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CXL技術路線現(xiàn)狀與未來規(guī)劃
阿里云目前的產品基于CXL 2.0技術，但隨著CXL 3.0協(xié)議的演進，公司正積極規(guī)劃多代產品以逐步實現(xiàn)新協(xié)議的全部功能。CXL 3.0協(xié)議在可擴展性、緩存一致性以及互連架構方面帶來了顯著變化，阿里云計劃通過分代產品逐步引入這些特性。
在系統(tǒng)池化架構的演進上，阿里云已在CXL 2.0階段實現(xiàn)了內存及持久化內存的池化和共享，并打通了內存池系統(tǒng)管控和運維的鏈路。，包括對池化資源的管理故障處理以及RAS方案等。未來，隨著CXL 3.0的引入，阿里云將規(guī)劃在多級Switch場景下擴大資源池化規(guī)模，并引入更多類型的資源，最終走向基于CXL Fabric的可組合架構，支持更靈活的資源配比和更高效的數(shù)據流動。
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磐久服務器
CXL內存池系統(tǒng)架構
阿里云磐久服務器推出的CXL內存池系統(tǒng)，是業(yè)界首個基于CXL Switch的內存池業(yè)務系統(tǒng)解決方案。該系統(tǒng)包含4臺2U通用計算服務器、阿里云自研的CXL Switch Box以及內存節(jié)點（JBOM），通過CXL連接實現(xiàn)了高性能的內存池化系統(tǒng)。
系統(tǒng)采用三層拓撲架構：
在機架的上層部署了多臺雙路CPU服務器；
機柜的中層是包含兩顆交換芯片以及一顆管理CPU的CXL Switch Box，其中每顆交換芯片的上行端口分別連接每臺服務器的兩個CPU Socket。同時Box內的管理CPU通過25G高速控制網絡實現(xiàn)毫秒級資源調度。
機柜的下層是CXL內存節(jié)點（JBOM）,最多支持插入32塊阿里自研的Alimemory內存模組，該模組支持128GB和256GB兩個規(guī)格，單箱容量最高達8TB（雖系統(tǒng)兼容512GB模組，但經驗證128G/256G為TCO最佳選擇）。CXL Switch Box和JBOM都配備了獨立的BMC，經帶外網絡接入統(tǒng)一的帶外管理系統(tǒng)，實現(xiàn)CXL內存池系統(tǒng)的管控運維。
基于RDMA的分布式方案存在的問題
在面對大客戶對數(shù)據庫容量和性能的高要求，阿里云PolarDB數(shù)據庫采用了三層解耦架構，將計算和內存分層，并引入了分布式的內存池。在CXL技術應用之前，該架構依賴RDMA實現(xiàn)內存層與計算池和存儲池的連接。但在超大規(guī)模數(shù)據庫場景中，現(xiàn)有基于RDMA的分布式方案存在以下問題：
內存成本增加：雙端Buffer Pool架構導致內存成本上升——計算節(jié)點需保留本地內存，同時額外部署遠端內存池。
讀寫放大效應：RDMA不支持原生內存語義，導致16KB數(shù)據頁即便僅訪問少量字節(jié)（如512B），也需將整頁從遠端內存拷貝至本地內存，引發(fā)高達32倍的帶寬浪費（16K/512B），致使一些場景下網絡吞吐成為系統(tǒng)性能瓶頸。
故障恢復速度慢：故障恢復慢一直是數(shù)據庫場景的一大挑戰(zhàn)，尤其在需要通過redo log恢復數(shù)據頁的情況下
缺乏緩存一致性：在多主架構下，所有DB節(jié)點都可以同時訪問整個數(shù)據庫所有的頁。在這種情況下會頻繁出現(xiàn)數(shù)據頁從一個節(jié)點遷移到另一個節(jié)點的情況，產生了額外的網絡帶寬開銷。
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架構創(chuàng)新
基于CXL Switch的三層解耦內存層重構
隨著CXL技術的引入，阿里云PolarDB數(shù)據庫對三層解耦架構進行了全面改造，推出了業(yè)界首個基于CXL Switch的云數(shù)據庫PolarCXLMem。該架構相比RDMA分布式內存層，業(yè)務端到端性能提升了2倍以上，同時實現(xiàn)了跨節(jié)點的緩存共享，徹底解決了讀寫放大以及數(shù)據拷貝的問題。
核心優(yōu)勢：CXL技術賦能的多維性能突破
1. 低延遲與高帶寬：CXL在64B小粒度訪問（如事務操作）至16K大粒度數(shù)據頁訪問的全場景下，延遲性能顯著優(yōu)于RDMA，且?guī)拑?yōu)勢為大粒度數(shù)據傳輸（如完整數(shù)據頁讀寫）提供了更優(yōu)支持。
2. CXL原生支持內存語義，一方面簡化了編程模式，另一方面也避免了RDMA方案中數(shù)據需從遠端通過RDMA網卡拷貝至本地緩存的額外開銷。通過直接將數(shù)據庫緩存頁構建在CXL內存內，消除了IO延遲及數(shù)據搬移的開銷。
3. 跨節(jié)點緩存一致性保障：針對多主場景，團隊設計了跨主機緩存一致性方案（當前為軟件方案，兼容未來CXL3.0硬件緩存一致性協(xié)議），通過集中式緩存管理模塊協(xié)調各節(jié)點緩存頁狀態(tài)，解決了傳統(tǒng)分布式架構中數(shù)據同步與一致性問題。
從理論到實踐的顯著提升
單點讀場景：吞吐量達RDMA方案的3倍以上，帶寬需求顯著降低；
全頁訪問（range-select）：吞吐量提升2倍，平均延遲降低50%；
多主場景：在共享數(shù)據百分比較低的場景表現(xiàn)優(yōu)異（最大提升62%），即使在全共享和嚴重頁沖突（鎖系統(tǒng)瓶頸）的場景下，仍保持27%的性能優(yōu)勢（對比RDMA）。
結語：
阿里云在CXL技術領域的創(chuàng)新研發(fā)不僅為數(shù)據庫場景帶來了革新，更為未來計算架構的發(fā)展指明了方向。隨著CXL技術的不斷成熟和應用場景的拓展，阿里云將繼續(xù)推動CXL技術的發(fā)展與應用，為全球用戶提供更高效、更靈活、更可靠的云計算服務。
此次分享不僅展示了阿里云在CXL技術上的深厚積累和實踐經驗，更為行業(yè)內的技術創(chuàng)新和生態(tài)建設提供了有力支持。未來，阿里云將攜手合作伙伴共同推動CXL技術的標準化和生態(tài)普及，開啟高效計算的新時代。
