讓高性能計算芯片設計與CXL規范修訂保持同步

在當今的高性能計算領域，確保處理器、存儲和加速器之間快速可靠的通信對系統性能和可擴展性至關重要。因此，就誕生了Compute Express Link^?（CXL^?）標準：其目標是實現一致的內存訪問、低延遲的數據傳輸，以及不同先進架構之間的無縫互操作性。

作為CXL聯盟的活躍成員，SmartDV Technologies在設計和驗證IP方面擁有數十年的專業知識，可以幫助工程團隊了解不斷發展的標準。我們符合規范的VIP產品組合使團隊能夠充滿信心地采用最新的CXL版本來加速開發，同時保持魯棒性和準確性。

隨著CXL規范的快速演進發展，在對越來越多圍繞它所打造的設計進行驗證時，所使用的工具和構建的基礎架構也必須同樣迅速發展。維護與新規范的修訂保持同步的驗證IP （VIP）不是一項小任務，特別是處理從CXL 2.0到3.0的主要版本轉換。

作為全球領先的VIP和定制IP解決方案提供商，我們在SmartDV Technologies親眼目睹了VIP的快速適應能力的重要性，它們需要能夠覆蓋不同的版本，同時還要保持穩健性和準確性。這篇技術文章探討了這些更新帶來的技術挑戰和工程考量因素，并引用了最近在支持CXL 3.0實際工作項目中所積累的示例。

持續演進的需要

基于CXL的硬件在流片前的驗證既復雜又要求苛刻，因此VIP必須能夠準確地模擬互連的主機和設備端，并提供可靠的協議檢查器來驗證系統行為。

功能強大的VIP基礎架構對于構建可靠的驗證IP和隨著規范的發展而實現快速更新至關重要。下面的圖表說明了SmartDV的 CXL VIP所采用的高級架構。

圖1 SmartDV CXL VIP功能原理圖

隨著CXL規范的更新，VIP也必須進行相應的升級，且通常要求在緊迫的時間內完成。

例如，從CXL 2.0到3.0的版本轉換引入了一些重要的更改，這就需要對VIP進行大量更新，包括功能和協議處理。

關鍵變更和實施挑戰

1.支持256字節的數據Flit（流控制單元）

在CXL 3.0版本中，協議的Flit現已可支持256字節的數據，而CXL 2.0只支持68字節的數據。這帶來了一些架構上的變化：

●   信用值（LLCRD），以前在單個Flit單元中傳輸，現在通過使用2字節字段（字節數為240-241）直接嵌入到協議Flit中。

●   在傳輸一個非空的協議Flit之前，請求、響應和數據（Flit類型為cache/mem）的初始信用值需要在協議Flit中公布。

●   公布的信用值反映了當前接收緩沖區的可用性。

2.Flit格式增強和循環冗余校驗（CRC）處理

CXL 3.0引入了三種類型的Flit格式：

●   標準的256字節

●   延遲優化的（LO）Flit

●   PBR Flit

延遲優化的Flit需要以不同的方式去計算CRC。前8個數據槽（122字節）需要在數據槽7 （6字節）中放置一個CRC，而其余數據槽（116B）需要一個單獨的CRC。這種雙重CRC結構要求在VIP內部要有精確實現和驗證。

此外，現在的ARB/MUX鏈路管理數據包（ALMP）Flit包括CRC和前向糾錯（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制數據。雖然這種改變簡化了物理層表示層，但它將CRC/FEC管理的責任轉移到協議棧中的一個全新位置。

3.內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）通道改進了存儲協議行為。在CXL 2.0中，設備到主機（device-to-host，D2H）的請求在等待M2S進程時可能會阻塞，從而限制了架構選擇，無法使用諸如內含式窺探過濾器（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架構。

4.重試機制被移至物理層

CXL 3.0中最重要的變化之一是將重試機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程狀態轉換來管理重試。現在在CXL 3.0中，重試是通過一個Flit序列號握手系統來處理的。

全新的重試機制的主要特性包括：

●  新增傳輸端重試緩沖區，可用來存儲所有協議Flits（CXL.io, CXL.cache / mem ALMP)。

●   基于序列號的、由確認驅動的緩沖區清除。

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

●   標準回放：所有等待確認的Flit的完整回放。

結語

為支持全新的規范修訂版本，開發和更新CXL通用驗證方法（UVM） VIP并不是一項簡單的任務。即便有一個功能強大的、可重用的VIP基礎架構，深入的領域知識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雜性和所需時間，CXL 3.0主要的版本更新可能需要的工程工作量如下：

●   將重試機制遷移到物理層：需要4周時間

●   增加對256字節Flit和相關協議更改的支持：需要5周時間

這些時間估算都假設任務全部是由經驗豐富的工程師負責，他們非常熟悉現有的VIP和CXL協議棧。

構建一個可擴展的、可自適應的CXL VIP不僅僅是編碼工作；它也關系到對規范變更的預測和構建體系結構，從而適應未來的增長。

SmartDV Technologies憑借其在設計IP和驗證IP兩個方面都具有的豐富經驗，為工程團隊提供適用于像CXL這樣的先進協議的高質量的、符合規范的VIP。隨著標準的不斷演進，SmartDV仍然致力于幫助客戶保持領先地位。

與我們在ICCAD 2025上現場交流

SmartDV將參加于2025年11月20日-21日在成都·中國西部國際博覽城隆重舉辦的“成渝集成電路2025年度產業發展論壇暨第三十一屆集成電路設計業展覽會（ICCAD-Expo 2025）”，并將在現場介紹公司的設計IP和VIP產品。歡迎屆時前往展會現場與我們交流，SmartDV展位號為D91。