在當(dāng)今的高性能計算領(lǐng)域，確保處理器、存儲和加速器之間快速可靠的通信對系統(tǒng)性能和可擴展性至關(guān)重要。因此，就誕生了Compute Express Link®（CXL®）標(biāo)準(zhǔn)：其目標(biāo)是實現(xiàn)一致的內(nèi)存訪問、低延遲的數(shù)據(jù)傳輸，以及不同先進(jìn)架構(gòu)之間的無縫互操作性。

作為CXL聯(lián)盟的活躍成員，SmartDVTechnologies在設(shè)計和驗證IP方面擁有數(shù)十年的專業(yè)知識，可以幫助工程團(tuán)隊了解不斷發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)。我們符合規(guī)范的VIP產(chǎn)品組合使團(tuán)隊能夠充滿信心地采用最新的CXL版本來加速開發(fā)，同時保持魯棒性和準(zhǔn)確性。

隨著CXL規(guī)范的快速演進(jìn)發(fā)展，在對越來越多圍繞它所打造的設(shè)計進(jìn)行驗證時，所使用的工具和構(gòu)建的基礎(chǔ)架構(gòu)也必須同樣迅速發(fā)展。維護(hù)與新規(guī)范的修訂保持同步的驗證IP （VIP）不是一項小任務(wù)，特別是處理從CXL 2.0到3.0的主要版本轉(zhuǎn)換。

作為全球領(lǐng)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(yīng)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(wěn)健性和準(zhǔn)確性。這篇技術(shù)文章探討了這些更新帶來的技術(shù)挑戰(zhàn)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(xù)演進(jìn)的需要

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

功能強大的VIP基礎(chǔ)架構(gòu)對于構(gòu)建可靠的驗證IP和隨著規(guī)范的發(fā)展而實現(xiàn)快速更新至關(guān)重要。下面的圖表說明了SmartDV的CXL VIP所采用的高級架構(gòu)。

圖1：SmartDV CXL VIP功能原理圖

隨著CXL規(guī)范的更新，VIP也必須進(jìn)行相應(yīng)的升級，且通常要求在緊迫的時間內(nèi)完成。

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

關(guān)鍵變更和實施挑戰(zhàn)

1.支持256字節(jié)的數(shù)據(jù)Flit（流控制單元）

在CXL 3.0版本中，協(xié)議的Flit現(xiàn)已可支持256字節(jié)的數(shù)據(jù)，而CXL 2.0只支持68字節(jié)的數(shù)據(jù)。這帶來了一些架構(gòu)上的變化：

?信用值（LLCRD），以前在單個Flit單元中傳輸，現(xiàn)在通過使用2字節(jié)字段（字節(jié)數(shù)為240-241）直接嵌入到協(xié)議Flit中。

?在傳輸一個非空的協(xié)議Flit之前，請求、響應(yīng)和數(shù)據(jù)（Flit類型為cache/mem）的初始信用值需要在協(xié)議Flit中公布。

?公布的信用值反映了當(dāng)前接收緩沖區(qū)的可用性。

2.Flit格式增強和循環(huán)冗余校驗（CRC）處理

CXL 3.0引入了三種類型的Flit格式：

?標(biāo)準(zhǔn)的256字節(jié)

?延遲優(yōu)化的（LO）Flit

?PBR Flit

延遲優(yōu)化的Flit需要以不同的方式去計算CRC。前8個數(shù)據(jù)槽（122字節(jié)）需要在數(shù)據(jù)槽7 （6字節(jié)）中放置一個CRC，而其余數(shù)據(jù)槽（116B）需要一個單獨的CRC。這種雙重CRC結(jié)構(gòu)要求在VIP內(nèi)部要有精確實現(xiàn)和驗證。

此外，現(xiàn)在的ARB/MUX鏈路管理數(shù)據(jù)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(fù)制數(shù)據(jù)。雖然這種改變簡化了物理層表示層，但它將CRC/FEC管理的責(zé)任轉(zhuǎn)移到協(xié)議棧中的一個全新位置。

3.內(nèi)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(jìn)了存儲協(xié)議行為。在CXL 2.0中，設(shè)備到主機（device-to-host，D2H）的請求在等待M2S進(jìn)程時可能會阻塞，從而限制了架構(gòu)選擇，無法使用諸如內(nèi)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(gòu)。

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(yuǎn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換來管理重試。現(xiàn)在在CXL 3.0中，重試是通過一個Flit序列號握手系統(tǒng)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(qū)，可用來存儲所有協(xié)議Flits（CXL.io, CXL.cache / mem ALMP)。

?基于序列號的、由確認(rèn)驅(qū)動的緩沖區(qū)清除。

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

?標(biāo)準(zhǔn)回放：所有等待確認(rèn)的Flit的完整回放。

結(jié)語

為支持全新的規(guī)范修訂版本，開發(fā)和更新CXL通用驗證方法（UVM） VIP并不是一項簡單的任務(wù)。即便有一個功能強大的、可重用的VIP基礎(chǔ)架構(gòu)，深入的領(lǐng)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(fù)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(jié)Flit和相關(guān)協(xié)議更改的支持：需要5周時間

?這些時間估算都假設(shè)任務(wù)全部是由經(jīng)驗豐富的工程師負(fù)責(zé)，他們非常熟悉現(xiàn)有的VIP和CXL協(xié)議棧。

構(gòu)建一個可擴展的、可自適應(yīng)的CXL VIP不僅僅是編碼工作；它也關(guān)系到對規(guī)范變更的預(yù)測和構(gòu)建體系結(jié)構(gòu)，從而適應(yīng)未來的增長。

SmartDV Technologies憑借其在設(shè)計IP和驗證IP兩個方面都具有的豐富經(jīng)驗，為工程團(tuán)隊提供適用于像CXL這樣的先進(jìn)協(xié)議的高質(zhì)量的、符合規(guī)范的VIP。隨著標(biāo)準(zhǔn)的不斷演進(jìn)，SmartDV仍然致力于幫助客戶保持領(lǐng)先地位。

與我們在ICCAD 2025上現(xiàn)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(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇暨第三十一屆集成電路設(shè)計業(yè)展覽會（ICCAD-Expo 2025）”，并將在現(xiàn)場介紹公司的設(shè)計IP和VIP產(chǎn)品。歡迎屆時前往展會現(xiàn)場與我們交流，SmartDV展位號為D91。