备受瞩目的CXL，能否兑现英特尔给存储厂商画的饼？-CFM分析

随着网络和信息技术不断普及，近年来，“大数据”、“数据大爆炸”这类词语频繁出现，顾名思义，“大”字反映出了巨额数据量，但其实海量数据带来的沙里淘金的重要性和复杂性才是当前数据中心相关业者亟待解决的关键问题。

在全球数据中心市场，英特尔无疑仍然是领导者的角色，但其不断收缩的市场份额表明其行业领先性正面临严峻的挑战，为此，近年来英特尔动作不断。就与存储相关的业务而言，英特尔先出售了获利不佳的NAND业务，后又关闭了傲腾业务，看似与存储渐行渐远。

直到近年来CXL（全称：Compute Express Link）逐渐为业界熟知，人们才恍然大悟，英特尔从没离开过存储，而是继续用自己的方式影响着存储行业发展。

死磕“冯.诺依曼”架构瓶颈，英特尔的“大内存”方案：傲腾+CXL，前者已然溃败，CXL正蓬勃发展，或将取代PCIe

正如上文提及，大数据时代下沙里淘金般繁杂的工作负载使当前数据中心的冯.诺依曼架构瓶颈凸显。所谓的冯.诺依曼架构瓶颈，简而言之就是内存带宽增长速度跟不上CPU核心增长速度导致的“内存墙”以及内存容量不足时访问外部存储时访问速度下滑造成的“IO墙”，---这两个问题焦点均落在了内存部件。

历年来CPU和内存之间的性能差距

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其实这两个问题的答案很简单，只要更“大”、更“多”的内存即可，但是由于主板上DRAM插槽数量有限以及近年来DRAM密度增长速度趋缓大大限制了内存容量提升。因此要解决这个问题，科学家需要另辟蹊径。

其中，英特尔交出的傲腾+CXL的“大内存”组合拳最具代表性。英特尔傲腾产品的初衷是将傲腾产品作为高速DRAM缓存使用，凭借其相较DRAM更优的成本和更大的容量实现更大的内存。

傲腾产品本身颇具创新性，可以说引领了SCM（存储级内存）的风潮，但由于成本、市场环境等各方面原因，傲腾产品普及程度不及预期，英特尔已于去年8月关闭了该业务。

相较于傲腾的没落，如今的CXL可谓蓬勃发展，其联盟成员已经遍布行业服务器硬件制造商、主流的云计算提供商、网络设备制造商等。CXL突破了主板上内存插槽数量的限制，通过软件定义行业标准规范，支持处理器、内存扩展和加速器的Cache-Coherent互连，保持CPU内存空间和附加设备上内存的一致性，允许资源共享，实现内存池化，从而获得更高的性能，降低软件栈的复杂性，降低整体系统成本。

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据悉，由于面对未来数据量TB级增长、异构计算大行其道，PCIe在内存使用效率、延迟和数据吞吐量等方面已经面临压力，英特尔原本计划用CXL来取代PCIe。

但由于CXL构建于PCIe逻辑和物理层级之上，因此，CXL作为PCIe物理层之上运行的一种可选协议仍将与PCIe共存一段时间，英特尔也计划在PCIe 6.0规范上大力推进CXL的采用。

看好内存可扩展化带来的巨大商机，核心存储厂商已经跑步进场

在如今人工智能风潮驱动下，全球内存半导体生产商之间的竞争急速升温，此时CXL解决方案横空出世，被誉为十年一遇的技术，业界认为，CXL将成为实现下一代数据中心最佳资源利用的重大变革者，对改善数据中心架构前程无量。

正因看好其未来巨大的发展潜力，业界核心厂商早已跑步进场开始布局。英特尔作为产业生态的关键一环，其最新的第4代Xeon可扩展处理器（代号Sapphire Rapids，SPR）是第一款支持CXL1.1标准的高性能商用CPU，虽迟但到，另外英特尔还将CXL协议集成到了Agilex™ I 系列和Agilex™ M系列FPGA家族的特定产品中。AMD发布的代号Genoa的EPYC 9004系列处理器也同样支持CXL1.1标准。

在存储产业链中，三星布局最早且最为完善，其于2021年5月就推出了基于DDR5技术支持CXL互联标准的内存模块，并随后发布了首款支持CXL内存平台设计的开源软件解决方案。三星的CXL内存产品容量分别有128GB和512GB两种。另外，三星还研发出了业界首款CXL标准内存语义SSD。

美光也于今年3月推出了CXL内存模块，SK海力士也将于今年量产基于最新的1α节点的DDR5 CXL产品。

信息来源：公开信息，CFM闪存市场不完全整理

另外，在支持CXL的附加卡、背板和内存模块等设备中，还需配置内存扩展控制器（Memory eXpander Controller, MXC），在这方面，澜起科技、Microchip、AsteraLabs、Rambus都已经有所布局。

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模组品牌厂方面，SMART Modular世迈科技也于去年8月宣布推出新型DDR5 CMM CXL模块。威刚也在今年computex上展示了符合CXL1.1标准的存储设备，配备了PCIe 5.0 x4接口，采用了E3.S规格外形，里面搭载了3D NAND闪存，可以用于扩展服务器的系统内存，利用PCIe模块能以相对便宜的方式实现系统内存扩展。记忆科技也在今年展示了CXL内存扩展器，支持CXL2.0规范，采用EDSFF（E3.S）2T的外形规格与最新DDR5世代颗粒，容量达64GB，链路宽度为X8。

思路打开：“大内存”方案不止于DRAM，成本更低的SSD也大有可为，三星、铠侠已经布局

在过去几年中，CXL已经逐渐成熟，到现在已经发表了1.1、2.0、3.0三个不同的版本，定义了CXL.io、CXL.cache和CXL.memory三大协议，支持的设备也多种多样，主要包括：

· Type1支持CXL.io和CXL.cache协议，典型设备类型是智能网卡；

· Type 2支持CXL.io、CXL.cache和CXL.mem三种协议，典型的设备类型是GPU、ASIC和FPGA；

· Type3支持CXL.io和CXL.mem两种协议，就是作为内存扩展的场景。

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从上文可以看出，目前各存储厂商推出的支持CXL规范的产品主要以DRAM内存为主，仅三星推出了一款支持CXL的内存语义SSD。其实，CXL规范说到底是为了支持服务器主板外的大型内存池，而SSD相较全DRAM成本优势不言而喻。

内存语义SSD背后的理论是，从软件的角度来看，驱动器中的持久介质是通过内存字节语义访问，而不是通常用于SSD的块语义。

由于NAND闪存速度很慢，三星设计使用大容量DRAM来缓存尽可能多的SSD。三星此前展示的2 TB内存语义SSD原型就配备了高达16 GB的内部DRAM缓存。当然，这2TB的SSD容量中并非所有都需要映射为内存。三星的设备可以分为内存区域和SSD区域，由CXL.mem或 CXL.io 提供服务，三星称之为“双模式”操作。

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当然，三星并不是唯一一家计划在CXL接口上支持SSD的公司。铠侠也公开表示将围绕该公司专有的XL-Flash芯片设计、验证基于CXL的SSD。

结语

CXL技术给我们规划的可扩展的内存池化愿景固然美好，因此也备受业界瞩目，但是其能否像当年SAN系统那样将硬盘从服务器剥离出来，形成独立的、与计算分离的、可扩展系统还不得而知。

目前看来，CXL仍处于商业化前期，最为接近成熟的应用当属CXL内存，但是可选产品仍然屈指可数，SSD产品更是尚在襁褓。更重要的是英特尔新一代Sapphire Rapids处理器仅支持CXL1.1标准，还不能支持Type 3内存扩展场景，因此这项技术最终将走向何处我们还要继续关注年底的平台升级。