CXL技术凭借其在数据中心的核心地位，将广泛应用于超级计算机、AI加速器、网络加速器及NVMe SSD等场景，展现其无限潜力。
CXL技术广泛应用于数据中心、人工智能与处理器互联。于数据中心，它互联计算与存储资源，提升系统效能；于人工智能，它促进GPU、FPGA与主处理器协同，加速AI模型训练与推理；于处理器互联，CXL技术打破厂商壁垒，实现处理器间无缝互联，系统性能与灵活性双提升。CXL技术，引领未来计算新纪元。
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Compute Express Link（CXL）引领未来计算新纪元
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