計(jì)算高速鏈路 （CXL） 是高帶寬設(shè)備互連技術(shù)的最新規(guī)范。它提供從 CPU 到高性能計(jì)算平臺(tái)其他組件的高速、高效連接。

CXL 在主機(jī) CPU 和設(shè)備（如硬件加速器）之間具有相干內(nèi)存訪問功能，通過利用 PCIe 架構(gòu)的高級(jí)功能，滿足下一代設(shè)計(jì)中處理數(shù)據(jù)和計(jì)算密集型工作負(fù)載的要求。

讓我們探討一下 CXL 設(shè)備的類型和 CXL 特有的驗(yàn)證挑戰(zhàn)，例如維護(hù)主機(jī) CPU 和加速器之間的緩存一致性。有關(guān)此規(guī)范的初步概述。

類型 1 CXL 設(shè)備

實(shí)現(xiàn)完全一致的緩存，但沒有主機(jī)管理的設(shè)備內(nèi)存

擴(kuò)展 PCIe 協(xié)議功能（例如，原子操作）

可能需要實(shí)現(xiàn)自定義訂購模型

適用交易類型：D2H 相干和 H2D 窺探交易

類型 2 CXL 設(shè)備

實(shí)現(xiàn)可選的一致緩存和主機(jī)管理的設(shè)備內(nèi)存

典型應(yīng)用是連接了高帶寬存儲(chǔ)器的設(shè)備

適用的事務(wù)類型：所有 CXL.cache/mem 事務(wù)

類型 3 CXL 設(shè)備

僅具有主機(jī)管理的設(shè)備內(nèi)存

典型應(yīng)用是主機(jī)的內(nèi)存擴(kuò)展器

適用的交易類型：CXL.mem MemRd 和 MemWr 交易

CXL.cache/mem 設(shè)計(jì)必須保持主機(jī)和設(shè)備代理緩存及其相應(yīng)內(nèi)存之間的緩存一致性。類型 1 CXL 設(shè)備的基于偏差的一致性模型定義了設(shè)備附加存儲(chǔ)器的兩種狀態(tài) – 主機(jī)偏置和器件偏置。每個(gè)國(guó)家都有自己的核查挑戰(zhàn)。

CXL 充當(dāng)高性能 I/O 互連系統(tǒng)，試圖確保可靠、高效地訪問分布在各個(gè)組件中的內(nèi)存。其中一些組件通過使用本地緩存來優(yōu)化性能，并減少內(nèi)存訪問的開銷。為了支持這種類型的配置，CXL.cache 協(xié)議可確保在內(nèi)存或本地緩存中的組件之間保存的數(shù)據(jù)與每個(gè)組件保持一致。CXL 中的設(shè)備組件通常用作計(jì)算密集型應(yīng)用程序的加速器，因此包含本地緩存。因此，如果主機(jī)組件想要訪問相同的內(nèi)存位置，則可以強(qiáng)制設(shè)備從其本地緩存中逐出該行，并根據(jù)緩存行狀態(tài)更新相應(yīng)的內(nèi)存位置。

CXL.cache 協(xié)議將設(shè)備和主機(jī)之間的交互定義為多個(gè)請(qǐng)求，每個(gè)請(qǐng)求至少有一個(gè)關(guān)聯(lián)的響應(yīng)消息，有時(shí)還具有數(shù)據(jù)傳輸。該接口由每個(gè)方向的三個(gè)通道組成：請(qǐng)求、響應(yīng)和數(shù)據(jù)。通道以其方向命名 - D2H（設(shè)備到主機(jī)）和 H2D（主機(jī)到設(shè)備）。

基于 CXL 的系統(tǒng)使用基于偏差的一致性模型來提高內(nèi)存訪問性能。當(dāng)設(shè)備附加存儲(chǔ)器處于主機(jī)偏置狀態(tài)時(shí)，設(shè)備會(huì)像常規(guī)主機(jī)附加存儲(chǔ)器一樣訪問它。如果設(shè)備需要訪問設(shè)備附加的內(nèi)存，它首先向主機(jī)發(fā)送請(qǐng)求，該請(qǐng)求將解析所請(qǐng)求行的一致性。

或者，當(dāng)設(shè)備附加內(nèi)存處于設(shè)備偏置狀態(tài)時(shí)，可以保證設(shè)備沒有緩存線路。在這種情況下，設(shè)備可以訪問它，而無需向主機(jī)發(fā)送任何事務(wù)。但是，無論偏置狀態(tài)如何，主機(jī)都會(huì)看到設(shè)備附加內(nèi)存的統(tǒng)一視圖。
在主機(jī)偏置狀態(tài)和設(shè)備偏置狀態(tài)下，設(shè)備附加存儲(chǔ)器始終保持一致性。

CXL.cache H2D Snp 事務(wù)交換：

主機(jī)向設(shè)備發(fā)送 H2D 請(qǐng)求 SnpData

設(shè)備接收請(qǐng)求并將 D2H 響應(yīng)作為RSPI_FWDM發(fā)送到主機(jī)。

設(shè)備將 D2H 數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)

主機(jī)收到響應(yīng)后事務(wù)完成

類型 3 設(shè)備主要是主機(jī)內(nèi)存的內(nèi)存擴(kuò)展器。設(shè)備通過 CXL.mem 運(yùn)行，以服務(wù)從主機(jī)發(fā)送的請(qǐng)求。類型 3 設(shè)備支持兩種類型的流 – 讀取和寫入流。

Synopsys 是 CXL 設(shè)計(jì) IP 和驗(yàn)證 IP 的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者，為 CXL 生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注此新 CXL 規(guī)范的更深入探討，包括其他事務(wù)類型、分層體系結(jié)構(gòu)以及 CXL 設(shè)計(jì)的驗(yàn)證要求/挑戰(zhàn)等主題。

審核編輯：郭婷