Intel 最近舉行了 Interconnect Day 2019 ，當中詳細介紹了處理器與處理器之間的 Compute Express Link（CXL）超高速互聯新標準。雖然現階段構思僅供數據中心的伺服器使用，但如果發展理想的話，業界推斷有機會應用於未來的 Intel Xe 架構獨立顯示卡，使多張顯示卡（Multi-GPU）可真正共用到記憶體資源，或許會發展出比 NVIDIA SLI 或 AMD CrossFire 更先進的 Multi-GPU 互聯技術，於 CPU 與 GPU 的互聯甚或媲美 NVIDIA NVLink。

CXL 技術簡介

取代 PCIe

先講回 Intel CXL 標準的原意——作為 CPU 與 Accelerator 加速器（如 FPGA / GPU 顯示卡）之間的互聯通信。一直以來， CPU 都是透過主機板上的 PCIe 插槽及 PCIe 協議（ Protocol ）與顯示卡溝通，但當 Intel 聯合阿里巴巴、 Cisco 、 Dell EMC 、 Facebook 、 Google 、 HPE 、華為及微軟組成強大陣容的聯盟後，就發表了 CXL 的開放標準，以解決目前 PCIe 協議於 CPU 與顯示卡之間的高延遲（ Latency ）及頻寬不足的問題。

兼容性高

為兼容各品牌的各種產品， CXL 1.0 的物理層面是基於 PCIe 5.0 ，所以未來的 Server CPU 仍是置於主機板 CPU Socket，顯示卡 / 繪圖卡也是插在 PCIe 插槽上，不過 CPU 與 GPU 並非以 PCIe 協議進行溝通，而是採用新的 CXL 協議，因此 PCIe 5.0 可理解為純粹提供實體插槽。傳聞 Intel 會於 2020 年推出 Xe 系列獨立顯示卡， PCIe 5.0 可能會在差不多時間應用於伺服器，或者再晚一、兩年， Intel 預計 CXL 技術會於 PCIe 6.0 年代被廣泛應用。

提升 CPU 與 GPU 的互聯效率

CXL 強調低延遲，允許 CPU 與 GPU 之間繞過 PCIe 協議，用 CXL 協議來共用、互取對方的記憶體資源，形成一個「連貫」的記憶體池。當中可細分為 3 個協議：

CXL.io ：類似目前的 PCIe 輸入輸出 I/O，取代 PCIe 協議
CXL.cache ：容許加速器 /  GPU 要求存取 CPU 的快取（ Cache ）
CXL.memory ：反方向，容許 CPU 要求存取加速器 /  GPU 的記憶體，例如是 HBM2 等

透過 CXL 協議， CPU 與 GPU 之間就形同連成單一個龐大的堆疊記憶體池（ Stacked Memory ）， CPU Cache 和 GPU HBM2 記憶體猶如放在一起，有效降低兩者之間的延遲，故此能大幅提升數據運算效率，令 AI 人工智能、機器學習、媒體服務、高效能運算（ HPC ）及雲端服務變得非常快速。

CXL 或應用於 Intel Xe 家用顯示卡

那為甚麼外媒 Wccftech 的編輯會認為 CXL 可推動 Intel Xe 架構多路顯示卡的發展，甚至有機會比 NVIDIA SLI 或 AMD CrossFire 先進呢？雖然目前 CXL 都只是指 Server CPU 及 GPU 之間的互聯， Intel 亦從沒說過 Xe 顯示卡會否與 CXL 有關，甚至也沒怎透露過更多眉目，但既然 CXL 可令 CPU 和 GPU 共用記憶體，也應該可在 GPU 與 GPU 之間上實現。

過去 SLI 的限制

Pascal 年代的 GeForce GTX 10 系列或更早前的遊戲顯示卡，所用的 NVIDIA SLI 多路顯示卡技術，並不太有效把多張顯示卡的記憶體「加起來」， API 或應用程式可能將之視為單一 GPU ，令工作分配未必平均，各張顯示卡需要不斷「同步」大家的資料，但 SLI 互聯技術的延遲又高、頻寬不夠，導致較少遊戲及應用程式能有效發輝 Multi-GPU 的功用。

NVLink 早已做到 CXL 功能

不過上述 CXL 的功能，其實某程度上，NVIDIA 早於 2014 年的 NVLink 已經實現到。 NVLink 初期是應用於 Pascal 架構的 Tesla 顯示卡，之後在 Turing 架構的 GeForce RTX 2080 及 RTX 2080 Ti 打進家用市場。 NVLink 是種取代 SLI 的 Multi-GPU 互聯技術，能把各 GPU 的記憶體加起來（Stacked Memory），因而大幅提升頻寬及運算效率。但除了做 GPU <-> GPU 之間的互聯外，其實 NVLink 亦能於 GPU <-> CPU 之間、或 Multi-GPU <-> CPU 之間做到 Stacked Memory，使 CPU 與 GPU 的記憶體能夠共享，即是上述 CXL 的功能。只不過支援 NVLink 的 CPU 實在少之又少，最著名的是 IBM 的 POWER8 處理器。即使是 NVIDIA 的 DGX-2 超級電腦，都未能發揮到 NVLINK CPU <-> GPU 互聯優勢，因為內裡搭載的是 Intel Xeon CPU，並不支援 NVLink 。

CXL 比 NVLink 優勝之處

無可置疑，Intel 是市佔率最高的 CPU 品牌，若要在 CPU <-> GPU 互聯技術比武， CXL 絕對比 NVIDIA NVLink 有更大優勢，兼容的產品亦多很多。不過 CXL 能否在家用市場大放異彩，就很難說準，始終目前都很少遊戲開發者會為 SLI / NVLink 一小撮人加入 Multi-GPU 技術，更遑論購買多張 Intel Xe 顯示卡的客戶群， CXL 的 CPU <-> GPU 互聯能否為遊戲帶來突破性影響，亦是未知之數。一切還是待 Intel 發表 Xe 顯示卡才下定論吧。

Source：Wccftech、NVIDIA NVLink Blog、Anandtech、IBM