【导语】随着高性能计算领域对处理器、存储和加速器间快速可靠通信需求的日益增长，Compute Express Link®（CXL®）标准应运而生。SmartDV Technologies作为CXL联盟的活跃成员，凭借其在设计和验证IP方面的深厚专业知识，致力于帮助工程团队紧跟不断发展的CXL标准。本文探讨了CXL 3.0版本更新带来的技术挑战和工程考量，特别是VIP（验证IP）的快速适应能力的重要性，并通过实际案例说明了在支持CXL 3.0项目中所积累的宝贵经验。

作者：Ettore Giliberti，SmartDV Technologies资深应用工程师

在当今的高性能计算领域，确保处理器、存储和加速器之(zhī)间(jiān)快(kuài)速(sù)可靠的通信对系统性能和可扩展性至关重要。因此，就诞生了Compute Express Link®（CXL®）标准：其目标是实现一致的内存访问、低延迟的数据传输，以及不同先进架构之间的无缝互操作性。

作为CXL联盟的活跃成员，SmartDV Technologies在设计和验证IP方面拥有数十年的专业知识，可以帮助工程团队了解不断发展的标准。我们符合规范的VIP产品组合使团队能够充满信心地采用最新的CXL版本来加速开发，同时保持鲁棒性和准确性。

随着CXL规范的快速演进发(fā)展(zhǎn)，在对越来越多围绕它所打造的设计进行验证时，所使用的工具和构建的基础架构也必须同样迅速发展。维护与新规范的修订保持同步的验证IP （VIP）不是一项小任务，特别是处理从CXL 2.0到3.0的主要版本转换。

作为全球领先的VIP和定制IP解决方案提供商，我们在SmartDV Technologies亲眼目睹了VIP的快速适应能力的重要性，它们需要能够覆盖不同的版本，同时还要保持稳健性和准确性。这篇技术文章探讨了这些更新带来的技术挑战和工程考量因素，并引用了最近在支持CXL 3.0实际工作项目中所积累的示例。

持续演进的需要

基于CXL的硬件在流片前的验证既复杂又要求苛(kē)刻(kè)，因(yīn)此(cǐ)VIP必(bì)须(xū)能(néng)够(gòu)准(zhǔn)确(què)地(de)模(mó)拟(nǐ)互(hù)连(lián)的(de)主机(jī)和(hé)设(shè)备(bèi)端(duān)，并(bìng)提(tí)供可靠的协议检查器来验证系统行为。

功能强大的VIP基础架构对于构建可靠的验证IP和随着规范的发展而实现快速更新至关重要。下面的图表说明了SmartDV的 CXL VIP所采用的高级架构。

图1：SmartDV CXL VIP功能原理图

随(suí)着(zhe)CXL规(guī)范(fàn)的(de)更(gèng)新(xīn)，VIP也(yě)必(bì)须(xū)进(jìn)行(xíng)相(xiāng)应(yīng)的(de)升(shēng)级(jí)，且(qiě)通常要求在紧迫的时间内完成。

例如，从CXL 2.0到3.0的版本转换引入了一些重要的更改，这就需要对VIP进行大量更新，包括功能和协议处理。

关键变更和实施挑战

1. 支持256字节的数据Flit（流控制单元）

在CXL 3.0版本中，协议的Flit现已可支持256字节的数据，而CXL 2.0只支持68字节的数据。这带来了一些架构上的变化：

• 信用值（LLCRD），以前在单个Flit单元中传输(shū)，现在通过使用2字节字段（字节数为240-241）直接嵌入到协议Flit中。
• 在(zài)传(chuán)输(shū)一(yī)个(gè)非(fēi)空(kōng)的(de)协(xié)议(yì)Flit之前，请求、响应和数据（Flit类型为cache/mem）的初始信用值需要在协议Flit中公布。
• 公布的信用值反映了当前接收缓冲区的可用性。

1. Flit格式增强和循环冗余校(xiào)验(yàn)（CRC）处(chù)理(lǐ)

CXL 3.0引入了三种类型的Flit格式：

• 标准的256字节
• 延迟优化的（LO）Flit
• PBR Flit

延迟优化的Flit需要以不同的方式去计算CRC。前8个数据槽（122字节）需要在数据槽7 （6字节）中放置一个CRC，而其余数据槽（116B）需要一个单独的CRC。这种双重CRC结构要求在VIP内部要有精确实现和验证。

此外，现在的ARB/MUX链路管理数据包（ALMP）Flit包括CRC和前向纠错（FEC），而不再如CXL 2.0所要求(qiú)的(de)那(nà)样(yàng)，为(wèi)了(le)完(wán)整(zhěng)性(xìng)目(mù)的(de)而(ér)需(xū)要(yào)复(fù)制(zhì)数(shù)据(jù)。虽(suī)然(rán)这(zhè)种(zhǒng)改(gǎi)变(biàn)简(jiǎn)化(huà)了(le)物(wù)理(lǐ)层(céng)表(biǎo)示(shì)层(céng)，但(dàn)它(tā)将(jiāng)CRC/FEC管理的责任转移到协议栈中的一个全新位置。

1. 内存一致性和反向无效处理

CXL 3.0通过支持M2S反向无效窥探（Back-Invalidate Snoop, BISnp）通道改进了存储协议行为。在CXL 2.0中，设备到主机（device-to-host，D2H）的请求在等待M2S进程时可能会阻塞，从而限制了架构选择，无法使用诸如内含式窥探过滤器（Inclusive Snoop Filter）等手段。通过BISnp而不是CXL.缓存通道来解决一致性，CXL 3.0支持更灵活和高效的存储架构。

1. 重试机制被移至物理层

CXL 3.0中最重要的变化之一是将重试机制从链路层重新迁移到物理层。在CXL 2.0中，通过使用链路层中的本地和远程状态转换来管理重试。现在在CXL 3.0中，重试是通过一个Flit序列号握手系统来处理的。

全新的重试机制的主要特性包括：

• 新增传输端重试缓冲区，可用来存储所有协议Flits（CXL.io, CXL.cache / mem ALMP)。
• 基(jī)于(yú)序(xù)列(liè)号(hào)的(de)、由(yóu)确(què)认(rèn)驱(qū)动(dòng)的(de)缓(huǎn)冲(chōng)区(qū)清(qīng)除(chú)。
• 选(xuǎn)择(zé)性(xìng)否定确(què)认(rèn)（NACK）重(zhòng)放(fàng)：能够重传特定的Flits，而不是重播所有未被确认的片段。
• 标准回放：所有等待确认的Flit的完整回放。

结语

为支持全新的规范修订版本，开发和更新CXL通用验证方法（UVM） VIP并不是一项简单的任务。即便有一个功能强大的、可重用的VIP基础架构，深入的领域知识和大量的工程工作也是必不可少的。为了让您了解所涉及的复杂性和所需时间，CXL 3.0主要的版本更新可能需要的工程工作量如下：

• 将重试机制迁移到物理层：需要4周时间
• 增加对256字节Flit和相关协议更改的支持：需要5周时间

这些时间估算都假设任务全部是由经验丰富的工程师负责，他们非常熟悉现有的VIP和CXL协议栈。

构建一个可扩展的、可自适应的CXL VIP不仅仅是编码工作；它也关系到对规范变更的预测和构建体系结构，从而适应未来的增长。

SmartDV Technologies凭借其在设计IP和验证IP两个方面都具有的丰富经验，为工程团队提供适用于像CXL这样的先进协议的高质量的、符合规范的VIP。随着标准的不断演进，SmartDV仍然致力于帮助客户保持领先地位。

相关链接

CXL验证IP（https://www.smartdvtech.com/products/cxl-vip/）

申请数据手册及申请评估（https://www.smartdvtech.com/contact_us/）

与我们在ICCAD 2025上现场交流

SmartDV将参加于2025年11月20日-21日在成都·中国西部国际博览城隆重举办的“成渝集成电路2025年度产业发展论坛暨第三十一届集成电路设计业展览会（ICCAD-Expo 2025）”，并将在现场介绍公司的设计IP和VIP产品。欢迎届时前往展会现场与我们交流，SmartDV展位号为D91。如希望与我们进行现场交流，预约与SmartDV团队在ICCAD 2025见面，请发邮件至：info@smartdvtech.com。