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【產業動態】CXL 3.0 技術如何影響企業儲存設備(Storage)

在CXL 3.0 技術對儲存設備(Storage)產生重大影響之前,先了解 CXL 3.0 技術,儘管這一規範對先前的世代進行了改進,但也可能對儲存設備(Storage)產生更高的要求。


Compute Express Link(CXL)3.0 規範是一種更快、更昂貴的網路儲存形式,它採用了先進的技術、複雜的功能、和高頻寬需求,這些因素都會導致相應的硬體和設備成本增加,但它針對的是不同的應用場景。


CXL是系統分離的最後一步,它可以在運算系統中實現不同組件之間的高速連接和通訊;在系統分離中,不同的組件(如記憶體(Memory)、加速器、儲存設備(Storage)等)可以被解耦並獨立運行,從而實現更靈活、高效的資源配置和管理;CXL的引入將允許IT部門根據需要重新分配記憶體(Memory)資源,就像在儲存設備(Storage)、I/O、和伺服器中已經可以進行的那樣;這代表記憶體可以被視為一種共享資源,可以根據應用程序的需求進行動態分配,從而更有效地利用記憶體資源並提供更大的記憶體容量。


這種系統分離和記憶體(Memory)資源重新分配的能力,對於大型資料中心特別重要。它可以幫助解決傳統運算系統中記憶體資源浪費的問題,提高系統的可擴展性和效能,減少「困住」的記憶體。同時,它還為應用程序提供了更大的記憶體容量,跨越了單一伺服器的限制,從而可以更好地支援處理大規模資料和高性能運算的需求,這對儲存設備(Storage)將產生影響。


CXL 3.0在標準化方面取得了重大進展


根據CXL聯盟的說法,CXL 3.0規範在前幾代標準的基礎上進行了擴展,以增加可擴展性並優化系統級流程,具備交換和結構能力、對等通訊、以及跨多個運算域的資源共享功能。



CXL 3.0 將CXL從原始的CXL 1.0和1.1的PCIe 4.0,以及CXL 2.0的PCIe 5.0,遷移到PCIe 6.0;每一代的頻寬都翻倍,現在將以每秒64Gbps的速度來運行, CXL 3.0實現了幾個複雜的功能,提高了所有CXL版本在系統中的一致性,而不增加延遲,這些標準還具有向後相容性。


CXL 3.0 透過引入新的功能和技術來推進標準的發展,使得CXL在可擴展性和性能方面更加強大,新規範引入了交換和結構能力,使得系統中的不同運算域可以透過CXL互連,共享資源並實現對等通訊,同時,版本3.0還提升了頻寬,使得資料傳輸速度更快,從而支援更高效的運算和資源共享。此外,CXL 3.0的實現並未增加延遲,保持了所有CXL版本中的一致性;這表示系統中的各個組件可以有效地協同工作,共享資源和資料,提高整體系統的效能和效率。

CXL版本比較
CXL版本比較

圖片來源:TechTarget


該規範中最重要的變更涉及記憶體(Memory),因為CXL將進行記憶體分離;在最初的版本中,CXL透過點對點方式將記憶體(或永久記憶體)連接到處理器;CXL 2.0引入了交換器,使多達16個主機可以存取多個記憶體實體(或記憶體中的一個區域或片段),進一步擴展了分離的範圍和彈性,這種分離和共享不再僅限於單個伺服器,而是擴展到整個機架,多個伺服器之間可以共享和訪問記憶體;這樣的擴展性和連接性提升,使得資源的共享和存取更加靈活和高效,能夠更好地滿足大型資料中心的需求,提供更強大的運算和儲存能力;同時,它還提供了更高的可擴充性,使系統能夠更容易地擴充和適應不斷增長的工作負載和資源需求。


CXL 3.0 技術能夠實現多個主機之間的記憶體(Memory)共享,並且無需擔心一致性問題,這對系統管理員來說是一個非常有用的功能,特別是在簡單的訊號量 (semaphores) 等場景中,訊號量(semaphore)是一種同步機制,用於控制對共享資源的存取;然而,當系統架構師開始廣泛使用這一功能時,還會發現其他更多的用途和優勢;這種記憶體共享的能力將推動創新的系統架構設計,使系統能夠更靈活、高效地利用記憶體資源,從而提供更出色的性能和功能,這也為企業和資料中心帶來了更多的機會,以滿足不斷增長的計算需求和應用場景的挑戰。

CXL 3.0可以使用多個交換機串聯來實現網路結構。
CXL 3.0可以使用多個交換機串聯來實現網路結構。

圖片來源:TechTarget


CXL 3.0 對儲存設備(Storage)的直接影響


CXL 3.0 技術支援點對點的對等讀寫操作,是CXL 3.0技術中的一個關鍵特性,儲存設備(Storage)可以選擇直接將數據移入或移出記憶體(Memory),,而無需透過主機(Host)介入,這種通訊方式可以在主機之間實現直接的資料傳輸,不僅提高了速度,還減少了延遲,主機可以直接存取其他主機的記憶體,進行高效的資料交換和共享,而不需要額外的中間處理。在CXL 2.0的遠程直接記憶體訪問(RDMA)方法中,主機會介入傳輸並降低速度,因此這一改變使得CXL 3.0的速度比RDMA顯著更快,同時,這也使處理器免於管理此任務。


在完全不同的面向來看,CXL 3.0 對記憶體(Memory)共享的支援,代表目前透過儲存設備(Storage)進行通訊的軟體,最終會將該通訊轉移到共享記憶體中,這將再次加快處理速度,從而使整體的輸入/輸出頻寬增加,即使訊息傳遞的任務已經不再依賴於儲存設備。然而,實現這種改變可能需要相當長的時間,因為它需要對軟體進行一系列結構性的改變,這樣的改變往往需要多年的時間才能實現。


第三,記憶體池化(Memory Pooling)將使對記憶體(Memory)需求龐大的應用程式,可以存取比目前更加經濟的記憶體,即使是最大型的應用程式的全部程式碼和資料集,也可以完全存放在記憶體中,避免了分頁錯誤的發生;這將在執行任務時減少輸入/輸出流量,但同時也對儲存設備(Storage)施加了巨大的壓力,要求其在一個任務結束並將其記憶體重新分配給另一個任務時,能夠快速回應。


CXL的目標是在不增加成本的情況下提高系統的效能,當CXL 3.0技術改進了記憶體(Memory)管理,提高了記憶體的效能和可用性時,其他系統部分也需要相應地跟上步伐,以確保整體系統的平衡和最佳效能。如果其他部分無法適應記憶體管理的改進,它們可能成為整個系統的瓶頸,限制了整體效能的提升;由於伺服器的效能提高,CXL將增加對儲存設備(Storage)的頻寬需求,因為伺服器的效能提高,對資料的需求也增加。


舉個例子,當記憶體管理改進使得更多的記憶體可用並且可以更快地存取時,其他系統元件,例如處理器、儲存設備、和輸入/輸出接口,也需要具備相應的性能和頻寬來處理更高的資料流量和快速的記憶體存取;如果這些元件無法配合新的記憶體管理功能,它們就可能成為系統的瓶頸,限制了整體系統的效能提升。


因此,在採用CXL 3.0技術時,系統架構師和開發者需要全面考慮整個系統的各個方面,確保它們能夠適應和支援新的記憶體管理能力,以充分發揮CXL的優勢並實現系統的最佳效能;這可能涉及對硬體設備進行升級或優化,調整軟體配置、和優化程式碼等措施,以確保整個系統能夠充分利用記憶體管理的改進帶來的好處。


CXL 3.0對儲存設備(Storage)的間接影響


CXL 3.0 與記憶體(Memory)的關係比儲存設備(Storage)更多,但它很可能加速運算,這將對儲存性能提出更多要求,但這種情況幾乎總是如此嗎?


CXL 3.0 規範於2022年8月發布,可能需要大約一年的時間才能在硬體上廣泛使用;然後,管理員需要升級應用程式以充分利用CXL 3.0技術所提供的一切,這也需要一些時間;主流的變更可能需要數年時間才能實現。


好的一面是,這使得管理員在需要擔心CXL 3.0對系統的影響之前有足夠的時間熟悉這項技術。


原文網址:TechTarget


VIAVI Solutions XGIG 5P16 CXL 協定分析與驗證平台

XGIG 5P16 CXL 協定分析與驗證平台
XGIG 5P16 CXL 協定分析與驗證平台

XGIG 5P16 協定分析與驗證平台 是一個針對 PCI Express 5.0/CXL 協定的分析和驗證平台。它具備支援最新的PCIe、NVMe和CXL協定規範的能力,同時提供強大的專家系統(Expert System),以幫助您快速檢測PCIe每一層的錯誤。 這個平台還具備LTSSM(Link Training and Status State Machine)功能,它能清晰顯示每個狀態的行為模式,有助於快速排除故障。LTSSM是用於PCIe連接的狀態機,透過監控和分析其行為,您能夠快速識別並解決問題。


XGIG 5P16平台的最高配置支援16通道,可實現32GT/s的傳輸速度。這使得它在高速連接和大容量資料傳輸方面非常強大。此外,該平台還支援同時串接多台VIAVI Xgig系列產品,這樣您就能擴展測試能力,進行更複雜的A-J-A(分析-錯誤注入-分析)模式測試。這種模式下,您能夠在資料流中注入錯誤並進行分析,以測試系統的容錯性和恢復能力。


VIAVI Solutions XGIG 5P16 在 CXL 應用中,可以提供以下測試功能:

  • 頻寬測試: XGIG 5P16 可以測試 CXL 介面的頻寬性能,確定其在資料傳輸方面的效能;它可以捕捉並分析 CXL 通訊的資料流,以評估其頻寬的利用率和效率。

  • 協定分析: XGIG 5P16 可以解析和分析 CXL 通訊協定,確保通訊的正確性和一致性;它可以檢測和識別任何協定錯誤或異常,幫助使用者進行除錯。

  • 延遲測試: XGIG 5P16 可以量測 CXL 通訊的延遲時間,包括從發送端到接收端的傳輸延遲和處理延遲;這有助於評估 CXL SSD 的性能和響應時間。

  • 效能評估: XGIG 5P16可以透過模擬不同工作負載和資料流量的情境,對 CXL SSD 進行效能評估;它可以測試SSD 的性能極限,並提供有關傳輸量、IOPS 和延遲等指標的評估。

  • 故障排除: XGIG 5P16 提供了強大的故障排除工具,用於檢測和解決 CXL SSD 通訊中的問題;它可以識別資料封包丟失、錯誤、或重複等問題,並幫助使用者定位和解決故障。

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