作者：Ettore Giliberti，SmartDV Technologies資深應(yīng)用工程師

在當(dāng)今的高性能計(jì)算領(lǐng)域，確保處理器、存儲(chǔ)和加速器之間快速可靠的通信對(duì)系統(tǒng)性能和可擴(kuò)展性至關(guān)重要。因此，就誕生了Compute Express Link?（CXL?）標(biāo)準(zhǔn)：其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)一致的內(nèi)存訪問、低延遲的數(shù)據(jù)傳輸，以及不同先進(jìn)架構(gòu)之間的無縫互操作性。

作為CXL聯(lián)盟的活躍成員，SmartDV Technologies在設(shè)計(jì)和驗(yàn)證IP方面擁有數(shù)十年的專業(yè)知識(shí)，可以幫助工程團(tuán)隊(duì)了解不斷發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)。我們符合規(guī)范的VIP產(chǎn)品組合使團(tuán)隊(duì)能夠充滿信心地采用最新的CXL版本來加速開發(fā)，同時(shí)保持魯棒性和準(zhǔn)確性。

隨著CXL規(guī)范的快速演進(jìn)發(fā)展，在對(duì)越來越多圍繞它所打造的設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，所使用的工具和構(gòu)建的基礎(chǔ)架構(gòu)也必須同樣迅速發(fā)展。維護(hù)與新規(guī)范的修訂保持同步的驗(yàn)證IP （VIP）不是一項(xiàng)小任務(wù)，特別是處理從CXL 2.0到3.0的主要版本轉(zhuǎn)換。

作為全球領(lǐng)先的VIP和定制IP解決方案提供商，我們?cè)赟martDV Technologies親眼目睹了VIP的快速適應(yīng)能力的重要性，它們需要能夠覆蓋不同的版本，同時(shí)還要保持穩(wěn)健性和準(zhǔn)確性。這篇技術(shù)文章探討了這些更新帶來的技術(shù)挑戰(zhàn)和工程考量因素，并引用了最近在支持CXL 3.0實(shí)際工作項(xiàng)目中所積累的示例。

持續(xù)演進(jìn)的需要

基于CXL的硬件在流片前的驗(yàn)證既復(fù)雜又要求苛刻，因此VIP必須能夠準(zhǔn)確地模擬互連的主機(jī)和設(shè)備端，并提供可靠的協(xié)議檢查器來驗(yàn)證系統(tǒng)行為。

功能強(qiáng)大的VIP基礎(chǔ)架構(gòu)對(duì)于構(gòu)建可靠的驗(yàn)證IP和隨著規(guī)范的發(fā)展而實(shí)現(xiàn)快速更新至關(guān)重要。下面的圖表說明了SmartDV的 CXL VIP所采用的高級(jí)架構(gòu)。

圖1：SmartDV CXL VIP功能原理圖

隨著CXL規(guī)范的更新，VIP也必須進(jìn)行相應(yīng)的升級(jí)，且通常要求在緊迫的時(shí)間內(nèi)完成。

例如，從CXL 2.0到3.0的版本轉(zhuǎn)換引入了一些重要的更改，這就需要對(duì)VIP進(jìn)行大量更新，包括功能和協(xié)議處理。

關(guān)鍵變更和實(shí)施挑戰(zhàn)

1. 支持256字節(jié)的數(shù)據(jù)Flit（流控制單元）

在CXL 3.0版本中，協(xié)議的Flit現(xiàn)已可支持256字節(jié)的數(shù)據(jù)，而CXL 2.0只支持68字節(jié)的數(shù)據(jù)。這帶來了一些架構(gòu)上的變化：

· 信用值（LLCRD），以前在單個(gè)Flit單元中傳輸，現(xiàn)在通過使用2字節(jié)字段（字節(jié)數(shù)為240-241）直接嵌入到協(xié)議Flit中。

· 在傳輸一個(gè)非空的協(xié)議Flit之前，請(qǐng)求、響應(yīng)和數(shù)據(jù)（Flit類型為cache/mem）的初始信用值需要在協(xié)議Flit中公布。

· 公布的信用值反映了當(dāng)前接收緩沖區(qū)的可用性。

2. Flit格式增強(qiáng)和循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）處理

CXL 3.0引入了三種類型的Flit格式：

· 標(biāo)準(zhǔn)的256字節(jié)

· 延遲優(yōu)化的（LO）Flit

· PBR Flit

延遲優(yōu)化的Flit需要以不同的方式去計(jì)算CRC。前8個(gè)數(shù)據(jù)槽（122字節(jié)）需要在數(shù)據(jù)槽7 （6字節(jié)）中放置一個(gè)CRC，而其余數(shù)據(jù)槽（116B）需要一個(gè)單獨(dú)的CRC。這種雙重CRC結(jié)構(gòu)要求在VIP內(nèi)部要有精確實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證。

此外，現(xiàn)在的ARB/MUX鏈路管理數(shù)據(jù)包（ALMP）Flit包括CRC和前向糾錯(cuò)（FEC），而不再如CXL 2.0所要求的那樣，為了完整性目的而需要復(fù)制數(shù)據(jù)。雖然這種改變簡化了物理層表示層，但它將CRC/FEC管理的責(zé)任轉(zhuǎn)移到協(xié)議棧中的一個(gè)全新位置。

3. 內(nèi)存一致性和反向無效處理

CXL 3.0通過支持M2S反向無效窺探（Back-Invalidate Snoop, BISnp）通道改進(jìn)了存儲(chǔ)協(xié)議行為。在CXL 2.0中，設(shè)備到主機(jī)（device-to-host，D2H）的請(qǐng)求在等待M2S進(jìn)程時(shí)可能會(huì)阻塞，從而限制了架構(gòu)選擇，無法使用諸如內(nèi)含式窺探過濾器（Inclusive Snoop Filter）等手段。通過BISnp而不是CXL.緩存通道來解決一致性，CXL 3.0支持更靈活和高效的存儲(chǔ)架構(gòu)。

4. 重試機(jī)制被移至物理層

CXL 3.0中最重要的變化之一是將重試機(jī)制從鏈路層重新遷移到物理層。在CXL 2.0中，通過使用鏈路層中的本地和遠(yuǎn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換來管理重試?，F(xiàn)在在CXL 3.0中，重試是通過一個(gè)Flit序列號(hào)握手系統(tǒng)來處理的。

全新的重試機(jī)制的主要特性包括：

· 新增傳輸端重試緩沖區(qū)，可用來存儲(chǔ)所有協(xié)議Flits（CXL.io, CXL.cache / mem ALMP)。

· 基于序列號(hào)的、由確認(rèn)驅(qū)動(dòng)的緩沖區(qū)清除。

· 選擇性否定確認(rèn)（NACK）重放：能夠重傳特定的Flits，而不是重播所有未被確認(rèn)的片段。

· 標(biāo)準(zhǔn)回放：所有等待確認(rèn)的Flit的完整回放。

結(jié)語

為支持全新的規(guī)范修訂版本，開發(fā)和更新CXL通用驗(yàn)證方法（UVM） VIP并不是一項(xiàng)簡單的任務(wù)。即便有一個(gè)功能強(qiáng)大的、可重用的VIP基礎(chǔ)架構(gòu)，深入的領(lǐng)域知識(shí)和大量的工程工作也是必不可少的。為了讓您了解所涉及的復(fù)雜性和所需時(shí)間，CXL 3.0主要的版本更新可能需要的工程工作量如下：

· 將重試機(jī)制遷移到物理層：需要4周時(shí)間

· 增加對(duì)256字節(jié)Flit和相關(guān)協(xié)議更改的支持：需要5周時(shí)間

這些時(shí)間估算都假設(shè)任務(wù)全部是由經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師負(fù)責(zé)，他們非常熟悉現(xiàn)有的VIP和CXL協(xié)議棧。

構(gòu)建一個(gè)可擴(kuò)展的、可自適應(yīng)的CXL VIP不僅僅是編碼工作；它也關(guān)系到對(duì)規(guī)范變更的預(yù)測和構(gòu)建體系結(jié)構(gòu)，從而適應(yīng)未來的增長。

SmartDV Technologies憑借其在設(shè)計(jì)IP和驗(yàn)證IP兩個(gè)方面都具有的豐富經(jīng)驗(yàn)，為工程團(tuán)隊(duì)提供適用于像CXL這樣的先進(jìn)協(xié)議的高質(zhì)量的、符合規(guī)范的VIP。隨著標(biāo)準(zhǔn)的不斷演進(jìn)，SmartDV仍然致力于幫助客戶保持領(lǐng)先地位。