【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。

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。

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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