CXL記憶體產品加速成熟,伺服器正式邁入大容量與池化時代

2024年下半年至2025年初,是Compute Express Link(CXL)記憶體互連技術發展的重要階段。以CXL擴充記憶體為代表的第一波產品已正式上市或進入供貨,支援CXL的伺服器主機平臺也逐漸普及,構成CXL應用所需的基本環境。

更進階的CXL記憶體池目前已進入用戶端測試階段,部分產品接近上市,預期將進一步讓多臺伺服器共享外部記憶體資源。

CXL應用環境由周邊裝置與伺服器主機組成

CXL應用環境主要由CXL周邊設備與伺服器主機兩部分構成,因此目前的技術成熟度,也可從控制器、交換器、記憶體產品,以及伺服器處理器、BIOS與作業系統等面向觀察。

CXL控制器與交換器仍以CXL 2.0為主

作為CXL周邊裝置核心的CXL控制器,目前主流產品支援至CXL 2.0,主要供應商包括Astera Labs、Marvell、Microchip與Montage Technology。Cadence、Rambus及Synopsys等半導體設計廠商,則可提供CXL 3.x控制器設計方案,但目前尚未出現進入實用階段的產品。

在主機與CXL裝置多對多互連所需的交換器晶片方面,Marvell、EEUM、FADU與Xconn已提供CXL 2.0交換器;Panmnesia等廠商則正在開發支援CXL 3.x的交換器晶片,但尚未推出產品。

記憶體擴充模組與記憶體池成為兩大產品方向

針對伺服器記憶體的兩項主要需求——提升可用記憶體頻寬與容量,以及改善記憶體利用率與配置彈性——目前CXL產品發展主要集中在外部記憶體擴充裝置,形成「記憶體擴充模組」與「記憶體池」兩大類型。

記憶體擴充模組已開始出貨

記憶體擴充模組是搭載DRAM與CXL控制器的裝置,通常採用E3.S模組或PCIe板卡形式,並透過伺服器的NVMe磁碟槽或PCIe擴充槽部署。

主要供應商包括三星、SK Hynix、美光與世邁科技(SMART Modular Technologies)。其中,美光在2024年5月宣布開始出貨,其他廠商也在2024年下半年陸續進入供貨階段。

CXL記憶體池進入客戶測試

CXL記憶體池是獨立的外部記憶體共享裝置,通常以搭載大量DRAM的機箱為核心,透過CXL交換器與外接纜線,向多臺伺服器提供記憶體資源。

目前相關供應商包括Liqid、H3 Platform、UnifabriX與Panmnesia。SK Hynix及英業達(Inventec)等廠商,也曾在不同場合展示記憶體池產品原型。

Liqid的CXL記憶體池屬於其「可組合分解式基礎架構」(Composable Disaggregated Infrastructure,CDI)產品家族中的新擴展機箱單元,目前已可提供樣品,預定於2025年第3季量產。H3 Platform也已開放用戶訂購CXL記憶體池樣品。相關發展顯示,第一批CXL記憶體池產品可能在2025年內正式上市。

Intel與AMD伺服器平臺逐步提供CXL支援

伺服器主機若要連接並啟用CXL周邊裝置所提供的記憶體資源,需要處理器平臺、BIOS與作業系統相互配合。

在處理器方面,Intel自Sapphire Rapids之後,以及AMD自Genoa之後的伺服器級處理器平臺,便開始支援CXL。原則上,Intel與AMD於2023年以後推出的Xeon Scalable與EPYC伺服器處理器,多數已將CXL列為標準內建規格。

處理器平臺支援的CXL版本備註
Intel第4代Xeon Scalable(Sapphire Rapids)CXL 1.1提供基本CXL支援
Intel第5代Xeon Scalable(Emerald Rapids)CXL 1.1提供基本CXL支援
Intel Xeon 6(Granite Rapids)CXL 2.02024年推出
AMD第4代EPYC(Genoa、Bergamo)CXL 1.1提供基本CXL支援
AMD第5代EPYC(Turin)CXL 2.02024年底發表
AMD第6代EPYC(Venic)預期支援CXL 3.0預定於2026年或更晚推出

Intel方面,最新的CXL 3.x支援可能要等到2026或2027年以後推出的Diamond Rapids處理器。AMD方面,預定於2026年或更晚推出的第6代EPYC處理器Venic,則預期支援CXL 3.0。

BIOS與Linux已具備基本支援

在伺服器BIOS方面,主要供應商中,除了Phoenix之外,其他幾家已推出支援CXL的產品,包括Insyde的InsydeH2O UEFI BIOS、Intel M50FCP伺服器0.1.02.0002版BIOS,以及AMI的AMIBIOS等。

作業系統方面,採用Linux Kernel 6.5以上版本的平臺已可支援CXL。

CXL逐漸成為伺服器主流I/O規格

從伺服器產品展示與實際發展來看,CXL支援在過去一、兩年明顯擴大。2023年Computex現場,僅華擎展示可支援CXL 1.1的伺服器產品;到了2024年Computex,華擎、超微、微星與營邦都展出支援CXL的伺服器,其中部分產品可支援CXL 2.0。

此外,後續也在其他場合看到技嘉與和碩展示支援CXL的伺服器產品,顯示CXL正逐漸成為伺服器的主流I/O規格之一。

高密度記憶體配置已成為實際方案

在去年底的OCP大會上,聯想展示8路伺服器ThinkSystem SR860 V3,透過安裝Astera Labs的CXL記憶體擴充卡,在伺服器原有64組DIMM記憶體插槽之外,再增加64組DIMM插槽,DRAM容量最高可達16TB。

英業達則展示其8路伺服器搭配內含Astera Labs CXL記憶體擴充卡的CXL Box機箱。該伺服器本身具備128組DIMM插槽,CXL Box可額外提供96組,合計達224組DIMM插槽,提供數十TB等級的DRAM容量。

在CXL出現之前,單一伺服器配置十多TB甚至數十TB DRAM,並不容易成為實際方案。如今透過CXL記憶體擴充與池化架構,這類高容量配置已能在展示與測試環境中實現。

世邁科技說明CXL擴充模組的部署條件

世邁科技目前提供4款CXL記憶體擴充模組,包含AIC板卡型式的8-DIMM AIC、4-DIMM AIC,以及E3.S型式的CMM與NV-CMM,最大DRAM容量分別為1TB、512GB、128GB與32GB。

其中,兩款AIC版本已開放向用戶送樣,用戶完成驗證後即可出貨;E3.S版本則預定於2025年第2季底開放送樣。

世邁表示,使用CXL記憶體擴充模組的伺服器,硬體必須採用Intel第4代Xeon Scalable或AMD第4代EPYC以後的處理器,BIOS也必須啟用CXL功能。軟體方面,世邁建議使用Linux Ubuntu 22.04以上版本,且不需要另外安裝驅動程式。

完成模組安裝後,用戶可透過Linux的numactl -H或lsmem指令,確認伺服器是否能存取模組上的DRAM容量。當不需要額外的CXL記憶體容量時,則可直接拆卸模組,不必先透過軟體卸載。

兩種部署形式各有對應插槽

目前包括世邁科技在內的CXL記憶體擴充模組供應商,主要採用AIC板卡與E3.S模組兩種形式。AIC板卡透過伺服器的PCIe插槽部署;E3.S模組則使用伺服器的NVMe磁碟槽。

整體而言,CXL記憶體產品已從控制器與規格驗證,逐步進入擴充模組供貨及記憶體池測試階段。不過,CXL 3.x控制器與交換器、跨伺服器資源共享,以及更大規模的實際部署,仍有待後續產品與主機平臺進一步成熟。

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