Compute Express Link

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Compute Express Link（简称CXL）是一个开放标准，其高速互联技术可以为高性能数据中心计算机提供高速、大容量的中央处理器（CPU）至设备，CPU至内存，及设备至设备的连接。[1][2][3][4]CXL作为一种高速串行协议，基于PCI Express（PCIe）的物理和电气接口构建。CXL包括基于PCIe的块输入/输出协议（CXL.io）以及用于访问系统内存（CXL.cache）和设备内存（CXL.mem）的新缓存一致协议。串行通信和池化能力允许CXL内存克服常见DIMM内存在实现高存储容量时的性能和插槽封装限制。[5][6]CXL还可以帮助高性能计算提升内存容量、内存带宽并降低I/O延迟。

## 历史

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CXL技术主要由英特尔开发。CXL联盟于2019年3月由创始成员阿里巴巴集团、思科系统、戴尔EMC、Meta、谷歌、惠普企业（HPE）、华为、英特尔公司和微软组成，并于2019年9月正式成立。[7]

2021年11月，Gen-Z联盟将其技术标准及资产转移至CXL联盟，便于开发唯一的行业标准。[8]

2022年8月，OpenCAPI技术标准及资产也被并入CXL，进一步扩大支持CXL技术的公司和产品。[9][10]

## 协议

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截止2024年，CXL标准目前支持以下三种协议。[11][12]

* CXL.io – 以PCIe 5.0（及在CXL 3.0之后的PCIe 6.0）为基础并增加了一些改进。它可以将内存扩展到外部设备，并提供配置、链路初始化和管理、设备发现和枚举、中断、DMA和透过非一致性加载/存储进行的寄存器I/O访问。
* CXL.cache – 允许外围设备透过低延迟请求/响应接口访问和缓存主机CPU内存。当内存被缓存到外部设备时，CPU只需要在本地缓存中保留最常用的数据。
* CXL.mem – 允许主机CPU透过加载/存储命令一致性地访问缓存的设备内存，并且同时适用于静态随机存取存储器和动态随机存取存储器。透过把外部设备作为主内存使用，CPU可以在内存故障的情况下继续运行。

## 设备类型

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CXL目前支持三种设备类型：[12]

* Type 1：主要用于没有本地内存的加速器，比如网卡。透过PCIe与现有系统集成，并透过CXL与CPU直接通信。
* Type 2：主要用于更为通用的加速器，比如GPU，ASIC和FPGA。这类加速器通常具有GDDR或高带宽存储器的本地内存。主CPU可透过CXL直接访问设备的本地内存。
* Type 3：可以用于内存扩展板和持久化内存，与主机处理器直接通信，并且可以使用 CXL 协议来实现低延迟、高吞吐量的数据传输。

## 应用

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CXL早期主要用于数据中心和高性能计算等场景。随着人工智能领域模型开发对内存的需求不断提升，CXL使GPU和FPGA等加速器与CPU更高效的协作，进而提高人工智能模型训练和推理的速度。[13]

## 参考文献

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1. ^ ABOUT CXL. Compute Express Link.  [2019-08-09] （英语）.
2. ^ Synopsys Delivers Industry's First Compute Express Link (CXL) IP Solution for Breakthrough Performance in Data-Intensive SoCs. finance.yahoo.com. Yahoo! Finance.  [2019-11-09].
3. ^ A Milestone in Moving Data. Intel Newsroom. Intel.  [2019-11-09].
4. ^ Compute Express Link Consortium (CXL) Officially Incorporates; Announces Expanded Board of Directors. www.businesswire.com. Business Wire. 2019-09-17  [2019-11-09] （英语）.
5. ^ StackPath. www.electronicdesign.com. 13 October 2021  [2023-02-03].
6. ^ Mann, Tobias. Just How Bad Is CXL Memory Latency?. The Next Platform. 2022-12-05  [2023-02-03] （美国英语）.
7. ^ Calvert, Will. Intel, Google and others join forces for CXL interconnect. www.datacenterdynamics.com. March 13, 2019.
8. ^ Consortium, C. X. L. Exploring the Future. Compute Express Link. November 10, 2021. [失效連結]
9. ^ OpenCAPI to Fold into CXL - CXL Set to Become Dominant CPU Interconnect Standard
10. ^ CXL Consortium and OpenCAPI Consortium Sign Letter of Intent to Transfer OpenCAPI Specifications to CXL
11. ^ Compute Express Link Standard | DesignWare IP | Synopsys. www.synopsys.com.
12. ^ 12.0 12.1 Compute Express Link (CXL): All you need to know. Rambus.
13. ^ 继HBM之后，这一技术或成AI存储“新宠”，三星重磅新品也将来袭.