三星CXL技術獲得驗證，存儲芯片界的CPO早已被國產勢力拿下

12月27日，三星電子宣布與紅帽（Red Hat）攜手，三星首次在業內成功驗證其CXL內存與紅帽最新操作系統在用戶環境中的互操作性，該進展將支持數據中心和企業客戶利用CXL內存進行高性能計算，且無需對硬件進行重大調整。

據悉，三星針對紅帽企業級Linux? (RHEL) 9.3優化了其 CXL 內存，并在紅帽的KVM和Podman環境中驗證了內存識別、讀取和寫入操作。

三星和紅帽于2022年5月首次簽署了關于合作開發下一代內存的合作意向書(MOU)，并決定通過三星存儲器研究中心(SMRC)持續推動CXL開源代碼和參考模型的開發。目前雙方的合作涵蓋了多個領域，包括NVMe固態硬盤、CXL內存、計算內存/存儲和Fabrics等一系列存儲和內存產品。

另外，三星和紅帽正在合作編寫《RHEL 9.3 CXL內存使用指南》，旨在幫助用戶在RHEL 9.3上充分發揮三星的CXL內存性能，并在各種用戶環境中構建高性能計算系統。

三星電子表示，與紅帽的 CXL 內存技術合作是先進軟件與硬件合作的典范，這將豐富并加速整個 CXL 生態系統的發展。


存儲芯片界的CPO

SK海力士副會長樸正浩曾在演講中透露，隨著ChatGPT等應用開啟AI新時代，加上相關技術演進，預計全球數據生成、儲存、處理量將呈等比級數增長。在技術演進的路上，為克服主機CPU存儲器容量受限問題，CXL技術相當重要。

隨著存儲成本不斷增加，傳統的PCI-e技術逐漸乏力。以ChatGPT為代表的AI大模型對高性能存儲芯片的需求與日俱增，在高容量、高運算能力的需求下，新的存儲技術備受市場關注。在此背景下，基于PCI-e協議的CXL技術應運而生。

有媒體將CXL技術稱為存儲芯片界的CPO。CXL（全稱Compute Express Link，意為計算快速鏈接）系英特爾于2019年推出的一種開放性互聯協議，能夠讓CPU與GPU、FPGA或其他加速器之間實現高速高效的互聯，從而滿足高性能異構計算的要求。CXL技術具有高兼容性、內存一致性等優勢。

在AMD、ARM、IBM以及英特爾等主要CPU供應商的支持下，CXL已經成為領先的行業標準。在AI的大時代下，隨著CXL的應用滲透率提升，服務器也從傳統圍繞CPU的設計思路轉向為以DRAM為中心的架構。

華西證券分析師劉奕司4月6日研報指出，CXL帶來的DRAM池化技術可以大大節約數據中心的建設成本（TCO），同時也將大大帶動DRAM的用量，節約下來的成本將會主要用于對DRAM的采購。TB級別的DRAM將會在更多通用性服務器中廣泛使用。CXL技術有望進一步提高服務器效率，AI時代DRAM受益程度不亞于GPU。

美光科技在2022年5月與投資者交流時曾預測CXL相關產品的市場規模，到2025年預計將達到20億美金，到2030年可能超過200億美金。

各大廠商積極布局CXL，擁抱大AI時代。2019年，由英特爾牽頭，聯合谷歌、微軟、HPE、戴爾易安信、思科、Meta和華為成立CXL聯盟，當年推出了基于PCIe 5.0的第一版規范。此后，AMD、英偉達、三星、Arm、瑞薩、IBM等以各種身份加入。


CXL3.0助攻AI芯片

CXL聯盟于2019年3月由創始成員阿里巴巴集團、思科系統、戴爾易安信、Meta、谷歌、惠普企業(HPE)、華為、英特爾公司和微軟組成。此后，AMD、NVIDIA、三星、Arm、瑞薩、IBM、Keysight、Synopsys、Marvell等以各種身份加入。

2021年，Gen-Z聯盟宣布將其所有技術規格和資產轉讓給CXL聯盟。2022年8月OpenCAPI聯盟宣布，與CXL聯盟達成協議，將OpenCAPI和OMI規范以及OpenCAPI聯盟的資產轉讓給CXL聯盟。Gen-Z技術和OpenCAPI技術相繼加入，意味著CXL聯盟將一統I/O互連標準。

在過去不到四年里，CXL大膽向前，到現在已經發表了1.0/1.1、2.0、3.0三個不同的版本。CXL 為底層采用 PCIe 標準，在該標準巨大行業發展勢頭上帶來了更多功能變革。

2019年CXL剛推出，PCIe 5.0是最新的標準，CXL 1.0、1.1以及之后的2.0代都使用了PCIe 5.0的32 GT/s信令。同時Specification 3.0被引入。CXL1.0規范解決了節點級互連的問題以及處理器與其連接設備之間的互連。CXL2.0帶來了CXL交換機和內存池化的功能，通過支持跨多個節點的內存等資源池，將CXL提高到了機架級別。

CXL 3.0于2022年發布，采用PCIe 6.0作為其物理接口。CXL 3.0 與 PCIe 6.0 一樣，使用 PAM4 將信號速率提高到 64 GT/s。CXL3.0在前代技術基礎上做了進一步擴展，帶寬提升2倍，并且簡化了一些復雜的標準設計簡單化，確保了易用性。并在物理層面和邏輯層面作了革新：CXL3.0將每通道吞吐量提升了一倍，達到64GT/s；CXL3.0擴展了標準邏輯能力，允許更復雜的連接拓撲。

CXL規范的推出速度非常快，在CXL 1.0技術還未準備就緒，CXL 2.0技術就兵臨城下，新規范要求在總線的SerDes級別提供內置支持，從而實現和遠程內存組的低延遲連接。鑒于財力雄厚的公司對 CXL 的支持日益高漲，該標準普及建設似有遠大前程。但其快速發展也讓 IP 開發人員難以快速從一個版本的標準轉向下一個版本。因此，像AMD不得不在新處理器的設計后期重新設計了CXL部分功能，還融入了包括持久內存和RAS報告等功能。

2020年曾有業內人士預言要到2024年CXL才可能有落地產品，而實際上2022年就有初代產品問世，相關的合作伙伴也在找相應的廠商對一些工程樣品搭建環境進行開發測試，從架構、IP到芯片，CXL的生態正在快速搭建。

在AI的大時代下，隨著CXL的應用滲透率提升，服務器也從傳統圍繞CPU的設計思路轉向為以DRAM為中心的架構。三星將CXL視為解決內存擴展挑戰的最有前景的技術，不遺余力搗鼓DRAM。2022年5月，三星電子開發出業界首款 512 GB Compute Express Link (CXL) DRAM 模塊，這是邁向 CXL 商業化的重要一步，官方數據顯示，與之前的三星 CXL 產品相比，實現極高的內存容量和低延遲，用于下一代大容量企業服務器和數據中心。

在AI浪潮催化下，幾乎每個人都在構建具有CXL功能的服務器。過去三年越來越多內存和服務器 SoC 公司都表示支持CXL，根據一些內存制造商的預測，到2030年，基于CXL的應用程序的總潛在市場預計將達到200億美元。但CXL仍面臨以下挑戰：

盡管共享資源具有吸引力，但無論標準進展得有多快，廣泛采用都需要時間。完全支持CXL拓撲和帶寬的產品推向市場是一個較慢的過程；

數據中心在采用任何新技術時都比較保守，任何故障都可能導致數百萬美元的停機時間因此不免有人猜忌和觀望CXL；

CXL未來在數據中心的擴散仍面臨缺乏驗證和驗證基礎設施的挑戰。這些解決方案在進行生產部署之前需要與OEM和云服務提供商一起進行嚴格的功能和性能驗證過程。CXL需要為希望同時啟動硬件軟件驗證、軟件啟動和合規性以實現其上市時間目標的公司提供更多軟件優先方法的范例。

CXL將隨著未來功能強度而普及化，也需要在云端業務大規模導入在產業中。