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万字长文|下一代系统内存数据加速接口SDXI解读

时间:2024-07-01 21:55:50浏览次数:24  
标签:SDXI DMA 虚拟化 接口 内存 字长 移动 数据

本文内容分为5章节,总计10535字,内容较多,建议先收藏

1.SDXI技术产生的背景

2.SDXI相比DMA的优势

3.SDXI实现原理与架构

    3.1 描述符环原理解读
    3.2 上下文管理介绍
    3.3 AKey与RKey解读
    3.4 错误日志和状态管理
    3.5 跨Function访问

4.SDXI与CXL协同原理

5.SDXI几种应用场景


1.SDXI技术产生的背景

在传统计算模式中,数据在不同组件间移动往往依赖于软件层面的处理,例如常见的内存复制操作(memcpy),这种方式虽然稳定,但会占用宝贵的处理器周期,导致应用性能下降。同时,传统的数据移动缺乏有效的虚拟化支持,且各厂商的直接内存访问(DMA)引擎及其接口没有统一的标准,给用户级软件的利用带来了不便。

此外,异构计算环境的兴起,包括CPU、GPU、FPGA、NICs等ASSPs(应用专用标准产品)的融合,以及虚拟化和容器化的普及,都对数据移动提出了更高要求。

SDXI(Smart Data Accelerator Interface,智能数据加速接口)标准正是在这样的背景下应运而生,它的设计旨在解决上述问题,提供了一个标准化、可扩展、面向未来的内存到内存数据移动和加速接口。

这个接口独立于I/O互连技术,意味着无论底层硬件如何变化,只要遵循SDXI标准,软件都能保持良好的兼容性和稳定性。SDXI标准特别强调了对虚拟化友好的编程接口,支持用户模式和内核模式操作,旨在加速虚拟化工作负载。

SDXI标准的制定工作由SNIA SDXI技术工作小组(TWG)负责,该小组成立于2020年6月,汇聚了行业内多个领先企业的技术力量。根据记录,SDXI v1.0版本的贡献者包括来自多家知名公司,主要包括惠普企业(HPE)、戴尔(Dell)、IBM、AMD、Micron、NetApp、SK海力士、西部数据、三星、微软等23家会员公司,以及89名个人成员。

2022年正式发布了SDXI v1.0版本,标志着一个全新的数据移动加速时代开启,为高性能计算、人工智能、数据中心存储等领域带来革新。

2.SDXI相比DMA的优势

DMA数据移动器是一种硬件机制,旨在减轻CPU执行循环数据复制任务的负担,从而释放CPU周期以执行其他计算密集型任务。这一技术的引入,旨在提高系统整体的性能和效率,特别是在大量数据传输操作频繁发生的场景下。

扩展阅读:

尽管DMA数据移动器的概念已被广泛认识,其应用却主要局限于特定的、具有特权的软件和I/O场景中。这些场景通常涉及到高度特定化的设备接口,这些接口往往不具备向前兼容性。具体来说,这种限制在两个方面尤为突出:

  1. 非虚拟化环境中的用户态应用挑战:在没有虚拟化的环境中,由于DMA数据移动器的使用受限于特定的、非通用的接口,普通用户态应用很难直接利用DMA来提升数据处理性能。这主要是因为DMA操作通常需要较高的系统权限,而普通用户态程序默认不具备这样的权限。

  2. 多租户虚拟化环境下的近乎不可能性:在多租户的虚拟化环境中,情况更为复杂。在这种环境下,多个虚拟机共享物理资源,每个虚拟机都有自己的内存空间和隔离的执行环境。使用传统的DMA机制,不仅需要解决如何安全地跨虚拟机边界移动数据的问题,还要解决如何在不破坏虚拟机隔离性的前提下,有效地分配和管理DMA资源。由于传统的DMA设备接口缺乏对虚拟化环境的支持,使得在这样的环境中实现高效的DMA数据传输变得极为困难,几乎不可行。

SDXI作为一个标准化、可扩展、独立于I/O互联技术的内存到内存数据移动和加速接口,旨在打破传统DMA的局限,使得数据移动在现代异构计算环境中变得更加高效和灵活。

SDXI Platform Data Mover是一个创新的技术框架,它设计用于克服现有数据移动解决方案的一系列局限性,从而满足现代计算环境中日益增长的高效数据处理需求。SDXI的优势的具体包括以下几个内容:

  1. 可扩展、向前兼容的接口:SDXI提供了一个与具体数据移动实现及底层I/O互连技术无关的接口,意味着无论未来数据传输技术如何演进,只要遵循SDXI规范,新旧硬件和软件就能保持良好的兼容性。这种设计允许SDXI随技术进步不断纳入新功能而不至于过时。

  2. 用户模式数据移动的标准接口:一旦连接建立,SDXI允许在用户模式下直接进行地址空间之间的数据移动,无需特权软件介入,降低了数据传输的复杂度和延迟,提高了应用层的性能。

  3. 特权软件控制接口:SDXI定义了一套标准接口,供特权软件(如hypervisors或系统管理层)来管理数据移动器的连接状态和跨多个地址空间的数据传输,增强了系统的可控性和安全性。

  4. 可抽象化或虚拟化的接口:SDXI支持其接口被特权软件抽象或虚拟化,这样可以更容易地在不同的服务器之间迁移工作负载或虚拟机,增强了跨平台的兼容性和灵活性,对于云环境尤其重要。

  5. 明确的暂停、恢复能力:SDXI具有清晰定义的能力,可以暂停、恢复每个地址空间数据移动器的架构状态,这对于实现实时工作负载或虚拟机在服务器间的迁移至关重要,有助于实现无中断的维护和动态资源调度。

  6. 确保向前兼容的接口:SDXI设计确保了现有的软件驱动程序,包括用户模式驱动,能在未来的硬件实现上无需修改即可运行,减少了因硬件升级导致的软件适配成本和时间。

SDXI通过提供一个灵活、高效、兼容性强的数据移动平台,解决了传统数据处理架构在性能、兼容性、虚拟化支持等方面的不足,为云计算、数据中心管理、高性能计算等领域带来了重大的技术进步。

后续3-5章节,请参考:点击这里,继续阅览SDXI章节3-5详细内容

3.SDXI实现原理与架构

    3.1 描述符环原理解读
    3.2 上下文管理介绍
    3.3 AKey与RKey解读
    3.4 错误日志和状态管理
    3.5 跨Function访问

4.SDXI与CXL协同原理

5.SDXI几种应用场景

标签:SDXI,DMA,虚拟化,接口,内存,字长,移动,数据
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