CXL - революция в памяти и процессорах: как Compute Express Link меняет вычисления

CXL (Compute Express Link) - это ключевая инновация, которая меняет подход к работе с памятью и процессорами в современных вычислительных системах. С ростом производительности процессоров и видеокарт всё чаще основной преградой становится ограничение памяти, и именно CXL позволяет решить эту задачу, объединяя ресурсы в единый пул и обеспечивая гибкое распределение между устройствами.

Что такое CXL и зачем он нужен

CXL (Compute Express Link) - это современный высокоскоростной интерфейс, который соединяет процессоры, память и ускорители (например, GPU или AI-чипы). В отличие от классического PCI Express, который просто передаёт данные, CXL позволяет устройствам совместно использовать одну и ту же память без лишних копирований.

• Нет необходимости копировать данные между разными типами памяти;
• Значительно уменьшаются задержки при обмене информацией;
• Ресурсы серверов и дата-центров используются гораздо эффективнее.

В реальных задачах это:

• ускоряет работу ИИ-моделей, которым нужен быстрый доступ к большим объёмам данных,
• облегчает масштабирование серверов за счёт гибкого распределения памяти,
• повышает энергоэффективность вычислений.

Именно поэтому CXL становится фундаментом для новых облачных дата-центров и будущих персональных компьютеров.

Версии CXL: 1.0, 2.0 и 3.0

Стандарт CXL активно развивается, и уже сейчас доступны несколько его версий:

CXL 1.0

Появилась в 2019 году и обеспечивала базовую совместимость с PCI Express. Процессор мог напрямую обращаться к памяти подключённых по CXL устройств, однако функциональность была ограничена.

CXL 2.0

В 2020 году вышла версия 2.0, где была реализована ключевая возможность - memory pooling, то есть объединение памяти в единый ресурс, доступный для всех устройств системы. Теперь память распределяется динамически между процессорами, видеокартами и ускорителями.

Это особенно важно для дата-центров и облачных сервисов, где рабочая нагрузка постоянно меняется.

CXL 3.0

В 2022 году представлен CXL 3.0 с увеличенной пропускной способностью, поддержкой сложных топологий (множество устройств работают с одной памятью) и улучшенной масштабируемостью для суперкомпьютеров и AI-серверов.

Фактически, CXL 3.0 позволяет строить системы, где память превращается в общий пул ресурсов для всего дата-центра.

Таким образом, развитие CXL ведёт к тому, что память перестаёт быть жёстко привязанной к одному процессору, а вычислительная инфраструктура становится более гибкой и мощной.

CXL и память

Одно из главных преимуществ CXL - принципиально новый подход к организации памяти. В традиционных компьютерах и серверах память закреплена за конкретным процессором или ускорителем - например, у CPU свои 64 ГБ RAM, у GPU - собственная видеопамять.

С CXL это ограничение исчезает: устройства подключаются к общему пулу памяти (memory pooling) и используют её по мере необходимости.

• Процессоры, GPU и AI-ускорители работают с одними и теми же данными без копирования;
• Нагрузка на память распределяется динамически;
• Ресурсы используются максимально эффективно.

Пример: сервер с 1 ТБ общей памяти может гибко делить её между процессорами и видеокартами, исходя из текущих задач.

Для задач обучения нейросетей и работы с большими данными это особенно критично, ведь узким местом часто становится именно доступ к RAM или VRAM.

Мы уже разбирали, как развивается DDR6 память и чем она отличается от DDR5, однако появление CXL - это не просто новый стандарт модулей, а целая новая архитектура, способная радикально изменить будущее вычислений.

Применение: дата-центры и искусственный интеллект

В 2025 году основная область применения CXL - это дата-центры и искусственный интеллект.

Дата-центры и облако

В современных дата-центрах одна из главных проблем - неравномерная загрузка серверов: у одних процессоров память простаивает, у других её не хватает. С помощью CXL можно создать единый пул памяти, из которого ресурсы распределяются динамически, повышая эффективность и снижая затраты.

Искусственный интеллект

Обучение крупных нейросетей требует огромных объёмов RAM и VRAM. Традиционно данные копируются между CPU и GPU, что создаёт задержки. С CXL процессоры и ускорители получают прямой доступ к общим массивам данных, что ускоряет обучение моделей и делает инфраструктуру гибче.

Edge Computing

При распределённых вычислениях на границе сети (Edge Computing) важно быстро обрабатывать данные и эффективно использовать ресурсы. CXL с общей памятью позволяет загружать ресурсы только там, где это необходимо.

Таким образом, CXL становится не просто интерфейсом, а ключевым элементом будущей облачной и AI-инфраструктуры.

Подробнее читайте в статье о периферийных вычислениях (Edge Computing).

CXL vs PCIe и NVLink

Чтобы понять уникальность CXL, важно сравнить его с другими технологиями передачи данных.

PCIe и CXL

• PCI Express (PCIe) - универсальная шина для передачи данных между компонентами: процессорами, видеокартами, SSD;
• CXL работает поверх PCIe, но позволяет совместно использовать память и минимизировать задержки.

Иными словами, PCIe просто "перевозит данные", а CXL обеспечивает совместную работу с одними и теми же данными без копирования.

Узнайте подробнее о стандарте PCIe 6.0 и его отличиях от PCIe 5.0.

CXL и NVLink

NVLink - собственная разработка NVIDIA для соединения GPU между собой и с CPU, обладающая высокой пропускной способностью. Однако она:

• работает только в экосистеме NVIDIA,
• предназначена в основном для графических ускорителей.

В отличие от этого, CXL - открытый стандарт, поддерживаемый Intel, AMD, NVIDIA, Microsoft и другими. Он подходит для любых ускорителей, процессоров, FPGA, нейрочипов и серверной памяти.

Будущее CXL

Технология Compute Express Link только начинает внедряться, но уже ясно, что она станет фундаментом для следующих поколений вычислительных систем.

• Серверы и дата-центры - гибкое распределение памяти между узлами, снижение затрат и рост производительности;
• Искусственный интеллект - ускоренное обучение больших языковых моделей и генеративных систем;
• Видеокарты и GPU - новые сценарии совместного использования VRAM и RAM, что важно для игр и графических задач;
• Персональные компьютеры - пока CXL ориентирован на корпоративный сегмент, но в будущем способен изменить и домашние ПК.

Ожидается, что к концу десятилетия CXL станет стандартом для серверов и суперкомпьютеров, а также войдёт в обязательные спецификации новых процессоров.

Заключение

CXL - это не просто очередной интерфейс, а фундаментальное изменение архитектуры компьютеров. Он позволяет процессорам, GPU и другим устройствам работать с общей памятью, устраняя копирование данных и снижая задержки.

Сегодня CXL уже внедряется в серверных решениях и дата-центрах, а завтра может стать стандартом для всех высокопроизводительных систем. Если PCIe 6.0 отвечает за скорость передачи данных, то CXL позволяет пересмотреть сам принцип работы памяти и процессоров.

В ближайшие годы мы увидим, как эта технология повлияет на облачные вычисления, искусственный интеллект и будущее персональных ПК.