英特尔想让CPU、GPU和FPGA说“同一种语言”

装过机的朋友可能知道 PCI-e 总线，可以理解为如今电脑内部大部分元器件相互沟通的桥梁和语言。而在如今的 AI 时代，在深度神经网络的训练和机器学习算法的使用中，往往要用到 GPU、FPGA（现场可编程门阵列，一种定制化计算设备）等不同计算架构的设备。如果他们继续使用 PCI-e 作为沟通的语言，效能将大打折扣。

在英特尔的技术活动“互联日”(Interconnect Day) 上，英特尔处理器互联架构部主任 Stephen Van Doren 指出了现如今 PCI-e 作为互联技术的瓶颈所在：科技行业正在经历爆炸式的数据增长，AI 这样的使用场景促使人们开始让 GPU、FPGA 等专用硬件和 CPU 一起工作。而 PCI-e 作为一种古老的互联技术，其内存使用效率、延迟和数据吞吐量已经不能满足日益增长的数据和计算速度需要。

比如，PCI-e 在不同架构的处理器之间创造了过多孤立的内存池，导致内存使用效率很低。不仅如此，计算行业的最新趋势是内存解聚，也即让服务器不再配备利用率较低的过量内存，在这一趋势上 PCI-e 也无法满足。换言之，在 AI 计算的时代，PCI-e 已经不是 CPU、GPU、FPGA 以及其他 AI 计算设备（比如终端 AI 计算卡）之间沟通的最佳语言。

为了在不颠覆现有处理器的 PCI-e 硬件接口，导致过度创新的基础上，突破 PCI-e 的这一瓶颈，英特尔在今年3月宣布了 CXL，一项全新的开放互联技术。CXL 全称 Compute Express Link，是英特尔为 CPU 和工作负载加速器（如GPU、FPGA）之间实现高速、低延迟互连而设计的一项新“语言”。

它的好处，首先是处理器之间能够实现内存一致性，允许资源共享，从而获得更高的性能、降低软件堆栈的复杂性，降低系统的总成本；其次，它构建与 PCI-e 逻辑和物理层级之上，更容易被现有支持 PCI-e 端口的处理器（绝大部分的通用 CPU、GPU 和 FPGA）所接纳。

CXL 的数据交换层包括三个子协议：CXL.io，负责设备之间的互相发现、连接建立等等；.cache，让非 CPU 架构的处理器可以直接读取 CPU 的数据；.memory，让 CPU 可以直接读取非 CPU 架构处理器附带的内存。这套逻辑将使得数据中心服务器不再需要配备过量、低利用率的内存。

区别于英特尔在自主架构计算产品内部通用的 UPI 协议，CXL 是一个非对称的协议，使得异构处理器之间的内存调用不再臃肿不堪，数据交换更快。

因为可以存在于 PCI-e 的物理层面上，英特尔将 CXL 视为一种可选的协议，意即 PCI-e 的互联协议没有被完全抛弃。不过作为 PCI-e 标准制定组织的董事成员，英特尔已经计划在第六代 PCI-e 标准上大力推进 CXL 的采用。

数据中心运营者将会是这项技术最直接的获益者，这也是阿里巴巴、思科、戴尔EMC 、Facebook、Google、HPE、华为和微软这几大数据中心和云计算领域巨头加盟到 CXL 开放联盟的原因。

目前，异构计算技术高速进步，让 AI 计算从几十年前的另类幻想成为了可能，并且导致了无数新的使用场景、商业机会诞生。而通过推进 CXL，英特尔希望为异构计算赋予一种全新的语言，让参与者更加高效地进行数据上的“对话”。