CXL

概要

Compute Express Link (CXL) は、CPU、GPU、メモリ、アクセラレータなどのデバイス間を接続するための高帯域幅、低遅延の開示型インターコネクト規格です。PCIeの進化版として開発され、メモリ帯域幅のボトルネックを解消し、システム全体のパフォーマンス向上を目指します。特に、データ集約型ワークロードや、メモリ容量の拡大が求められる環境でその効果を発揮します。

詳細説明

CXLは、PCIe 5.0の物理層をベースとしつつ、データペイロードの解釈方法を変更することで、より高いデータ転送効率を実現します。CXLには、以下の3つの主要なオペレーションモードが存在します。

• CXL.io: PCIeと同様のI/O接続として機能し、既存のPCIeエコシステムとの互換性を維持します。
• CXL.mem: メモリデバイスをCPUが直接アクセス可能なメモリとして扱えるようにします。これにより、メモリプーリングやメモリ拡張が可能になります。
• CXL.cache: CPUとアクセラレータ間でキャッシュを共有することで、データコピーのオーバーヘッドを削減し、レイテンシを低減します。 CXLは、異なるベンダーのデバイス間でも一貫性のある動作を保証するための標準化されたプロトコルも定義しています。データの一貫性維持メカニズム（Coherency）は、異なるデバイス間で共有されるデータの整合性を保つために重要な役割を果たします。

関連用語

• PCIe (Peripheral Component Interconnect Express)
• Coherency (一貫性)
• Memory Pooling (メモリプーリング)
• Data Center Interconnect (DCI)
• RDMA (Remote Direct Memory Access)

実用例

• 大規模な機械学習トレーニングにおいて、複数のGPU間でメモリを共有し、トレーニング速度を向上させる。
• データベースサーバーにおいて、メモリ容量を拡張し、より多くのデータをインメモリで処理できるようにする。
• HPC（High-Performance Computing）クラスタにおいて、ノード間のデータ転送速度を向上させる。
• アクセラレータ（FPGA、AIチップなど）の性能を最大限に引き出すために、CPUとの高速なデータ転送を可能にする。CXLを利用する際は、マザーボード、CPU、メモリコントローラがCXLに対応しているかを確認する必要がある。

注意点

• CXLは比較的新しい技術であり、対応するハードウェアが限られている。
• CXLの性能を最大限に引き出すためには、ソフトウェア側の対応も必要となる。
• CXLの導入には、既存のシステム構成の見直しや、新たなソフトウェアの導入が必要となる場合がある。
• 高速インターコネクトであるため、信号整合性やEMI対策が重要となる。