新華三重磅發(fā)布CXL-O光互連解決方案

  日前，紫光股份旗下新華三集團發(fā)布業(yè)界首個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(shù)據(jù)中心的高效性和靈活性。通過融合CXL與光學(xué)互連技術(shù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心內(nèi)跨服務(wù)器以及跨機柜的高效、長距離、低延遲的CXL連接，顯著提升整體計算性能與效率，解決了高性能計算中內(nèi)存擴展與傳輸?shù)碾y題，為數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域樹立了新的技術(shù)標(biāo)桿。

  CXL技術(shù)演進：優(yōu)勢與挑戰(zhàn)并存

  作為基于開放標(biāo)準的緩存一致性內(nèi)存協(xié)議，CXL(Compute Express Link)旨在實現(xiàn)CPU、GPU、FPGA等計算單元之間的高速、高效互聯(lián)，并保證內(nèi)存的一致性。CXL的出現(xiàn)解決了高性能計算中的瓶頸問題，包括內(nèi)存容量、帶寬和I/O延遲等，為數(shù)據(jù)中心提供了強大的支持。

  CXL技術(shù)從誕生至今已歷經(jīng)多個發(fā)展階段，CXL 1.x時代實現(xiàn)了計算架構(gòu)的初步變革，但擴展內(nèi)存僅限于單臺服務(wù)器內(nèi)部，無法實現(xiàn)更大規(guī)模的擴展。CXL 2.0則引入了CXL交換機，打破了這一限制，實現(xiàn)了跨服務(wù)器的內(nèi)存擴展和池化。如今CXL技術(shù)已步入3.x階段，進一步增強了交換機的級聯(lián)功能，有力推動了數(shù)據(jù)中心內(nèi)部交互從以CPU為中心向以內(nèi)存為中心的架構(gòu)轉(zhuǎn)變，即所有的計算緊密圍繞數(shù)據(jù)執(zhí)行，并且能夠保證所有設(shè)備cache的一致性。

CXL規(guī)范發(fā)布時間表

  在CXL 2.0和CXL 3.x時代，面對高性能計算的需求，傳統(tǒng)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(guī)模。此外，隨著數(shù)據(jù)中心架構(gòu)的復(fù)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(zhàn)。

  新華三CXL Over Optical光互連方案：打破連接距離桎梏

  當(dāng)前業(yè)界的CXL方案研發(fā)中，主要面臨著以下技術(shù)難題：

  Receiver Detect(接收機檢測)：RC需要通過檢測50歐姆的負載來判斷是否有終端。在光鏈路環(huán)境下，其EP的50歐姆端接特性，無法傳遞給接收端。

  邊帶信號的傳輸：對于PERST(復(fù)位)、PRST(在位)、時鐘、I2C等低速邊帶控制信號，通常要求較高的精度和穩(wěn)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(zhí)行。

  鏈路訓(xùn)練：傳統(tǒng)的高速光學(xué)鏈路訓(xùn)練策略難以適應(yīng)CXL光學(xué)的特性，接收機對發(fā)送端的均衡參數(shù)的調(diào)整無法適應(yīng)特定的光發(fā)射機，導(dǎo)致信號質(zhì)量下降。此外，不同類型的光學(xué)元件，如VCSEL(垂直腔面發(fā)射激光器)、DML(直接調(diào)制激光器)、MZM(馬赫-曾德爾調(diào)制器)和EA(電吸收調(diào)制器)，各自擁有獨特的開/關(guān)特性和非線性響應(yīng)，這增加了鏈路訓(xùn)練設(shè)計的復(fù)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CXL與光學(xué)互連技術(shù)結(jié)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CXL switch內(nèi)存的帶寬、延時、壓力測試等，同時驗證了帶控制信號輸出，如在位、時鐘、復(fù)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。

機柜內(nèi)和跨機柜光互連示意圖

  光互連技術(shù)具有無限帶寬潛力、超低延遲、高效節(jié)能和長距離傳輸?shù)葍?yōu)勢，能夠有效解決傳統(tǒng)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，實現(xiàn)了從電信號到光信號的轉(zhuǎn)換，進而通過光載波在鏈路中高效傳輸。這一過程涉及光傳輸模塊的控制器接口，它負責(zé)將協(xié)議信號、總線信息和用戶數(shù)據(jù)編碼為光信號，同時具備解碼從光鏈路接收的控制信息，將其轉(zhuǎn)換回電信號供給PHY接口的能力。

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)，實現(xiàn)了CXL連接的長距離、高效傳輸，極大地拓展了數(shù)據(jù)中心的布局靈活性。

  提升計算性能：通過優(yōu)化內(nèi)存擴展和傳輸機制，顯著提升了數(shù)據(jù)中心的計算性能和效率。

  降低總體擁有成本：內(nèi)存池化和高效利用減少了冗余配置和能耗，降低了數(shù)據(jù)中心的運營成本。

  增強安全性：CXL協(xié)議本身支持完整性和數(shù)據(jù)加密，結(jié)合光學(xué)互連的物理隔離特性，進一步提升了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?

  隨著人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心正面臨著廣闊的機遇。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(nèi)的技術(shù)空白，也為數(shù)字化變革提供了強勁動力。展望未來，新華三將繼續(xù)秉持“精耕務(wù)實，為時代賦智慧”的理念，不斷致力于技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品研發(fā)，為數(shù)據(jù)中心的發(fā)展貢獻更多智慧和力量。