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RAM per PCIe-5.0-Interface: Samsung zeigt CXL-Memory-Erweiterungsmodul

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samsung cxl ram-modul logoDie PCIe-Schnittstelle ist nicht mehr wegzudenken und stellt die Basis für zahlreiche Erweiterungskarten dar. Neben Grafikkarten werden auch Storage-Controller, dedizierte Soundkarten oder USB- und Netzwerk-Controller über den PCIe-Standard an das System angebunden. Wenn man hingegen an die Erweiterung des Arbeitsspeichers über PCIe gedacht hat, so war dies bisher nicht möglich. Die Betonung liegt auf "war", denn mit dem CXL-Standard wird nun das möglich sein und Samsung arbeitet bereits an einem solchen Modul.

CXL ist die Abkürzung für Compute Express Link und wurde im März 2019 in der Revision 1.0 in Kooperation mit einigen führenden Herstellern, wie Cisco, Dell, HPE, Intel und auch Google für Data-Center-Systeme ins Leben gerufen. Weiterentwickelt wurde der offene Standard in der Version 1.1 (Juni 2019) und inzwischen liegt seit November 2020 auch die aktuelle Version 2.0 vor. Als Grundlage verwendet CXL den PCIe-Standard, um weitere Funktionen zu ermöglichen, die der PCIe-Standard alleine nicht bieten kann. Dabei wird CXL in vier intrinsische Funktionen unterteilt: CXL.io (Input/Output), CXL.memory, CXL.cache und ab CXL 2.0 auch CXL.security für die Unterstützung von Persistent Memory und besseres PCIe-Switching.

Mithilfe der intrinsischen Funktion CXL.memory und dem damit möglichen Memory-Puffer lässt sich ein spezielles PCIe-Erweiterungsmodul nicht schlicht als große RAM-Disk verwenden, sondern als gewöhnlichen Arbeitsspeicher. Als mögliches Einsatzgebiet wird die Limitierung der regulären RAM-Kapazitäten durch den Memory-Controller im Prozessor in Rechenzentren genannt. Durch ein solches CXL.memory-Modul lässt sich der nutzbare Arbeitsspeicher deutlich erweitern und wird über PCIe-Lanes vom Prozessor entsprechend performant angebunden.

Nachdem Intel für die Saphire-Rapids-Plattform CXL 1.1 über PCIe 5.0 den Anfang machte, kündigte Microchip zwei XpressConnect-Chips als PCIe-5.0-Retimer (PCIe 5.0 x8 und PCIe 5.0 x16) an, die mit CXL kompatibel sind. Samsung hat nun ein erstes CXL-Memory-Erweiterungsmodul mit der Bezeichnung "CXL Memory Expander" in Ausicht gestellt, das über einen PCIe-5.0-x16-Link angebunden wird und mit 32 GT/s (Gigatransfer pro Sekunde) und fast 64 GB/s brutto die Basis für die RAM-Erweiterung dienen soll. Ähnlich, wie es bei Ergänzungen von Storage bereits gängig ist, soll es mit Hilfe von CXL-memory-Modulen auf gleiche Weise möglich sein, den Arbeitsspeicher um mehrere Terabyte zu erweitern. Im Inneren des Samsung-CXL-Memory-Expander werden moderne DDR5-Chips verbaut, allerdings sind keine weiteren Details zur Taktfrequenz bekannt. Der DDR5-Speicher wird hinter einen kompatiblen Puffer-Controller gekoppelt und dieser wiederum an das PCIe-Interface.

Intels kommende Sapphire-Rapids-Plattform soll Xeon-Prozessoren mit bis zu 56 Kernen, 112 Threads, einem Octa-Channel-Interface mit DDR5-SDRAM und beachtlichen 80 PCIe-5.0-Lanes bieten. CXL wird in der Version 1.1 für bis zu vier x16-Geräte unterstützt. Demnach ließe sich der Arbeitsspeicher bei Bedarf ordentlich erweitern. Erwartet werden Intels neue Xeon-Prozessoren auf Basis des Sockel LGA4677 frühestens ab Ende 2021. Wann Samsung die finale Version des CXL-Memory-Expander veröffentlicht, ist nicht bekannt. Es ist jedoch gut möglich, dass Samsung einen Start für Ende 2021 oder Anfang 2022 angepeilt hat.

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