CXL Memory Expander: Samsungs DDR5-„SSD“ für künftige HPC-Systeme

Damit Hochleistungsrechner jenseits der Limits der klassischen DRAM-Kanäle einen erweiterten Zugriff auf Arbeitsspeicher haben, hat Samsung den sogenannten CXL Memory Expander entwickelt. Das Modul, das den Compute Express Link auf Basis von PCIe 5.0 nutzt, ist mit DDR5-Speicher bestückt.

Der vor zwei Jahren von Intel vorgestellte Compute Express Link (CXL) soll dazu dienen, Prozessoren, Speicher und spezialisierte Beschleuniger-Chips wie FPGAs und Netzwerk-ICs mit niedriger Latenz und hoher Durchsatzrate im Rechenzentrum untereinander zu verbinden. Inzwischen beteiligen sich zahlreiche Unternehmen an der Weiterentwicklung von CXL, das sich immer mehr zum neuen Interconnect-Standard mausert. Waren etwa AMD und Samsung anfangs nur der sehr ähnlich angelegten Konkurrenztechnik CCIX gefolgt, gehören beide inzwischen auch zum enorm gewachsenen CXL-Mitgliederkreis, der fast alle Größen der Branche umfasst. Dass sich parallel CCIX noch durchsetzen wird, ist zumindest unwahrscheinlich.

Samsung CXL Memory Expander

Als eines der ersten Produkte und zugleich Anwendungsbeispiel hat Samsung den CXL Memory Expander vorgestellt. Das Modul ist augenscheinlich im eigentlich für Server-SSDs konzipierten Formfaktor E3.S gestaltet und besitzt einen PCIe-x16-Anschluss. Interessant ist, dass Samsung die Abbildungen mit „Samsung-CXL-SSD“ beschriftet hat, obgleich flüchtiger DDR5-Speicher eingesetzt wird.

Davon ausgehend, dass CXL zunächst PCIe 5.0 mit 32 GT/s nutzt, ergibt sich bei 16 Lanes eine maximale Datenübertragungsrate von rund 63 GB/s abzüglich Overhead. Für die Zukunft ist bei CXL aber auch der Einsatz von PCIe 6.0 vorgesehen.

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Samsung nennt allerdings noch keine technischen Eckdaten zu dem CXL-Modul und spricht lediglich von der Bestückung mit DDR5-RAM. Dass Samsung davon spricht, dass die CXL-Schnittstelle die „Skalierung der Speicherkapazität auf Terabyte-Niveau“ ermöglicht, ist nur eine vage Andeutung des möglichen Speichervolumens. Zumal aktuelle Plattformen längst in den Bereich von 1 Terabyte RAM oder mehr vorstoßen können.

Auch GPUs und andere Beschleuniger erhalten schnellen Speicherzugriff

Die Idee hinter solchen CXL-Speichermodulen ist aber, dass nicht nur der Prozessor, sondern etwa auch Beschleuniger-Chips (Accelerators) über CXL einen direkten Zugriff auf den RAM haben, was die Übertragungsraten und Latenzen wesentlich verbessert. Explizit wird auch der Zugriff von GPUs auf diesen zusätzlichen Speicherpool angeführt.

Unlike conventional DDR-based memory, which has limited memory channels, Samsung’s CXL-enabled DDR5 module can scale memory capacity to the terabyte level, while dramatically reducing system latency caused by memory caching.

In addition to CXL hardware innovation, Samsung has incorporated several controller and software technologies like memory mapping, interface converting and error management, which will allow CPUs or GPUs to recognize the CXL-based memory and utilize it as the main memory.

Samsung

Samsung erwähnt als potenzielle Einsatzgebiete etwa die Bereiche Künstliche Intelligenz (KI) oder auch High-Performance Computing (HPC). Künftige Supercomputer könnten entsprechend ausgerüstet sein.

Validierung für kommende Intel-Plattformen

Abschließend erklärt Samsung, dass das CXL-Speichermodul bereits erfolgreich für die neue Generation Server-Plattformen von Intel validiert wurde. Auch mit Anbietern von Rechenzentren und Cloud-Systemen arbeite Samsung diesbezüglich zusammen.

Zu diesen kommenden Intel-Plattformen zählt bekanntlich Sapphire Rapids mit Unterstützung für CXL 1.1, DDR5 und PCIe 5.0. Frühestens zum Jahresende 2021 wird mit der Einführung von Sapphire Rapids gerechnet.

Derweil wurde im November 2020 mit CXL 2.0 bereits der nächste Schritt für den Compute Express Link angekündigt, der aber wohl erst in einigen Jahren in Systemen Einzug halten wird.

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