傳統(tǒng)觀點認為，如果您非常關心延遲，那么嘗試將系統(tǒng)內(nèi)存連接到 PCI-Express 總線并不是一個好主意。因為內(nèi)存離 CPU 越遠，延遲就越高，這就是內(nèi)存 DIMM 通常盡可能靠近插槽的原因。

從邏輯上講，PCI-Express 是千里之外的。隨著每一代 PCI-Express 帶寬翻倍，如果沒有重定時器的幫助也會增加延遲，它可以傳輸?shù)木嚯x也會縮短。對于我們習慣于連接到 PCI-Express 的大多數(shù)類型的內(nèi)存來說，這不是什么大問題。閃存存儲的延遲以幾十微秒為單位的情況并不少見，這使得互連產(chǎn)生的額外幾百納秒成為一個有爭議的問題。然而，我們對DDR 和其他形式的易失性存儲器就沒有那么寬容了。

以前的內(nèi)存擴展嘗試都陷入了妥協(xié)，特別是在延遲方面。例如，GigaIO 表示其FabreX 架構已經(jīng)可以使用 DMA 在 PCI-Express 上進行內(nèi)存池化，但這樣做需要應用程序能夠容忍 500 納秒到 1.5 微秒的延遲。

同樣，根據(jù) Blocks and Files 的說法，在英特爾今年夏天毫不客氣地削減其 Optane 持久內(nèi)存業(yè)務之前，部署該技術意味著會產(chǎn)生大約350 納秒的延遲。雖然可用，尤其是在分層內(nèi)存配置中，但它比直接連接 CPU 的 DDR 內(nèi)存預期的低于 100 納秒的往返延遲要長得多。

進入 CXL 內(nèi)存生態(tài)系統(tǒng)

這為我們帶來了使用 Compute Express Link 協(xié)議或 CXL 的第一代內(nèi)存擴展模塊。基于 AMD 的Epyc 9004“Genoa”處理器的系統(tǒng)是首批系統(tǒng)之一，擁有 64 條 CXL 連接通道——不同于其 128 至 160 條整體 PCI-Express 通道——最多可分為四到十六個設備。至于英特爾將如何在其“Sapphire Rapids”Xeon SP 處理器上實施 CXL，我們將不得不等到它們明年初問世。

與這些服務器相得益彰的是我們確信的第一個是許多 CXL 內(nèi)存擴展模塊。雖然 CXL 最終將允許完全分解的系統(tǒng)，在這些系統(tǒng)中，資源可以通過高速結構在整個機架上共享，但距離那一天還有幾年的時間。

對于首次涉足數(shù)據(jù)中心，CXL 直接專注于內(nèi)存擴展、分層內(nèi)存和一些早期的內(nèi)存池應用程序。目前，我們只關注內(nèi)存擴展，因為在這個早期階段，它可以說是最簡單和最實用的，尤其是在以可用延遲附加內(nèi)存時。

三星和Astera Labs已經(jīng)展示了 CXL 內(nèi)存模塊，他們說只需將它們插入兼容的 PCI-Express 5.0 插槽，即可為系統(tǒng)添加數(shù) TB 的內(nèi)存。從系統(tǒng)的角度來看，它們的外觀和行為就像通過內(nèi)存總線連接到相鄰插槽的常規(guī) DDR DRAM 內(nèi)存。

在最長的時間里，一旦達到 CPU 內(nèi)存控制器的限制，添加更多內(nèi)存的唯一方法就是添加更多插槽。如果工作負載可以利用額外的線程，那就更好了，但如果不能，這將成為一種非常昂貴的添加內(nèi)存的方式。實際上，額外的插槽只是一個內(nèi)存控制器，上面附有一堆昂貴的、不需要的內(nèi)核。

內(nèi)存擴展模塊的行為方式大致相同，但它不是使用專有的插槽到插槽互連，如英特爾的 UPI 或 AMD 的 xGMI 鏈接，而是 CXL。這意味著您可以擁有這些設備的整個生態(tài)系統(tǒng)，事實上，我們已經(jīng)看到一個相當充滿活力，有時甚至是令人向往的設備圍繞 CXL 展開。

CXL 總裁 Siamak Tavallaei在 SC22上告訴 The Next Platform ，CXL 實際上包含三種協(xié)議，但并非所有協(xié)議都是延遲的靈丹妙藥。“CXL.io 仍然具有您預期的相同類型的延遲（來自 PCI-Express），但其他兩個協(xié)議——CXL.cache 和 CXL.mem——通過協(xié)議采用更快的路徑，并且它們減少了延遲。”

CXL 內(nèi)存延遲到底有多糟糕？

如果 Astera 值得信任，延遲并不像您想象的那么糟糕。該公司的Leo CXL 內(nèi)存控制器旨在接受高達 5600 MT/秒的標準 DDR5 內(nèi)存 DIMM。他們聲稱客戶可以預期延遲與訪問第二個 CPU 上的內(nèi)存大致相當，一個 NUMA 躍點。這使得它在 170 納秒到 250 納秒附近。事實上，就系統(tǒng)而言，這正是這些內(nèi)存模塊向操作系統(tǒng)顯示的方式。

Tavallaei 解釋說，大多數(shù) CXL 內(nèi)存控制器會增加大約 200 納秒的延遲，額外的重定時器會增加或花費幾十納秒，具體取決于設備與 CPU 的距離。這與其他 CXL 早期采用者所看到的一致。GigaIO 首席執(zhí)行官 Alan Benjamin 告訴The Next Platform，它所見過的大多數(shù) CXL 內(nèi)存擴展模塊的延遲都接近 250 納秒，而不是 170 納秒。

然而，正如 Tavallaei 指出的那樣，這仍然是對四插槽或八插槽系統(tǒng)的改進，在這些系統(tǒng)中，應用程序可能僅僅因為需要內(nèi)存而不得不應對多個 NUMA 躍點。（不過，公平地說，IBM 和英特爾在 CPU 之間添加了更多更快的鏈接，以減少跳數(shù)和每跳延遲。）

話雖如此，許多芯片制造商很快指出，CXL 生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)在才剛剛起步。在 CXL 董事會任職的 AMD 的 Kurtis Bowman 告訴The Next Platform，許多早期的 CXL 概念驗證和產(chǎn)品都使用尚未針對延遲進行優(yōu)化的 FPGA 或第一代 ASIC。隨著時間的推移，他預計延遲會大大改善。

如果 CXL 供應商能夠像他們聲稱的那樣，在展廳演示之外實現(xiàn)與多插槽系統(tǒng)同等的延遲，那么它應該在很大程度上消除利用它們所需的應用程序或操作系統(tǒng)特定定制的需要。好吧，至少就內(nèi)存擴展而言。正如我們在 Optane 中看到的那樣，CXL 內(nèi)存分層幾乎肯定需要某種操作系統(tǒng)或應用程序支持。

隨著插槽變得越來越大并且在板上安裝更多 DIMM 變得越來越難，這再合適不過了。放置它們的地方更少了。有可容納 32 個 DIMM 的雙插槽系統(tǒng)，但隨著芯片制造商增加更多通道以滿足更高核心數(shù)的帶寬需求，這是不可擴展的。

我們已經(jīng)在某種程度上在 AMD 的 Genoa 芯片上看到了這一點，盡管該芯片將內(nèi)存通道數(shù)量增加到 12 個，但在發(fā)布時每個通道僅支持一個 DIMM，將雙插槽配置中的 DIMM 數(shù)量限制為 24 個。即使您可以為每個通道連接兩個 DIMM，我們被告知將 48 個 DIMM 安裝到標準機箱中是不切實際的。

當我們希望在更遠的距離（例如跨機架）連接內(nèi)存時，事情會變得更加復雜，因為電或光互連產(chǎn)生的延遲必須計入方程式。但對于機箱內(nèi) CXL 內(nèi)存擴展，延遲似乎并不像許多人擔心的那么令人頭疼。

審核編輯 ：李倩