Intel Sapphire Rapids支持CXL，提升内存效率

第四代服务器市场的x86处理器（包括代号Sapphire Rapids的第四代英特尔®至强®可扩展处理器）陆续发布并进入市场，PCIe 5.0终于有了广阔的舞台。虽然去年的消费类PC已经普遍可以提供PCIe 5.0插槽，但实际上并没有多少设备能够发挥新一代总线的价值，而对于数据中心市场，高性能计算卡、智能网卡、DPU等设备对于接口带宽可谓极度渴求，首先，第四代英特尔®至强®可扩展处理器支持CXL 1.1版本。这意味着在这一时期的平台上，主机级的CXL内存扩展，至于基于CXL的资源池化则还需要等待下一阶段的平台。目前话题度比较高的CXL设备主要是CXL内存、内存语义SSD。


解释一下内存语义SSD（Memory-Semantic SSD，简称MS-SSD）：它是一种被主机视作内存的特殊SSD。传统的SSD是块设备（块语义），通过 PCIe 总线上的NVMe协议进行传输。如果传统SSD移植到CXL，则基于CXL.io——看协议的名字就很“外设”范。但是，如果是MS-SSD，则可以使用CXL.mem协议，在主机和软件看来，就好像它是内存一样。

CXL支持三种设备类型：

1.Type1支持CXL.cache和CXL.io 2.Type 2支持CXL.cache，CXL.mem和CXL.io；3. Type 3支持CXL.mem和CXL.io。

CXL Type 1设备的典型应用是网卡。这类设备强调缓存一致性，数据流可以选择任何排序，并允许实现无限数量的原子操作。这些操作只需要少量的缓存，可以很容易被主机跟踪。

2.CXL Type 2设备的典型应用是GPU、FPGA之类的加速器。Type 2设备除了一致性高速缓存外，还具有连接到设备内存的能力。这些设备的性能依赖于加速器和设备自有内存之间的巨大带宽。CXL的价值在于提高了主机内存和设备内存之间数据访问的效率，不论是主机内存将数据输入加速器，或是从加速器获取结果。PCIe虽然也具备DMA能力，但其并非为大数据流量优化，延迟比CXL大。图中的HDM是Host-managed Device Memory的缩写，意思是“主机管理的设备内存”。GPU卡之类设备上的内存，如果支持CXL一致的系统地址映射，即为HDM。与HDM相对的是传统的专用设备内存（Private Device Memory，PDM）。譬如传统的GPU卡上的显存被GPU视为私有，主机无法访问显存。这种显存GPU和驱动程序管理，被作为GPU运算过程中的中间存储。在这种模式下，GPU需要输入数据，或者输出结果时，就涉及大量从主机内存到显存的来回拷贝操作，增加延迟和能耗。如果显存从专有变为HDM，则可以被主机直接访问，不需要额外的数据移动操作。

3.CXL Type 3设备用于内存缓冲，包括带宽扩展、容量扩展（在扩展后，系统内存的带宽和容量即为本地内存和CXL内存模块的叠加），也包括存储级内存。Type 3设备支持CXL.io和CXL.mem协议，主要为主机发送的请求提供服务。由于这类设备不是加速器，所以它们不需要通过CXL.cache发出一致性请求。