中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
日前，紫光股份旗下新華三集團發(fā)布業(yè)界首個(gè)CXL-O(Compute Express Link Over Optical)光互連解決方案。這一創(chuàng )新成果突破了CXL 銅纜物理連接的距離限制，極大地提升了數據中心的高效性和靈活性。通過(guò)融合CXL與光學(xué)互連技術(shù)，實(shí)現了數據中心內跨服務(wù)器以及跨機柜的高效、長(cháng)距離、低延遲的CXL連接，顯著(zhù)提升整體計算性能與效率，解決了高性能計算中內存擴展與傳輸的難題，為數據中心領(lǐng)域樹(shù)立了新的技術(shù)標桿。
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CXL技術(shù)演進(jìn)：優(yōu)勢與挑戰并存
??作為基于開(kāi)放標準的緩存一致性?xún)却鎱f(xié)議，CXL(Compute Express Link)旨在實(shí)現CPU、GPU、FPGA等計算單元之間的高速、高效互聯(lián)，并保證內存的一致性。CXL的出現解決了高性能計算中的瓶頸問(wèn)題，包括內存容量、帶寬和I/O延遲等，為數據中心提供了強大的支持。
??CXL技術(shù)從誕生至今已歷經(jīng)多個(gè)發(fā)展階段，CXL 1.x時(shí)代實(shí)現了計算架構的初步變革，但擴展內存僅限于單臺服務(wù)器內部，無(wú)法實(shí)現更大規模的擴展。CXL 2.0則引入了CXL交換機，打破了這一限制，實(shí)現了跨服務(wù)器的內存擴展和池化。如今CXL技術(shù)已步入3.x階段，進(jìn)一步增強了交換機的級聯(lián)功能，有力推動(dòng)了數據中心內部交互從以CPU為中心向以?xún)却鏋橹行牡募軜嬣D變，即所有的計算緊密?chē)@數據執行，并且能夠保證所有設備cache的一致性。
CXL規范發(fā)布時(shí)間表
在CXL 2.0和CXL 3.x時(shí)代，面對高性能計算的需求，傳統的銅纜連接技術(shù)因其信號衰減嚴重而限制了CXL的部署范圍和規模。此外，隨著(zhù)數據中心架構的復雜化，如何確保各部件之間的高速、有效連接成為了一大挑戰。
??新華三CXL Over Optical光互連方案：打破連接距離桎梏
??當前業(yè)界的CXL方案研發(fā)中，主要面臨著(zhù)以下技術(shù)難題：
??Receiver Detect(接收機檢測)：RC需要通過(guò)檢測50歐姆的負載來(lái)判斷是否有終端。在光鏈路環(huán)境下，其EP的50歐姆端接特性，無(wú)法傳遞給接收端。
??邊帶信號的傳輸：對于PERST(復位)、PRST(在位)、時(shí)鐘、I2C等低速邊帶控制信號，通常要求較高的精度和穩定性，而光信號的傳輸可能引入額外的噪聲或延遲，影響控制命令的準確執行。
??鏈路訓練：傳統的高速光學(xué)鏈路訓練策略難以適應CXL光學(xué)的特性，接收機對發(fā)送端的均衡參數的調整無(wú)法適應特定的光發(fā)射機，導致信號質(zhì)量下降。此外，不同類(lèi)型的光學(xué)元件，如VCSEL(垂直腔面發(fā)射激光器)、DML(直接調制激光器)、MZM(馬赫-曾德?tīng)栒{制器)和EA(電吸收調制器)，各自擁有獨特的開(kāi)/關(guān)特性和非線(xiàn)性響應，這增加了鏈路訓練設計的復雜性。
??基于在ICT領(lǐng)域的深厚技術(shù)積淀和完善的生態(tài)合作體系，新華三集團與上海曦智科技有限公司攜手，深度展開(kāi)CXL與光學(xué)互連技術(shù)結合的研究，成功驗證了CXL 2.0光互連方案，以服務(wù)器作為host讀寫(xiě)CXL switch內存的帶寬、延時(shí)、壓力測試等，同時(shí)驗證了帶控制信號輸出，如在位、時(shí)鐘、復位、I2C等低速信號的傳輸，在業(yè)界率先推出了CXL Over Optical(CXL-O)光互連解決方案。
光互連技術(shù)具有無(wú)限帶寬潛力、超低延遲、高效節能和長(cháng)距離傳輸等優(yōu)勢，能夠有效解決傳統銅纜連接的局限性。光傳輸模塊與CXL PHY(物理層)接口的緊密協(xié)作，實(shí)現了從電信號到光信號的轉換，進(jìn)而通過(guò)光載波在鏈路中高效傳輸。這一過(guò)程涉及光傳輸模塊的控制器接口，它負責將協(xié)議信號、總線(xiàn)信息和用戶(hù)數據編碼為光信號，同時(shí)具備解碼從光鏈路接收的控制信息，將其轉換回電信號供給PHY接口的能力。
突破連接距離限制：利用光學(xué)互連技術(shù)，實(shí)現了CXL連接的長(cháng)距離、高效傳輸，極大地拓展了數據中心的布局靈活性。
?? 機柜內和跨機柜光互連示意圖
光互連技術(shù)具有無(wú)限帶寬潛力、超低延遲、高效節能和長(cháng)距離傳輸等優(yōu)勢，能夠有效解決傳統銅纜連接的局限性。光傳輸模塊與CXL PHY(物理層)接口的緊密協(xié)作，實(shí)現了從電信號到光信號的轉換，進(jìn)而通過(guò)光載波在鏈路中高效傳輸。這一過(guò)程涉及光傳輸模塊的控制器接口，它負責將協(xié)議信號、總線(xiàn)信息和用戶(hù)數據編碼為光信號，同時(shí)具備解碼從光鏈路接收的控制信息，將其轉換回電信號供給PHY接口的能力。 提升計算性能：通過(guò)優(yōu)化內存擴展和傳輸機制，顯著(zhù)提升了數據中心的計算性能和效率。
?? CXL光傳輸模組原理
突破連接距離限制：利用光學(xué)互連技術(shù)，實(shí)現了CXL連接的長(cháng)距離、高效傳輸，極大 地拓展了數據中心的布局靈活性。
??提升計算性能：通過(guò)優(yōu)化內存擴展和傳輸機制，顯著(zhù)提升了數據中心的計算性能和效率。
降低總體擁有成本：內存池化和高效利用減少了冗余配置和能耗，降低了數據中心的運營(yíng)成本。
??增強安全性：CXL協(xié)議本身支持完整性和數據加密，結合光學(xué)互連的物理隔離特性，進(jìn)一步提升了數據傳輸的安全性。
??隨著(zhù)人工智能、云計算、大數據等技術(shù)的快速發(fā)展，數據中心正面臨著(zhù)廣闊的機遇。以算力×聯(lián)接理念為依托，新華三集團率先推出CXL-O光互連解決方案，不僅填補了業(yè)內的技術(shù)空白，也為數字化變革提供了強勁動(dòng)力。展望未來(lái)，新華三將繼續秉持“精耕務(wù)實(shí)，為時(shí)代賦智慧”的理念，不斷致力于技術(shù)創(chuàng )新和產(chǎn)品研發(fā)，為數據中心的發(fā)展貢獻更多智慧和力量。
