精彩收藏 · 2023年6月19日 0

CXL技术需求量暴增——存储芯片界的CPO

消息一:AMD预计将推出支持CXL1.1接口的新品;SK海力士计划2023年量产CXL内存产品;Microchip推出用于数据中心计算的新型CXL智能存储控制器;Marvell收购CXL开发商Tanzanite;Rambus开展CXL内存互连计划。三星大模型发展带动CXL需求增加,计划年内量产CXL2.0DRAM。

消息二:TrendForce数据显示,2022年AI服务器年出货量占整体服务器比重近1%,而2023年ChatGPT相关应用有望再度刺激AI相关领域,预计2023年出货量增长率可达8%,2022-2026年复合成长率将达10.8%。

消息三:美光科技在投资者交流时曾预测CXL相关产品的市场规模,到2025年预计将达到20亿美金,到2030年可能超过200亿美金。

一,AI算力需求增长带来的CXL需求暴增

为提升服务器性能,AI服务器需搭载多个CPU处理器,同时服务器CPU性能不断升级,要求内存技术同步升级。CXL、DDR5等内存技术将加速渗透,有望充分受益于AI带来的算力需求增长。

随着存储成本不断增加,传统的PCI-e技术逐渐乏力。以ChatGPT为代表的AI大模型对高性能存储芯片的需求与日俱增,在高容量、高运算能力的需求下,新的存储技术备受市场关注。在此背景下,基于PCI-e协议的CXL技术应运而生。

二,认识CXL技术

CXL 全称为 Compute Express Link,是由英特尔于 2019 年3 月在 Interconnect Day 2019 上推出的一种开放性互联协议,能够让 CPU 与 GPU、FPGA 或其他加速器之间实现高速高效的互联,从而满足高性能异构计算的要求。在AMD、ARM、IBM以及英特尔四个主要 CPU 相关供应商的支持下,CXL 已经成为领先的行业标准。

CXL 构建于 PCI-e逻辑和物理层级之上,所以其兼容性很高,更容易被现有支持 PCI-e 端口的处理器(绝大部分的通用 CPU、GPU 和 FPGA)所接纳,同时 CXL 可在 CPU,以及 GPU、FPGA 等之间建立高速且低延迟的互连,维护 CPU 内存空间和连接设备上的内存之间的内存一致性,允许 CPU 与 GPU 之间绕过 PCIe 协议,用 CXL 协议来共享、互取对方的内存资源,从而大幅提升数据运算效率。CXL 有望在未来的服务器中以有效和可扩展的方式增加内存、容量和带宽,成为 ChatGPT 等 AI应用的重要配合性技术。

三,CXL联盟

从大厂具体布局来看,AMD预计将推出支持CXL1.1接口的新品;SK海力士计划2023年量产CXL内存产品;Microchip推出用于数据中心计算的新型CXL智能存储控制器;Marvell收购CXL开发商Tanzanite;三星计划在年内量产CXL 2.0 DRAM;Rambus开展CXL内存互连计划。

CXL联盟定义了这样的标准支持各种各样存储器也支持各种异构计算和芯片。

包括:第一种常用于高速缓存设备,如网卡;

第二种CPU、GPU、DPU、SoC、各种AI加速器,甚至各种FPGA加速器;

第三种是内存扩展控制器,包括DRAM、新兴的内存,甚至NAND闪存。通常作为内存缓冲器,常用作内存带宽或是容量的扩展;并允许CPU与设备在相同的内存区域上工作,从而减少数据移动、提高性能以及电源效率。

如上图所示,当下主流的计算系统通常采用高速缓存(SRAM)、主存(DRAM)、外部存储(NAND Flash)的三级存储结构。系统运作时,需要不断地在内存中来回传输信息。数据在三级存储间传输时,后级的响应时间及传输带宽都将拖累整体的性能,并且由于数据量庞大,系统需要借助外部存储并用网络IO来访问数据,致使访问速度下降几个数量级。而CXL技术的高兼容性、内存一致性等优势能够有效解决上述问题。

四,CXL的技术迭代

作为一项崭新的技术,CXL发展非常可谓非常迅速,过去四年时间CXL已经发表了1.0/1.1、2.0、3.0三个不同的版本,并且它有着非常清晰的技术发展路线图,业界也对它的未来充满期待。


除了能够解决单机设备连接问题以外,从CXL2.0(迭代版本)开始,其带来的内存池化(Pooling)技术超出了单机的范畴,还能够提高内存的使用率,并降低内存的使用成本。

如上图所示,CXL2.0加入了一层Switch,在H1、H2等设备内存不足时,CXL技术能够让设备在内存池里寻找内存空间。在该框架下,跨系统设备实现共享内存池成为可能。

五,涉及CXL技术的A股上市公司

1,澜起科技公司已推出全球首款符合CXL2.0规范的MXC芯片,三星发布的首款512G内存拓展器DRAM模组的MXC由公司提供。2022年5月,公司发布全球首款CXL内存扩展控制器芯片;2023年1月,澜起科技宣布,其PCIe 5.0/CXL 2.0 Retimer芯片成功实现量产。

2,神州数码:2022年自研服务器开发取得了重要进展,完成海光平台服务器样机开发,样机主板配置海光最新推出的HYGON7300系列处理器,系统采用智能化、模块化的设计理念,接口设计标准化;同时,模块组合配置灵活,面向CXL提供架构扩展能力。

3,得润电子:公司在互动平台表示,公司具有CXL相关技术储备。

4,创益通:存储行业中的“兆龙互联”。公司一直高度专注于高速互连产品的创新发展,在数据存储领域达到国际一流厂商技术水平,并已向消费电子,5G通讯等领域发展。公司产品主要包含数据存储互连产品,消费电子互连产品和精密结构件,其中数据存储互连产品包含各种型号的高速连接器,高频高速数据线等,消费电子互连产品主要包含通用连接器和各种型号的数据线等,精密结构件产品目前主要包含动力电池用的软铜排,硬铜排,电池箱体等。

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