Descubre CXL: El revolucionario PCI Express optimizado para centros de datos y estaciones de trabajo

Si han examinado las especificaciones de muchos procesadores y placas base de alto rendimiento para estaciones de trabajo, servidores y centros de datos, probablemente han encontrado una tecnología llamada CXL o Compute Express Link, la cual suele coincidir con el PCI Express. En este artículo, les explicaremos qué es, para qué se utiliza y por qué no suele verse en las PC convencionales.

Una característica de las PC y todos los sistemas derivados, incluidos aquellos que no son de uso doméstico, es que su memoria o acceso a ella no es unificado. Esto requiere la creación de nuevos protocolos para lograr esa función. Durante mucho tiempo, los fabricantes tuvieron que desarrollar métodos para que los diferentes componentes, a pesar de tener distintas memorias, utilicen el mismo direccionamiento. CXL busca lograr ese objetivo mediante un protocolo abierto que cualquier fabricante pueda utilizar sin problemas de incompatibilidad.

La tecnología Compute Express Link (CXL) es un estándar que expande el PCI Express, ya que utiliza la misma interfaz de datos pero agrega la coherencia de memoria. Esto significa que, a pesar de que diferentes dispositivos tengan distintas memorias físicas, estos tienen acceso a una forma común de comunicación entre ellos.

Cabe diferenciar entre direccionamiento y ubicación física. El direccionamiento se refiere a cómo la CPU, GPU u otros componentes clave localizan los datos en la memoria y conocen su estado. Esto generalmente se logra a través de un sistema de cachés, donde varios núcleos comparten una última caché que les permite tener una visión común del contenido de la RAM.

Sin embargo, ¿qué sucede cuando se tiene un sistema del tipo NUMA (Non-Uniform Memory Access)? En este caso, CXL resulta útil al permitir que todos los componentes de la PC, al menos aquellos de alto rendimiento que se comunican a través de la interfaz PCI Express, utilicen este estándar abierto.

Las versiones 1.0 y 2.0 de CXL se basan en la interfaz PCI Express 5.0, mientras que la versión 3.0 lo hace en PCI Express 6.0. Para aprovechar las ventajas de CXL, tanto la placa base o el controlador PCI Express como los dispositivos conectados deben ser compatibles.

CXL permite utilizar la memoria de otros dispositivos o agregar memoria adicional al sistema para fines específicos. Existen tres tipos de dispositivos CXL:

1. Dispositivos tipo 1: no tienen memoria local propia pero pueden beneficiarse del uso de la RAM del sistema.
2. Dispositivos tipo 2: chips de apoyo con su propia memoria RAM en forma de tarjeta de expansión, como tarjetas gráficas y FPGA a través de PCI Express. CXL permite que estos dispositivos y la CPU compartan direccionamiento y sistema de coherencia de memoria.
3. Dispositivos tipo 3: memorias RAM adicionales que no forman parte de la memoria principal ni de las especializadas de cada componente, pero que pueden ser agregadas al sistema y utilizadas para la comunicación entre dispositivos o para ampliar la capacidad de memoria más allá de los límites físicos.

Todo dispositivo CXL debe seguir tres protocolos de comunicación principales:

1. CXL.io: utiliza la interfaz PCI Express y su funcionalidad de comunicación para transmitir datos entre dispositivos.
2. CXL.cache: proporciona una caché común a los diferentes dispositivos, permitiendo una comunicación directa entre ellos sin necesidad de acceder a la RAM principal.
3. CXL.memory: permite que un dispositivo tenga acceso lateral a una memoria diferente a la suya propia o a un pozo de memoria adicional al sistema.

A partir de la versión CXL 2.0, los componentes compatibles pueden utilizar otras memorias además de las suyas propias para trabajar. La utilidad de esto es evidente y tiene múltiples aplicaciones, como entrenar una inteligencia artificial en una GPU cuando su VRAM es un factor limitante en tamaño. En tal caso, el acelerador puede ir más allá de su propia memoria local, aprovechando la RAM principal del sistema, la de otro dispositivo similar compatible o un dispositivo de memoria adicional.