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日前，紫光股份旗下新华三集团发布业界首个CXL-O（Compute Express Link Over Optical）光互连解决方案。这一创新成果突破了CXL 铜缆物理连接的距离限制，极大地提升了数据中心的高效性和灵活性。通过融合CXL与光学互连技术，实现了数据中心内跨服务器以及跨机柜的高效、长距离、低延迟的CXL连接，显著提升整体计算性能与效率，解决了高性能计算中内存扩展与传输的难题，为数据中心领域树立了新的技术标杆。
CXL技术演进：优势与挑战并存
作为基于开放标准的缓存一致性内存协议，CXL（Compute Express Link）旨在实现CPU、GPU、FPGA等计算单元之间的高速、高效互联，并保证内存的一致性。CXL的出现解决了高性能计算中的瓶颈问题，包括内存容量、带宽和I/O延迟等，为数据中心提供了强大的支持。
CXL技术从诞生至今已历经多个发展阶段，CXL 1.x时代实现了计算架构的初步变革，但扩展内存仅限于单台服务器内部，无法实现更大规模的扩展。CXL 2.0则引入了CXL交换机，打破了这一限制，实现了跨服务器的内存扩展和池化。如今CXL技术已步入3.x阶段，进一步增强了交换机的级联功能，有力推动了数据中心内部交互从以CPU为中心向以内存为中心的架构转变，即所有的计算紧密围绕数据执行，并且能够保证所有设备cache的一致性。
CXL规范发布时间表
在CXL 2.0和CXL 3.x时代，面对高性能计算的需求，传统的铜缆连接技术因其信号衰减严重而限制了CXL的部署范围和规模。此外，随着数据中心架构的复杂化，如何确保各部件之间的高速、有效连接成为了一大挑战。
新华三CXL Over Optical光互连方案：打破连接距离桎梏
当前业界的CXL方案研发中，主要面临着以下技术难题：
Receiver Detect（接收机检测）：RC需要通过检测50欧姆的负载来判断是否有终端。在光链路环境下，其EP的50欧姆端接特性，无法传递给接收端。
边带信号的传输：对于PERST（复位）、PRST（在位）、时钟、I2C等低速边带控制信号，通常要求较高的精度和稳定性，而光信号的传输可能引入额外的噪声或延迟，影响控制命令的准确执行。
链路训练：传统的高速光学链路训练策略难以适应CXL光学的特性，接收机对发送端的均衡参数的调整无法适应特定的光发射机，导致信号质量下降。此外，不同类型的光学元件，如VCSEL（垂直腔面发射激光器）、DML（直接调制激光器）、MZM（马赫-曾德尔调制器）和EA（电吸收调制器），各自拥有独特的开/关特性和非线性响应，这增加了链路训练设计的复杂性。
基于在ICT领域的深厚技术积淀和完善的生态合作体系，新华三集团与上海曦智科技有限公司携手，深度展开CXL与光学互连技术结合的研究，成功验证了CXL 2.0光互连方案，以服务器作为host读写CXL switch内存的带宽、延时、压力测试等，同时验证了带控制信号输出，如在位、时钟、复位、I2C等低速信号的传输，在业界率先推出了CXL Over Optical（CXL-O）光互连解决方案。
机柜内和跨机柜光互连示意图
光互连技术具有无限带宽潜力、超低延迟、高效节能和长距离传输等优势，能够有效解决传统铜缆连接的局限性。光传输模块与CXL PHY（物理层）接口的紧密协作，实现了从电信号到光信号的转换，进而通过光载波在链路中高效传输。这一过程涉及光传输模块的控制器接口，它负责将协议信号、总线信息和用户数据编码为光信号，同时具备解码从光链路接收的控制信息，将其转换回电信号供给PHY接口的能力。
CXL光传输模组原理
突破连接距离限制：利用光学互连技术，实现了CXL连接的长距离、高效传输，极大地拓展了数据中心的布局灵活性。
提升计算性能：通过优化内存扩展和传输机制，显著提升了数据中心的计算性能和效率。
降低总体拥有成本：内存池化和高效利用减少了冗余配置和能耗，降低了数据中心的运营成本。
增强安全性：CXL协议本身支持完整性和数据加密，结合光学互连的物理隔离特性，进一步提升了数据传输的安全性。
随着人工智能、云计算、大数据等技术的快速发展，数据中心正面临着广阔的机遇。以算力×联接理念为依托，新华三集团率先推出CXL-O光互连解决方案，不仅填补了业内的技术空白，也为数字化变革提供了强劲动力。展望未来，新华三将继续秉持“精耕务实，为时代赋智慧”的理念，不断致力于技术创新和产品研发，为数据中心的发展贡献更多智慧和力量。
