让高性能计算芯片设计与CXL规范修订保持同步
发布时间：
2025-09-05 18:00:43
【导语】在当今高性能计算领域，Compute Express Link®（CXL®）标准已成为确保处理器、存储和加速器之间快速可靠通信的关键。作为CXL联盟的活跃成员，SmartDV Technologies凭借其在设计和验证(zhèng)IP方(fāng)面(miàn)的(de)丰(fēng)富(fù)经(jīng)验(yàn)，致(zhì)力(lì)于(yú)帮(bāng)助(zhù)工(gōng)程(chéng)团(tuán)队(duì)应(yīng)对(duì)CXL标(biāo)准(zhǔn)的(de)不(bù)断(duàn)演(yǎn)进(jìn)。本(běn)文将(jiāng)由(yóu)SmartDV资(zī)深(shēn)应(yīng)用(yòng)工(gōng)程(chéng)师(shī)Ettore Giliberti深(shēn)入(rù)探(tàn)讨(tǎo)CXL VIP在(zài)支(zhī)持(chí)CXL 3.0规(guī)范(fàn)时(shí)所(suǒ)面(miàn)临(lín)的(de)技(jì)术(shù)挑(tiāo)战(zhàn)和(hé)工(gōng)程考量，并分享SmartDV如何为客户提供高质量(liàng)的(de)、符(fú)合(hé)规(guī)范(fàn)的(de)VIP解(jiě)决(jué)方(fāng)案(àn)。
作(zuò)者(zhě)：Ettore Giliberti，SmartDV Technologies资(zī)深(shēn)应(yīng)用(yòng)工(gōng)程(chéng)师(shī)
在(zài)当(dāng)今(jīn)的(de)高(gāo)性(xìng)能(néng)计(jì)算(suàn)领(lǐng)域，确(què)保(bǎo)处(chù)理(lǐ)器(qì)、存(cún)储(chǔ)和加速器之间(jiān)快(kuài)速(sù)可(kě)靠(kào)的(de)通(tōng)信(xìn)对(duì)系(xì)统(tǒng)性(xìng)能(néng)和(hé)可(kě)扩(kuò)展(zhǎn)性(xìng)至(zhì)关重(zhòng)要(yào)。因(yīn)此(cǐ)，就(jiù)诞(dàn)生(shēng)了(le)Compute Express Link®（CXL®）标(biāo)准(zhǔn)：其(qí)目(mù)标(biāo)是(shì)实(shí)现(xiàn)一(yī)致(zhì)的(de)内(nèi)存(cún)访(fǎng)问(wèn)、低(dī)延(yán)迟(chí)的(de)数(shù)据(jù)传(chuán)输(shū)，以及不同先进架构之间的无缝互操作性。
作为CXL联盟的活跃成员，SmartDV Technologies在设计和验证IP方面拥有数十年的专业知识，可以帮助工程团队了解不断发展的标准。我们符合规范的VIP产品组合使团队能够充满信心地采用最新的CXL版(bǎn)本(běn)来(lái)加(jiā)速(sù)开(kāi)发(fā)，同(tóng)时(shí)保(bǎo)持(chí)鲁(lǔ)棒(bàng)性(xìng)和(hé)准(zhǔn)确(què)性(xìng)。
随着CXL规范的快速演进发展，在对越来越多围绕它所打造的设计进行验证时，所使用的工具和构建的基础架构也必须同样迅速发展。维护与新规范的修订保持同步的验证IP （VIP）不是一项小任务，特别是处理从CXL 2.0到(dào)3.0的(de)主要(yào)版(bǎn)本(běn)转(zhuǎn)换(huàn)。
作(zuò)为(wèi)全球(qiú)领(lǐng)先(xiān)的(de)VIP和(hé)定制IP解决方案提供商，我们在SmartDV Technologies亲眼目睹了VIP的快速适应能力的重要性，它们需要能够覆盖(gài)不(bù)同(tóng)的(de)版本，同时还要保持稳健性和准确性。这篇技术文章探讨了这些更新带来的技术挑战和工程考量因素，并引用了最近在支持CXL 3.0实际工作项目中所积累的示例。
持续演进的需要
基于CXL的硬件在流片前的验证既复杂又要求苛刻，因此VIP必须能够准确地模拟互连的主机和设备端，并提供可靠的协议检查器来验证系统行为。
功能强大的VIP基础架构对于构建可靠的验证IP和随着规范的发展而实现快速更新至关重要。下面的图表说明了SmartDV的 CXL VIP所采用的高级架构。
图1：SmartDV CXL VIP功能原理图
随(suí)着(zhe)CXL规范的更新，VIP也必须进行相应的升级，且通常要求在紧迫的时间内完成。
例如，从CXL 2.0到3.0的版本转换引入了一些重要的更改，这就需要对VIP进行大量更新，包括功能和协议处理。
关键变更和实施挑战
- 支持256字节的数据Flit（流控制单元）
在CXL 3.0版本中，协议的Flit现已可支持256字节的数据，而CXL 2.0只支持68字节的数据。这带(dài)来(lái)了(le)一(yī)些(xiē)架(jià)构(gòu)上(shàng)的(de)变(biàn)化(huà)：
- 信(xìn)用(yòng)值(zhí)（LLCRD），以(yǐ)前(qián)在(zài)单(dān)个(gè)Flit单(dān)元(yuán)中(zhōng)传(chuán)输(shū)，现(xiàn)在(zài)通(tōng)过(guò)使用2字节字段（字节数为240-241）直接嵌入到协议Flit中。
- 在传输一个非空的协议Flit之前，请求、响应和数据（Flit类型为cache/mem）的初始信用值需要在协议Flit中公布。
- 公布的信用值反映了当前接收缓冲区的可用性。
- Flit格(gé)式(shì)增(zēng)强(qiáng)和(hé)循(xún)环(huán)冗(rǒng)余(yú)校验（CRC）处理
CXL 3.0引入了三种类型的Flit格式：
- 标准的256字节
- 延迟优化的（LO）Flit
- PBR Flit
延(yán)迟(chí)优(yōu)化(huà)的(de)Flit需(xū)要(yào)以(yǐ)不(bù)同(tóng)的(de)方(fāng)式(shì)去(qù)计(jì)算(suàn)CRC。前8个数据槽（122字节）需要在数据槽7 （6字节）中放置一个CRC，而其余数据槽（116B）需要一个单独的CRC。这种双重CRC结构要求在(zài)VIP内(nèi)部(bù)要(yào)有(yǒu)精(jīng)确(què)实(shí)现(xiàn)和(hé)验(yàn)证(zhèng)。
此外，现在的ARB/MUX链路管理数据包（ALMP）Flit包括CRC和前向纠错（FEC），而不再如CXL 2.0所要求的那样，为了完整性目的而需要复制数据。虽然这种改变简化了物理层表示层，但它将CRC/FEC管理的责任转移到协议栈中的一个全新位置。
- 内存一致性和反向无效处理
CXL 3.0通过支持M2S反向无效窥探（Back-Invalidate Snoop, BISnp）通道改进了存储协议行为。在CXL 2.0中，设备到主机（device-to-host，D2H）的请求在等待M2S进程时可能会阻塞，从而限制了架构选择，无法使用诸如内含式窥探过滤器（Inclusive Snoop Filter）等手段。通过BISnp而不是CXL.缓存通道来解决一致性，CXL 3.0支持更灵活和高效的存储架构。
- 重试机制被移至物理层
CXL 3.0中最重要的变化之一是将重试机制从链路层重新迁移到物理层。在CXL 2.0中，通过使用链路层中的本地和远程状态转换来管理重试。现在在CXL 3.0中，重试是通过一个Flit序列号握手系统来处理的。
全新的重试机制的主要特性包括：
- 新增传输端重试缓冲区，可用来存储所有协议Flits（CXL.io, CXL.cache / mem ALMP)。
- 基于序列号的、由确认驱动的缓冲区清除。
- 选择性否定确认（NACK）重放：能够重传特定的Flits，而不是重播所有未被确认的片段。
- 标准回放：所有等待确认的Flit的完整回放。
结语
为支持全新的规范修订版本，开发和更新CXL通用验证方法（UVM） VIP并不是一项简单的任务。即便有一个功能强大的、可重用的VIP基础架构，深入的领域知识和大量的工程工作也是必不可少的。为了让您了解所涉及的复杂性和所需时间，CXL 3.0主要的版本更新可能需要的工程工作量如下：
- 将重试机制迁移到物理层：需要4周时间
- 增加对256字节Flit和相关协议更改的支持：需要5周时间
这些时间估算都假设任务全部是由经验丰富的工程师负责，他们非常熟悉现有的VIP和CXL协议栈。
构建一个可扩展的、可自适应的CXL VIP不仅仅是编码工作；它也关系到对规范变更的预测和构建体系结构，从而适应未来的增长。
SmartDV Technologies凭借其在设计IP和验证IP两个方面都具有的丰富经验，为工程团队提供适(shì)用(yòng)于(yú)像(xiàng)CXL这(zhè)样(yàng)的(de)先(xiān)进(jìn)协(xié)议(yì)的(de)高(gāo)质(zhì)量(liàng)的(de)、符(fú)合(hé)规(guī)范(fàn)的(de)VIP。随着标准的不断演进，SmartDV仍然致力于帮助客户保持领先地位。
相关链接
CXL验证IP（https://www.smartdvtech.com/products/cxl-vip/）
申请数据手册及申请评估（https://www.smartdvtech.com/contact_us/）
与我们在ICCAD 2025上现场交流
SmartDV将(jiāng)参(cān)加(jiā)于(yú)2025年(nián)11月(yuè)20日-21日在成都·中国西部国际博览城隆重举办的“成渝集成电路2025年度产业发展论坛暨第三十一届集成电路设计业展览会（ICCAD-Expo 2025）”，并将在现场介绍公司的设计IP和(hé)VIP产(chǎn)品(pǐn)。欢(huan)迎(yíng)届(jiè)时(shí)前(qián)往(wǎng)展(zhǎn)会(huì)现(xiàn)场与我们交流，SmartDV展位号为D91。如希望与我们进行现场交流，预约与SmartDV团队在ICCAD 2025见面，请发(fā)邮件至：info@smartdvtech.com。
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