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【產業動態】CXL™ 記憶體外型規格:發展與形成因素比較


CXL™ 記憶體外型沿革


電腦系統幾十年來一直使用直接附加的記憶體模組,以DIMM 的外型規格存在,這些模組直接連接到主機主機板和CPU,使用一個平行匯流排,系統擴充可使用的記憶體模組數量,涉及對CPU 添加記憶控制器和引腳,而這很快變得不切實際。



由於現代應用程式對記憶體的需求越來越大,特別是對低延遲和高頻寬的需求,傳統的記憶體解決方案已經不再足夠,舉例來說,人工智慧和機器學習需要大量的資料處理和快速的計算,這需要更快速的記憶體存取;同樣地,圖像處理、記憶體資料庫和即時分析等應用,也需要更大容量和更高效率的記憶體;因此,我們需要新的記憶體解決方案,以呼應這些現代應用程式對記憶體性能不斷增長的需求,這些新解決方案可能包括高速、低延遲的記憶體技術,以確保應用程式能夠高效運行並處理大量資料。


Compute Express Link™ (CXL™) 是一種高頻寬、低延遲的 CPU 到裝置連接標準,它以現有的 PCI Express®(PCIe®)基礎架構,利用了PCIe的物理和電氣介面,同時增加了額外的傳輸協定;CXL 允許記憶擴展、記憶池(固定大小區塊規劃,包括共享)、以及系統彈性的可組合性使用模型;這裡列出了 Compute Express Link™ (CXL™) 支援的三種不同類型的裝置::

  • Type 1: 智慧網路介面卡 (Smart NICs) 和加速器 能夠處理網路流量或特定工作負載的加速運算,具備智慧化的網路處理功能,以提高網路性能。

  • Type 2: 具有快取的加速器 針對高效資料存取而設計的加速器,該加速器整合了快取記憶體,以減少對主記憶體的存取延遲,這對於需要快速資料處理的應用程式特別有幫助。

  • Type 3: 記憶體 用於擴展系統的記憶體容量,可以提供額外的記憶體,以應付大規模資料處理和儲存需求。

由於對高密度和具備成本效益的記憶體解決方案需求不斷增加,業界普遍努力首先集中在擴展記憶體的 Type 3 記憶模組上,這些模組可以採用幾種不同的新興外型規格,它們包括 EDSFF(Enterprise and Datacenter Standard Form Factor)和 AIC(Add-In-Card)外型規格。

EDSFF 外型規格


EDSFF 由儲存網路產業協會(SNIA)維護,定義了一系列標準化的外型規格,相對於當前產業標準的固態硬盤(SSD)外型規格,具備多項優勢;EDSFF 包含 E1.S、E1.L、E3.S、E3.L 支援多種不同的 PCIe 通道設定(x4、x8 和 x16),以及多種不同的物理外型規格,所有這些規格都適用於以 CXL 為基礎的設計。


EDSFF E1.S 外型規格


圖1 - 由左至右:E1.S 5.9mm(由SMART Modular Systems提供);E1.S對稱外殼(由Intel提供);E1.S(由KIOXIA提供);E1.S 5.9mm(由Micron提供);E1.S 15mm(由Micron提供)
圖1 - 由左至右:E1.S 5.9mm(由SMART Modular Systems提供);E1.S對稱外殼(由Intel提供);E1.S(由KIOXIA提供);E1.S 5.9mm(由Micron提供);E1.S 15mm(由Micron提供)


圖2 - 搭載32個E1.L的Supermicro®伺服器,可安裝在1U機箱中
圖2 - 搭載32個E1.L的Supermicro®伺服器,可安裝在1U機箱中

EDSFF E3.S 與 E3.L外型規格

圖3 - EDSFF模組
圖3 - EDSFF模組

圖4 - SMART Modular Technologies E3.S CXL 記憶模組
圖4 - SMART Modular Technologies E3.S CXL 記憶模組

高速附加卡(AIC, Add-In-Card)外型規格


AIC 的外型規格也稱為 CEM (Card Electromechanical),全名爲 PCI Express Card Electromechanical Specification,是最古老的 PCIe 外型規格之一,支援各種不同的裝置,從圖形加速卡到網路卡等等,相關標準可以在PCI-SIG 網站下載;AICs 支援不同的連接器尺寸和通道數(x1、x2、x4、x8 和 x16),並具有標準高度(稱為 "full height")和半高(稱為 "low profile")以及全長和半長的大小,這種外型規格允許安裝使用傳統 DRAM 記憶模組的 CXL AIC,提供了具有良好價值的記憶擴展選擇。

Add in Card (AIC),這些尺寸是一般的標準,但仍可能會有些微變化,具體取決於製造商和產品;插槽的標準尺寸也可能因不同的系統和用途而異。
Add in Card (AIC),這些尺寸是一般的標準,但仍可能會有些微變化,具體取決於製造商和產品;插槽的標準尺寸也可能因不同的系統和用途而異。

圖5 - SMART Modular 8-DIMM 附加卡 (AIC),有8個DIMM插槽,可用於安裝記憶模組。
圖5 - SMART Modular 8-DIMM 附加卡 (AIC),有8個DIMM插槽,可用於安裝記憶模組。

圖6 - SMART Modular 4-DIMM 附加卡 (AIC),有4個DIMM插槽,可用於安裝記憶模組。
圖6 - SMART Modular 4-DIMM 附加卡 (AIC),有4個DIMM插槽,可用於安裝記憶模組。

各種外型規格比較


一般而言,EDSFF 裝置的容量和功耗較低,安裝在較小的外型規格上,適用於伺服器的前置裝載(可以從伺服器的前面方便地存取或更換);相較之下,AIC 裝置容量和功耗較高,需要內部安裝在系統中,佔用更多空間。

結論


CXL裝置有多種可用的外觀規格,完美利用了PCIe 生態系統和框架,CXL模組和卡片可以添加到現有的電腦機架、塔式機箱、和刀鋒伺服器中,無需進行機構或電氣重新設計;在占用空間和容量之間提供了一個合理的折衷方案,尤其是E3.S 是目前各記憶體大廠的主流規格,使CXL裝置能夠平滑地整合到現今伺服器系統設計中;各 CXL 相關 Type-3 裝置已紛紛投入試產與伺服器廠商和 Intel、AMD 合作進行驗證,相信不久各位在添購伺服器時會在規格表看到CXL 記憶體擴展器的選購清單。


作者: Microchip 產品線和技術規劃經理 Timothy Pezarro,以及 SMART Modular Technologies 的高級產品行銷經理 Torry Steed。


原文網址:CXL Consortium


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