CN117971740B - 一种内存拓展板卡和内存拓展方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及存储设备设计技术领域，公开了一种内存拓展板卡和内存拓展方法；内存拓展板卡包括内存拓展处理芯片、CDFP模块、金手指连接器和内存模块；内存拓展处理芯片包括CXL信号接口，CDFP模块的第一传输接口集合与CXL信号接口连接，CDFP模块的第二传输接口集合与外部主机设备有线连接；金手指连接器的第三传输接口集合与CXL信号接口连接，金手指连接器的第四传输接口集合与主机设备连接；CDFP模块和金手指连接器均可用于主机设备与内存拓展板卡间的CXL报文数据传输。本发明的内存拓展板卡在对内互连的基础上扩展可对外互联的功能，并可对多个主机设备进行访问与CXL报文数据传输。

Description

一种内存拓展板卡和内存拓展方法

技术领域

本发明涉及存储设备设计技术领域，特别涉及一种内存拓展板卡和内存拓展方法。

背景技术

随着高性能计算、AI（ArtificialIntelligence，人工智能）计算的不断发展，计算机系统对存储的容量、延时提出了更高的要求。

目前选用CXL（Compute Express Link，处理器至外围设备/加速器链接协议）协议的存储板卡使用内存拓展处理芯片作为内存扩展控制器芯片，内存拓展处理芯片的CXL端口为x8带宽，其中内存拓展处理芯片的CXL信号通过x8金手指对外交互，仅限于单机内互联，并且应用形式只局限于单主机设备访问，无法支持多主机设备访问的场景。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种内存拓展板卡和内存拓展方法，以解决不支持多主机设备访问的问题。

第一方面，本发明提供了一种内存拓展板卡，包括内存拓展处理芯片、CDFP（CDFP连接器和电缆组件）模块、金手指连接器和内存模块，其中，内存拓展处理芯片与内存模块相连接；

内存拓展处理芯片包括CXL信号接口；

CDFP模块包括第一传输接口集合和第二传输接口集合，金手指连接器包括第三传输接口集合和第四传输接口集合；

CDFP模块通过第一传输接口集合与内存拓展处理芯片的CXL信号接口连接，金手指连接器通过第三传输接口集合与内存拓展处理芯片的CXL信号接口连接；

CDFP模块通过第二传输接口集合与至少一个外部主机设备有线连接，第一传输接口集合用于接收来自CXL信号接口传输的CXL报文数据，第二传输接口集合用于将CXL报文数据传输给主机设备；

金手指连接器通过第四传输接口集合与至少一个主机设备内部连接，第三传输接口集合用于接收来自CXL信号接口传输的CXL报文数据，第四传输接口集合用于将CXL报文数据传输给主机设备。

相关技术使用CXL协议的内存设备只能通过x8金手指连接器对外交互，仅限于单机内互联，并且应用形式只局限于单个主机设备进行访问，无法支持多主机设备访问的场景；本发明针对上述问题进行创新，提供了一种内存拓展板卡，使用内存拓展处理芯片，内存拓展处理芯片包括CXL信号接口，内存拓展板卡搭载有CDFP模块，通过第一传输接口集合接收CXL信号接口传输的CXL报文数据，通过第二传输接口集合将CXL报文数据传输给主机设备，第二传输接口集合与至少一个外部主机设备有线连接，突破了单机内互联的局限性，可与多个主机设备进行交互，有效解决了上述问题。

内存拓展板卡搭载有金手指连接器，通过金手指连接器，可通过整机内部进行连接的方式进行CXL报文数据的传输：金手指连接器的第三传输接口集合与内存拓展处理芯片的CXL信号接口连接，第四传输接口集合与主机设备连接，将CXL信号接口输出的CXL报文数据传输至主机设备。内存拓展板卡可以通过CDFP模块与外部主机设备交互，还可通过金手指连接器在整机内部与主机设备交互。

在一种可选的实施方式中，金手指连接器为x16金手指连接器。

内存拓展板卡中使用的金手指连接器在常见的x8金手指连接器基础上进行拓展，本发明使用x16金手指连接器，在信号通路方面进行拓展，有效解决内存宽带不足的问题。

在一种可选的实施方式中，内存模块包括一个或多个DDR5插槽；

内存拓展处理芯片还包括2n个DIMM（Dual Inline Memory Module，双列直插内存模块）控制器接口，n≥1且为正整数；

内存拓展处理芯片的2n个DIMM控制器接口用于与DDR5插槽连接。

目前的内存拓展板卡，通过芯片的控制器端口对外只能拓展2个DDR5（doubledata rate fifth-generation synchronous dynamic random-access memory，第五代双倍数据率同步动态随机存取存储器）插槽；本发明提供的内存拓展板卡在DIMM控制器接口与DIMM插槽进行拓展，可接入不限于2个DDR5内存条，与原本只能接入2个DDR5内存条的板卡相比，显著提高了内存容量。

在一种可选的实施方式中，内存模块用于数据缓存和数据读写。

内存模块用于为CXL报文数据通信和板卡内模块间的信息交互提供数据缓存和数据读写功能。

在一种可选的实施方式中，内存拓展板卡还包括I2C模块；

I2C模块与内存拓展处理芯片连接，I2C模块用于采集与内存拓展处理芯片连接的内存模块的数据信息和温度信息。

I2C模块通过I2C通信协议，获取内存模块的数据传输状态，从而确认数据轮询机制，采集温度数据信息可以根据实际温度调整风扇转速。

在一种可选的实施方式中，所述I2C模块包括I2C信号扩展模块，所述I2C信号扩展模块用于扩展额外的连接接口与内存拓展处理芯片连接。

I2C信号扩展模块用于通用I/O口的扩展，通过I2C扩展成8或16位GPIO。在本方案中用于拓展额外的I/O口来连接内存拓展处理芯片，实现中断、运行状态能信息交互功能。

I2C信号扩展模块对I2C模块的信号通路进行扩展，使得I2C模块通过I2C信号扩展模块，可与多个模块之间进行I2C通信，提升了I2C模块的通信数量，有效提升了各个模块之间的通信效率。

在一种可选的实施方式中，内存拓展板卡还包括时钟模块；

时钟模块与内存拓展处理芯片连接，时钟模块用于在CDFP模块通过第二传输接口集合将CXL报文数据传输给主机设备时提供参考时钟信号，还用于在金手指连接器通过第四传输接口集合将CXL报文数据传输给主机设备时提供参考时钟信号。

时钟模块在内存拓展处理芯片分别与CDFP模块和金手指连接器之间进行CXL报文数据传输时提供参考时钟信号，保证CXL报文数据在传输时有稳定的时钟信号支持。

在一种可选的实施方式中，所述内存拓展板卡还包括CPLD（Complex Programminglogic device，复杂可编程逻辑器件）模块；

所述CPLD模块分别与所述CDFP模块、所述内存拓展处理芯片及所述金手指连接器连接；

所述CPLD模块用于在系统上电时接收CDFP模块和金手指连接器的I2C信号执行上电操作，以及用于将CDFP模块和金手指连接器的复位信号经延迟处理后发送给内存拓展处理芯片，对内存拓展处理芯片进行复位。

CPLD模块负责整个板卡的电源智能上下电管理工作，在接收到连接器模块的电源输入后，完成板卡上电动作，同时接收主机设备的控制信号，实现信息获取和控制管理功能。

在一种可选的实施方式中，内存拓展板卡还包括SPI（SDH Physical Interface，SDH物理接口）闪存模块；

内存拓展处理芯片与SPI闪存模块连接，SPI 闪存模块用于存储固件程序，固件程序用于执行内存拓展处理芯片与CPLD模块之间CXL报文通信。

SPI闪存模块存储固件程序，固件程序用于执行内存拓展处理芯片与CPLD模块之间CXL报文通信；通过烧录方式，可通过SPI闪存模块烧录固件，为内存拓展处理芯片植入其他固件程序。

在一种可选的实施方式中，内存拓展板卡还包括电压电平转换模块；

电压电平转换模块连接在CPLD模块与内存拓展处理芯片之间，电压电平转换模块用于接收CPLD模块的输入信号，转换CPLD模块的输入信号的第一电压域，生成第二电压域的输入信号，并将第二电压域的输入信号传输至内存拓展处理芯片。

CPLD模块用于管理上下电，电压电平转换模块接收CPLD模块的输入信号，转换CPLD模块的输入信号的第一电压域，生成第二电压域的输入信号，并将第二电压域的输入信号传输至内存拓展处理芯片，经过电压域转换后输入内存拓展处理芯片的信号避免内存拓展处理芯片受到过高电压冲击造成损坏。

在一种可选的实施方式中，内存拓展板卡还包括拓展连接器；

拓展连接器与内存拓展处理芯片连接，拓展连接器用于与外部设备连接后进行交互。

拓展连接器作为扩展接口与内存拓展处理芯片连接，外部设备接入拓展连接器，外部设备与内存拓展处理芯片完成交互。

在一种可选的实施方式中，内存拓展板卡还包括时钟处理模块和差分信号模块；

时钟模块通过时钟处理模块与内存拓展处理芯片连接，时钟处理模块用于接收来自差分信号模块的差分信号后进行分频，还用于对时钟模块输出的参考时钟信号进行去抖处理。

差分信号模块作为信号源输入差分信号，时钟处理模块接收差分信号后对该差分信号进行分频，将分频后的信号传输至时钟模块，并对时钟模块输出的参考时钟信号进行去抖处理，保证参考时钟信号的准确性。

在一种可选的实施方式中，内存拓展板卡还包括第一多路选择器；

第一多路选择器包括第一信号选择接口和第二信号选择接口；

CDFP模块通过第一信号选择接口与CXL信号接口连接；

金手指连接器通过第二信号选择接口与CXL信号接口连接。

在一种可选的实施方式中，内存拓展板卡还包括第二多路选择器；

第二多路选择器包括第三信号选择接口和第四信号选择接口；

CDFP模块通过第三信号选择接口与CXL信号接口连接；

金手指连接器通过第四信号选择接口与CXL信号接口连接。

第二方面，本发明提供了一种多个主机设备间的内存拓展方法，所述方法包括：

在多个外部主机设备接入CDFP模块时，CPLD模块控制第一多路选择器的第一信号选择接口导通与第二多路选择器的第三信号选择接口导通；

内存拓展处理芯片的CXL信号接口输出CXL报文数据；

CDFP模块的第一传输接口集合接收CXL报文数据；

在第一传输接口集合接收CXL报文数据后，CDFP模块的第二传输接口集合将CXL报文数据有线传输至外部主机设备；

与CDFP模块连接的外部主机设备接收CXL报文数据后，数据通过有线方式，依次通过第二传输接口集合、第一传输接口集合、CXL信号接口、DIMM控制器接口传输至内存模块，外部主机设备与内存拓展板卡完成内存拓展。

在一种可选的实施方式中，多个主机设备间的内存拓展方法还包括：

在多个外部主机设备接入金手指连接器时，CPLD模块控制第一多路选择器的第二信号选择接口导通与第二多路选择器的第四信号选择接口导通；

内存拓展处理芯片的CXL信号接口输出CXL报文数据；

金手指连接器的第三传输接口集合接收CXL报文数据；

在第一传输接口集合接收CXL报文数据后，CDFP模块的第二传输接口集合将CXL报文数据有线传输至外部主机设备；

与金手指连接器连接的主机设备接收CXL报文数据后，数据依次通过第四传输接口集合、第三传输接口集合、CXL信号接口、DIMM控制器接口传输至内存模块，外部主机设备与内存拓展板卡完成内存拓展。

在一种可选的实施方式中，多个主机设备间的内存拓展方法还包括：

在多个外部主机设备同时接入CDFP模块和金手指连接器时，CPLD模块控制第一多路选择器的第二信号选择接口导通与第二多路选择器的第三信号选择接口导通；

内存拓展处理芯片的CXL信号接口输出CXL报文数据；

金手指连接器的第三传输接口集合接收CXL报文数据；

在第一传输接口集合接收CXL报文数据后，CDFP模块的第二传输接口集合将CXL报文数据有线传输至外部主机设备；

与CDFP模块连接的外部主机设备接收CXL报文数据后，数据通过有线方式，依次通过第二传输接口集合、第一传输接口集合、CXL信号接口、DIMM控制器接口传输至内存模块，外部主机设备与内存拓展板卡完成内存拓展；

与金手指连接器连接的主机设备接收CXL报文数据后，数据依次通过第四传输接口集合、第三传输接口集合、CXL信号接口、DIMM控制器接口传输至内存模块，外部主机设备与内存拓展板卡完成内存拓展。

在一种可选的实施方式中，本发明提供了内存空间共享方法，该方法应用于内存拓展板卡，所述方法包括：

在主机设备接入CDFP模块或金手指连接器后，通过SPI闪存模块修改内存拓展处理芯片的固件程序；

通过修改将所有内存地址同时映射到至少两个主机设备；

在内存地址映射后至少两个主机设备可对内存中的数据进行读取和写入。

通过烧录的方式将修改的固件程序烧录至SPI闪存模块，修改后的内存拓展处理芯片将内存地址同时映射到至少两个主机设备，至少两个主机设备可对内存模块中的数据进行读取和写入。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种内存拓展板卡的模块结构示意图；

图2是根据本发明实施例的一种内存拓展板卡的产品结构示意图；

图3是根据本发明实施例的一种内存拓展板卡的顶面图；

图4是根据本发明实施例的单个主机设备整机内部内存容量扩展的结构示意图；

图5是根据本发明实施例的单个主机设备远端内存容量扩展的结构示意图；

图6是根据本发明实施例的多个主机设备整机内部内存容量扩展的结构示意图；

图7是根据本发明实施例的多个主机设备远端内存容量扩展的结构示意图；

图8是根据本发明实施例的多个主机设备整机内部和远端内存容量扩展的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明基于目前内存设备不支持多主机设备访问的问题，提供了一种内存拓展板卡，该板卡是一种创新的、支持多种应用场景、高带宽低延时大容量的内存拓展设计，相比与传统存储及内存方案成本大幅降低，满足高性能计算、人工智能等数据密集型应用对低成本非易失内存的迫切需求。

该内存拓展板卡的芯片系统设计方案还可以应用于多芯片集成开发，大规模拓展内存容量从而实现内存池化。此板卡不仅可以作为标准PCIE(peripheral componentinterconnect express，高速串行计算机扩展总线标准)板卡应用在服务器整机内，通过CDFP线缆还可以延长传输距离，在整机柜、数据中心等各级层面的应用场景都可推广应用。

如图1所示，并可结合图2和图3，本发明提供了一种内存拓展板卡，包括内存拓展处理芯片、CDFP模块和内存模块，其中，内存拓展处理芯片与内存模块相连接；

内存拓展处理芯片包括2n个CXL信号接口，n≥1且为正整数。

本实施例中使用LEO芯片，内存拓展处理芯片可使用但不限于LEO芯片；LEO是Asteralabs公司推出的一款基于CXL2.0协议的内存拓展芯片，属于CXL协议所定义的第三种设备类型。该芯片支持JEDEC DDR4和DDR5标准，同时也符合CXL2.0规范，支持PCIe5.0的速率。该芯片可为CPU及基于CXL协议的设备提供高带宽、低延迟的高速互连解决方案，从而实现CPU与各CXL设备之间的内存共享，在大幅提升系统性能的同时，显著降低软件堆栈复杂性和数据中心总体拥有成本；该MXC芯片专为内存扩展卡、背板及内存模组而设计，可大幅扩展内存容量和带宽，满足高性能计算、人工智能等数据密集型应用日益增长的需求。

本实施例中，CXL信号接口为图1中内存拓展处理芯片内部CXL/PCIE[15:8]和CXL/PCIE[7:0]。

CDFP模块包括第一传输接口集合和第二传输接口集合，CDFP模块通过第一传输接口集合与内存拓展处理芯片的2n个CXL信号接口相连接。

电子设备的设计人员都在寻求更高的速度，其中一个实现方法就是使用新的连接器规格来实现这一点。CDFP模块可以在16条通道上达到每条通道25Gbps的数据速率，从而达到400 Gbps的总数据传输速度。

CDFP属第四代系统，但也是第一个较大尺寸的16x25G = 400G模块和互连系统。CDFP结构使用一个夹层连接器，两个PCB（printed circuit board，印刷电板）和四行边缘插座连接器，在29.71 mm模块版本可提供120个触点。

CDFP 模块针对数据中心内部的客户端接口而设计，可实现极高的端口密度。模块设计紧凑，尤其适用于采用了基于铜、VCSEL（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，垂直腔面发射激光器）或硅光电子技术的低功率应用。预计CDFP模块可应用于长达100米MMF（Multi Mode Fiber，多模光纤）和2公里长度SMF（Single Mode Fiber，单模光纤）的行业标准。例如，CDFP模块可用于一个400Gbps接口，或者十六个速率分别为25Gbps的接口或四个速率分别为100Gbps的接口。

CDFP模块通过第二传输接口集合与至少一个外部主机设备有线连接，第一传输接口集合用于接收来自CXL信号接口传输的CXL报文数据，第二传输接口集合用于将CXL报文数据传输给主机设备。

相关技术使用CXL协议的内存设备只能通过x8金手指连接器对外交互，仅限于单机内互联，并且应用形式只局限于单个主机设备进行访问，无法支持多主机设备访问的场景；本发明针对上述问题进行创新，提供了一种内存拓展板卡，使用内存拓展处理芯片，内存拓展处理芯片包括2n个CXL信号接口，内存拓展板卡搭载有CDFP模块，通过第一传输接口集合接收CXL信号接口传输的CXL报文数据，通过第二传输接口集合将CXL报文数据传输给主机设备，第二传输接口集合与至少一个外部主机设备有线连接，突破了单机内互联的局限性，可与多个主机设备进行交互，有效解决了上述问题。

基于上述设计，本发明给出一种内存拓展板卡的实施方式：内存拓展板卡主要包括内存拓展处理芯片模块、内存模块、I2C模块、时钟模块CLK BUFFER、CPLD模块、CDFP和金手指连接器。其中CDFP模块和金手指连接器负责CXL信号的输入，通过电阻电容的Colay（协同设计）设计，实现输入信号的自由选择，连接器中包括电源、1路CXLx16信号、2路时钟信号、2路I2C信号、2路PERST（复位）以及其他控制信号，所有信号都需要做Colay设计。内存拓展处理芯片有两个DDR5内存控制器，每路内存控制器可连接两路DIMM插槽，共计4路DIMM插槽，由时钟模块CLK BUFFER提供同源时钟和非同源时钟，并根据实际需求进行切换选择实现相应的功能；内存拓展处理芯片通过I2C（Inter-Integrated Circuit，双向二线制同步串行总线）、UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器）、JTAG（Joint Test Action Group，联合测试工作组）等信号完成与主机设备的信息交互和调试任务；CPLD模块将负责整个板卡的电源智能上下电管理工作，在接收到连接器模块的电源输入后，完成板卡上电动作，同时接收主机设备端的I2C、PERST（复位）、PWRST（电源复位）、PWREN（电源使能）、PWRGD（电源上电完成）等控制信号，实现信息获取和控制管理功能。

本实施例中，内存拓展板卡还包括金手指连接器。

金手指连接器包括第三传输接口集合和第四传输接口集合。

金手指连接器通过第三传输接口集合与内存拓展处理芯片的2n个CXL信号接口连接。

金手指连接器通过第四传输接口集合与至少一个主机设备连接，第三传输接口集合用于接收来自CXL信号接口传输的CXL报文数据，第四传输接口集合用于将CXL报文数据传输给主机设备。

内存拓展板卡搭载有金手指连接器，通过金手指连接器，可通过整机内部进行连接的方式进行CXL报文数据的传输：金手指连接器的第三传输接口集合与内存拓展处理芯片的CXL信号接口连接，第四传输接口集合与主机设备连接，将CXL信号接口输出的CXL报文数据传输至主机设备。内存拓展板卡可以通过CDFP模块与外部主机设备交互，还可通过金手指连接器在整机内部与主机设备交互。

本实施例中，金手指连接器为x16金手指连接器。

内存拓展板卡中使用的金手指连接器在常见的x8金手指连接器基础上进行拓展，本发明使用x16金手指连接器，在信号通路方面进行拓展，有效解决内存宽带不足的问题。

本实施例中，内存模块包括一个或多个DDR5插槽。

内存拓展处理芯片还包括2n个DIMM控制器接口，n≥1且为正整数。

内存拓展处理芯片的2n个DIMM控制器接口用于与DDR5插槽连接。

目前的内存拓展板卡，通过芯片的控制器端口对外只能拓展2个DDR5插槽；本发明提供的内存拓展板卡在DIMM控制器接口与DIMM插槽进行拓展，可接入不限于2个DDR5内存条，与原本只能接入2个DDR5内存条的板卡相比，显著提高了内存容量。

本实施例中，内存模块用于数据缓存和数据读写。

内存模块用于为CXL报文数据通信和板卡内模块间的信息交互提供数据缓存和数据读写功能。

本实施例中，内存拓展板卡还包括I2C模块，本实施例中的I2C模块使用但不限于PCA9548芯片。

I2C模块与内存拓展处理芯片连接，I2C模块用于采集与内存拓展处理芯片连接的内存模块的数据信息和温度信息。

I2C模块通过I2C通信协议，获取内存模块的数据传输状态，从而确认数据轮询机制，采集温度数据信息可以根据实际温度调整风扇转速。

本实施例中，所述I2C模块包括I2C信号扩展模块IIC_EXPANDER，所述I2C信号扩展模块IIC_EXPANDER用于扩展额外的连接接口与内存拓展处理芯片连接。

I2C信号扩展模块IIC_EXPANDER用于通用I/O口的扩展，通过I2C扩展成8或16位GPIO。在本方案中用于拓展额外的I/O口来连接内存拓展处理芯片，实现中断、运行状态能信息交互功能。

I2C信号扩展模块IIC_EXPANDER对I2C模块的信号通路进行扩展，使得I2C模块通过I2C信号扩展模块IIC_EXPANDER，可与多个模块之间进行I2C通信，提升了I2C模块的通信数量，有效提升了各个模块之间的通信效率。

本实施例中，内存拓展板卡还包括时钟模块CLK BUFFER。

时钟模块CLK BUFFER与内存拓展处理芯片连接，时钟模块CLK BUFFER用于在CDFP模块通过第二传输接口集合将CXL报文数据传输给主机设备时提供参考时钟信号，还用于在金手指连接器通过第四传输接口集合将CXL报文数据传输给主机设备时提供参考时钟信号。

时钟模块CLK BUFFER在内存拓展处理芯片分别与CDFP模块和金手指连接器之间进行CXL报文数据传输时提供参考时钟信号，保证CXL报文数据在传输时有稳定的时钟信号支持。

本实施例中，所述内存拓展板卡还包括CPLD模块。

所述CPLD模块分别与所述CDFP模块、所述内存拓展处理芯片及所述金手指连接器连接。

所述CPLD模块用于在系统上电时接收CDFP模块和金手指连接器的I2C信号执行上电操作，以及用于将CDFP模块和金手指连接器的复位信号经延迟处理后发送给内存拓展处理芯片，对内存拓展处理芯片进行复位。

在上电时CPLD模块发出上电使能信号，电源芯片接收到使能信号后输出电压。CPLD模块通过I2C模块获取内存拓展处理芯片实时状态（收发状态、运行频率、工作温度等），根据实际情况对LEO发送相应信息进行管理。

CPLD模块负责整个板卡的电源智能上下电管理工作，在接收到连接器模块的电源输入后，完成板卡上电动作，同时接收主机设备的控制信号，实现信息获取和控制管理功能。

本实施例中，内存拓展板卡还包括SPI闪存模块，SPI闪存模块为图1中的SPIFlash。

内存拓展处理芯片与SPI闪存模块连接，SPI 闪存模块用于存储固件程序，固件程序用于执行内存拓展处理芯片与CPLD模块之间CXL报文通信。

SPI闪存模块存储固件程序，固件程序用于执行内存拓展处理芯片与CPLD模块之间CXL报文通信；通过烧录方式，可通过SPI闪存模块烧录固件，为内存拓展处理芯片植入其他固件程序。

本实施例中，内存拓展板卡还包括电压电平转换模块Level Shift。

电压电平转换模块Level Shift连接在CPLD模块与内存拓展处理芯片之间，电压电平转换模块Level Shift用于接收CPLD模块的输入信号，转换CPLD模块的输入信号的第一电压域，生成第二电压域的输入信号，并将第二电压域的输入信号传输至内存拓展处理芯片。

CPLD模块用于管理上下电，电压电平转换模块Level Shift接收CPLD模块的输入信号，转换CPLD模块的输入信号的第一电压域，生成第二电压域的输入信号，并将第二电压域的输入信号传输至内存拓展处理芯片，经过电压域转换后输入内存拓展处理芯片的信号避免内存拓展处理芯片受到过高电压冲击造成损坏。

本实施例中，内存拓展板卡还包括拓展连接器，拓展连接器为图1中的Header接口。

拓展连接器与内存拓展处理芯片连接，拓展连接器用于与外部设备连接后进行交互。

拓展连接器作为扩展接口与内存拓展处理芯片连接，外部设备接入拓展连接器，外部设备与内存拓展处理芯片完成交互。

如图2和图3所示，本实施例中，内存拓展板卡的全高为111.15mm，半长为169.33mm，双宽为39.04mm。

本发明的内存拓展板卡为标准PCIe CEM AIC（PCIE集成电路）形态，可灵活适用于不同场景。

本发明的CXL内存拓展板为标准PCIe CEM AIC形态，尺寸为全高（111.15mm）、半长（169.33mm）、双宽（39.04mm），可灵活适用于不同场景。本方案通过CXL缓存一致性总线实现内存拉远，解决目前存在的内存带宽不足、容量需求大的痛点问题，解决服务器内存容量无法有效扩充，并且存在缓存一致性的问题，以及板卡应用形式单一，无法进行多主机、远距离数据传输、互联的问题。同时板卡的智能上下电及信息交互管理功能，使板卡应用更加灵活定位是实现最大化CXL串行内存扩展的PCIe标卡，满足Intel、AMD等多个平台等通用服务器项目CXL串行内存灵活扩展的需求，满足高性能计算、人工智能等数据密集型应用日益增长的需求。

本实施例中，内存拓展板卡还包括时钟处理模块和差分信号模块，本实施例中的时钟处理模块为图1中的Au5329芯片，差分信号模块为图1中的80MHz LVDS。

时钟模块CLK BUFFER通过时钟处理模块与内存拓展处理芯片连接，时钟处理模块用于接收来自差分信号模块的差分信号后进行分频，还用于对时钟模块CLK BUFFER输出的参考时钟信号进行去抖处理。

差分信号模块作为信号源输入差分信号，时钟处理模块接收差分信号后对该差分信号进行分频，将分频后的信号传输至时钟模块CLK BUFFER，并对时钟模块CLK BUFFER输出的参考时钟信号进行去抖处理，保证参考时钟信号的准确性。

本实施例中，内存拓展板卡还包括第一多路选择器MUX0。

第一多路选择器MUX0包括第一信号选择接口IN0和第二信号选择接口IN1。

CDFP模块通过第一信号选择接口IN0与CXL信号接口连接。

金手指连接器通过第二信号选择接口IN1与CXL信号接口连接。

本实施例中，内存拓展板卡还包括第二多路选择器MUX1。

第二多路选择器MUX1包括第三信号选择接口IN2和第四信号选择接口IN3。

CDFP模块通过第三信号选择接口IN2与CXL信号接口连接。

金手指连接器通过第四信号选择接口IN3与CXL信号接口连接。

本发明提供了内存空间共享方法，该方法应用于内存拓展板卡，所述方法包括：

通过SPI闪存模块修改内存拓展处理芯片的固件程序。

通过修改将所有内存地址同时映射到至少两个主机设备。

在内存地址映射后至少两个主机设备可对内存中的数据进行读取和写入。

通过烧录的方式将修改的固件程序烧录至SPI闪存模块，修改后的内存拓展处理芯片将内存地址同时映射到至少两个主机设备，至少两个主机设备可对内存模块中的数据进行读取和写入。

本实施例中的内存拓展板卡可为单个主机设备及多个主机设备进行内存容量扩展，根据实际使用情况，本发明给出以下实施例。

当需要实现单个主机设备整机内部内存容量扩展时，使用如图4所示的连接方式，将内存扩展板通过金手指连接器插接到主机设备HOST的主板上，此时主机设备HOST通过金手指连接器将需要缓存、读写处理的数据通过CXL链路传输至内存拓展板卡，经由内存拓展处理芯片将数据传输至内存模块，此时缓存的数据等待主机设备HOST的读取或者下一步转发指令。

当需要实现单个主机设备远端内存容量扩展时，使用如图5所示的连接方式，将内存扩展板卡通过金手指连接器固定到主机设备HOST的主板上，此时主机设备HOST通过外部CDFP线缆连接到内存拓展板卡的CDFP模块，将需要缓存、读写处理的数据通过CXL链路传输至内存拓展板卡，经由内存拓展处理芯片将数据传输至内存模块，此时缓存的数据等待主机设备HOST的读取或者下一步转发指令。

本实施例中，提供了一种多个主机设备间的内存拓展方法：

在多个外部主机设备接入金手指连接器时，CPLD模块控制第一多路选择器MUX0的第二信号选择接口IN1导通与第二多路选择器MUX1的第四信号选择接口IN3导通。

内存拓展处理芯片的CXL信号接口输出CXL报文数据。

金手指连接器的第三传输接口集合接收CXL报文数据。

在第一传输接口集合接收CXL报文数据后，CDFP模块的第二传输接口集合将CXL报文数据有线传输至外部主机设备。

与金手指连接器连接的主机设备接收CXL报文数据后，数据依次通过第四传输接口集合、第三传输接口集合、CXL信号接口、DIMM控制器接口传输至内存模块，外部主机设备与内存拓展板卡完成内存拓展。

上述方法对应需要实现多主机设备整机内部内存容量扩展，使用如图6所示的连接方式，将内存扩展板卡通过金手指连接器插接到主机设备的主板上，此时分别将一路主机设备HOST0的CXL x8信号和一路主机设备Host1的CXL x8信号连接至金手指连接器，再分别将2路CXL x8信号连接至内存拓展处理芯片的两路CXL x8输入，然后将需要缓存、读写处理的数据通过CXL链路传输至内存拓展板卡，经由内存拓展处理芯片将数据传输至内存模块，此时缓存的数据等待主机设备的读取或者下一步转发指令。将内存拓展处理芯片的固件程序修改为共享固件，可以将所有内存地址同时映射到两个主机设备，此时2个主机设备就可以共享整个内存空间，都可以对内存中的数据进行读取和写入。将内存拓展处理芯片的固件程序修改为池化固件，可以将所有内存地址分别分配到两个主机设备，可以将不同容量的内存分配到不同的主机设备，此时可实现内存空间的按需分配、灵活取用的功能。

本实施例中，提供的一种多个主机设备间的内存拓展方法还包括：

在多个外部主机设备接入CDFP模块时，CPLD模块控制第一多路选择器MUX0的第一信号选择接口IN0导通与第二多路选择器MUX1的第三信号选择接口IN2导通。

内存拓展处理芯片的CXL信号接口输出CXL报文数据。

CDFP模块的第一传输接口集合接收CXL报文数据。

在第一传输接口集合接收CXL报文数据后，CDFP模块的第二传输接口集合将CXL报文数据有线传输至外部主机设备。

与CDFP模块连接的外部主机设备接收CXL报文数据后，数据通过有线方式，依次通过第二传输接口集合、第一传输接口集合、CXL信号接口、DIMM控制器接口传输至内存模块，外部主机设备与内存拓展板卡完成内存拓展。

上述方法对应需要实现多个主机设备远端内存容量扩展，使用如图7所示的连接方式，将内存扩展板卡通过金手指连接器插接到主机设备的主板上，此时分别将一路主机设备HOST0的CXL x8信号和一路主机设备Host1的CXL x8信号通过CDFP线缆连接至CDFP模块，再分别将2路CXL x8信号连接至内存拓展处理芯片的两路CXL x8输入，然后将需要缓存、读写处理的数据通过CXL链路传输至内存扩展板卡，经由内存拓展处理芯片将数据传输至内存模块，此时缓存的数据等待主机设备的读取或者下一步转发指令。将内存拓展处理芯片的固件程序修改为共享固件，可以将所有内存地址同时映射到两个主机设备，此时2个主机设备就可以共享整个内存空间，都可以对内存中的数据进行读取和写入。将内存拓展处理芯片的固件程序修改为池化固件，可以将所有内存地址分别分配到两个主机设备，可以将不同容量的内存分配到不同的主机设备，此时可实现内存空间的按需分配、灵活取用的功能。

本实施例中，提供的一种多个主机设备间的内存拓展方法还包括：

在多个外部主机设备同时接入CDFP模块和金手指连接器时，CPLD模块控制第一多路选择器MUX0的第二信号选择接口IN1导通与第二多路选择器MUX1的第三信号选择接口IN2导通。

内存拓展处理芯片的CXL信号接口输出CXL报文数据。

金手指连接器的第三传输接口集合接收CXL报文数据。

在第一传输接口集合接收CXL报文数据后，CDFP模块的第二传输接口集合将CXL报文数据有线传输至外部主机设备。

与CDFP模块连接的外部主机设备接收CXL报文数据后，数据通过有线方式，依次通过第二传输接口集合、第一传输接口集合、CXL信号接口、DIMM控制器接口传输至内存模块，外部主机设备与内存拓展板卡完成内存拓展。

与金手指连接器连接的主机设备接收CXL报文数据后，数据依次通过第四传输接口集合、第三传输接口集合、CXL信号接口、DIMM控制器接口传输至内存模块，外部主机设备与内存拓展板卡完成内存拓展。

上述方法对应需要实现多主机设备整机内部和远端内存容量扩展，使用如图8所示的连接方式，将内存扩展板卡通过金手指连接器插接到主机设备的主板上，同时CDFP模块通过CDFP线缆连接至外部主机设备，此时分别将一路主机设备HOST0的CXL x8信号连接至CDFP模块，另一路主机设备Host1的CXL x8信号连接至金手指连接器，再分别将2路CXLx8信号连接至内存拓展处理芯片的两路CXL x8输入，然后将需要缓存、读写处理的数据通过CXL链路传输至内存拓展板卡，经由内存拓展处理芯片将数据传输至内存模块，此时缓存的数据等待主机设备的读取或者下一步转发指令。将内存拓展处理芯片的固件程序修改为共享固件，可以将所有内存地址同时映射到两个主机设备，此时2个主机设备就可以共享整个内存空间，都可以对内存中的数据进行读取和写入。将内存拓展处理芯片的固件程序修改为池化固件，可以将所有内存地址分别分配到两个主机设备，可以将不同容量的内存分配到不同的主机设备，此时可实现内存空间的按需分配、灵活取用的功能。

本实施例中的内存拓展板卡可以实现整机内部金手指连接器互联以及外部CDFP模块互连实现内存拓展功能，有效拓展CXL协议外部传输距离，且集成形式较为灵活。本方案可以实现单个主机设备和多个主机设备模式的切换选择，并且可以实现拓展内存的池化和共享功能，实现内存容量按需分配、共享扩容、灵活选配的功能。本方案单板卡集成CPLD模块，可实现板卡智能上下电管理，根据不同主机设备模式自动切换、适应相应的功能，集成形式较为灵活，并且方便拓展，利于设备之间的外部互连。

本发明所涉及的系统架构清晰，系统互联方案具有极高可行性，并且整系统的应用方式灵活，涉及到板卡加工、PCB设计等技术在行业内也趋于完成，能够很好地支撑本方案的落地应用。

在本说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (18)

1.一种内存拓展板卡，其特征在于，包括内存拓展处理芯片、CDFP模块、金手指连接器和内存模块，其中，所述内存拓展处理芯片与所述内存模块相连接；

所述内存拓展处理芯片包括CXL信号接口；

所述CDFP模块包括第一传输接口集合和第二传输接口集合，所述金手指连接器包括第三传输接口集合和第四传输接口集合；

所述CDFP模块通过所述第一传输接口集合与所述内存拓展处理芯片的CXL信号接口连接，所述金手指连接器通过所述第三传输接口集合与所述内存拓展处理芯片的CXL信号接口连接；

所述CDFP模块通过所述第二传输接口集合与至少一个外部主机设备有线连接，所述第一传输接口集合用于接收来自所述CXL信号接口传输的CXL报文数据，第二传输接口集合用于将所述CXL报文数据传输给所述主机设备；

所述金手指连接器通过所述第四传输接口集合与至少一个主机设备内部连接，所述第三传输接口集合用于接收来自所述CXL信号接口传输的CXL报文数据，第四传输接口集合用于将所述CXL报文数据传输给所述主机设备。

2.根据权利要求1所述的内存拓展板卡，其特征在于，所述金手指连接器为x16金手指连接器。

3.根据权利要求1所述的内存拓展板卡，其特征在于，

所述内存模块包括一个或多个DDR5插槽；

所述内存拓展处理芯片还包括2n个DIMM控制器接口，n≥1且为正整数；

所述内存拓展处理芯片的2n个DIMM控制器接口用于与所述DDR5插槽连接。

4.根据权利要求3所述的内存拓展板卡，其特征在于，

所述内存模块用于数据缓存和数据读写。

5.根据权利要求1所述的内存拓展板卡，其特征在于，

所述内存拓展板卡还包括I2C模块；

所述I2C模块与所述内存拓展处理芯片连接，所述I2C模块用于采集与所述内存拓展处理芯片连接的所述内存模块的数据信息和温度信息。

6.根据权利要求5所述的内存拓展板卡，其特征在于，

所述I2C模块包括I2C信号扩展模块，所述I2C信号扩展模块用于扩展额外的连接接口与所述内存拓展处理芯片连接。

7.根据权利要求1所述的内存拓展板卡，其特征在于，

所述内存拓展板卡还包括时钟模块；

所述时钟模块与所述内存拓展处理芯片连接，所述时钟模块用于在所述CDFP模块通过所述第二传输接口集合将所述CXL报文数据传输给所述主机设备时提供参考时钟信号，还用于在所述金手指连接器通过所述第四传输接口集合将所述CXL报文数据传输给所述主机设备时提供参考时钟信号。

8.根据权利要求1中所述的内存拓展板卡，其特征在于，

所述内存拓展板卡还包括CPLD模块；

所述CPLD模块分别与所述CDFP模块、所述内存拓展处理芯片及所述金手指连接器连接；

所述CPLD模块用于在系统上电时接收所述CDFP模块和所述金手指连接器的I2C信号执行上电操作，以及用于将所述CDFP模块和所述金手指连接器的复位信号经延迟处理后发送给所述内存拓展处理芯片，对所述内存拓展处理芯片进行复位。

9.根据权利要求8所述的内存拓展板卡，其特征在于，

所述内存拓展板卡还包括SPI闪存模块；

所述内存拓展处理芯片与SPI闪存模块连接，所述SPI 闪存模块用于存储固件程序，所述固件程序用于执行所述内存拓展处理芯片与所述CPLD模块之间CXL报文通信。

10.根据权利要求8所述的内存拓展板卡，其特征在于， 所述内存拓展板卡还包括电压电平转换模块；

所述电压电平转换模块连接在所述CPLD模块与所述内存拓展处理芯片之间，所述电压电平转换模块用于接收所述CPLD模块的输入信号，转换CPLD模块的输入信号的第一电压域，生成第二电压域的输入信号，并将第二电压域的输入信号传输至所述内存拓展处理芯片。

11.根据权利要求1所述的内存拓展板卡，其特征在于，所述内存拓展板卡还包括拓展连接器；

所述拓展连接器与所述内存拓展处理芯片连接，所述拓展连接器用于与外部设备连接后进行交互。

12.根据权利要求7所述的内存拓展板卡，其特征在于，所述内存拓展板卡还包括时钟处理模块和差分信号模块；

所述时钟模块通过时钟处理模块与所述内存拓展处理芯片连接，所述时钟处理模块用于接收来自差分信号模块的差分信号后进行分频，还用于对所述时钟模块输出的参考时钟信号进行去抖处理。

13.根据权利要求1所述的内存拓展板卡，其特征在于，

所述内存拓展板卡还包括第一多路选择器；

所述第一多路选择器包括第一信号选择接口和第二信号选择接口；

所述CDFP模块通过所述第一信号选择接口与所述CXL信号接口连接；

所述金手指连接器通过所述第二信号选择接口与所述CXL信号接口连接。

14.根据权利要求1所述的内存拓展板卡，其特征在于，

所述内存拓展板卡还包括第二多路选择器；

所述第二多路选择器包括第三信号选择接口和第四信号选择接口；

所述CDFP模块通过所述第三信号选择接口与所述CXL信号接口连接；

所述金手指连接器通过所述第四信号选择接口与所述CXL信号接口连接。

15.一种多个主机设备间的内存拓展方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-14任一项所述的内存拓展板卡，所述方法包括：

在多个外部主机设备接入CDFP模块时，CPLD模块控制第一多路选择器的第一信号选择接口导通与第二多路选择器的第三信号选择接口导通；

内存拓展处理芯片的CXL信号接口输出CXL报文数据；

所述CDFP模块的第一传输接口集合接收所述CXL报文数据；

在所述第一传输接口集合接收所述CXL报文数据后，所述CDFP模块的第二传输接口集合将所述CXL报文数据有线传输至外部主机设备；

与所述CDFP模块连接的外部主机设备接收所述CXL报文数据后，数据通过有线方式，依次通过所述第二传输接口集合、所述第一传输接口集合、所述CXL信号接口、DIMM控制器接口传输至内存模块，所述外部主机设备与内存拓展板卡完成内存拓展。

16.根据权利要求15所述的内存拓展方法，其特征在于，所述方法还包括：

在多个外部主机设备接入金手指连接器时，CPLD模块控制第一多路选择器的第二信号选择接口导通与第二多路选择器的第四信号选择接口导通；

内存拓展处理芯片的CXL信号接口输出CXL报文数据；

所述金手指连接器的第三传输接口集合接收所述CXL报文数据；

在所述第一传输接口集合接收所述CXL报文数据后，所述CDFP模块的第二传输接口集合将所述CXL报文数据有线传输至外部主机设备；

与所述金手指连接器连接的主机设备接收所述CXL报文数据后，数据依次通过第四传输接口集合、第三传输接口集合、所述CXL信号接口、DIMM控制器接口传输至内存模块，所述外部主机设备与内存拓展板卡完成内存拓展。

17.根据权利要求16所述的内存拓展方法，其特征在于，所述方法还包括：

在多个外部主机设备同时接入CDFP模块和金手指连接器时，CPLD模块控制第一多路选择器的第二信号选择接口导通与第二多路选择器的第三信号选择接口导通；

内存拓展处理芯片的CXL信号接口输出CXL报文数据；

所述金手指连接器的第三传输接口集合接收所述CXL报文数据；

在所述第一传输接口集合接收所述CXL报文数据后，所述CDFP模块的第二传输接口集合将所述CXL报文数据有线传输至外部主机设备；

与所述CDFP模块连接的外部主机设备接收所述CXL报文数据后，数据通过有线方式，依次通过所述第二传输接口集合、所述第一传输接口集合、所述CXL信号接口、DIMM控制器接口传输至内存模块，所述外部主机设备与内存拓展板卡完成内存拓展；

与所述金手指连接器连接的主机设备接收所述CXL报文数据后，数据依次通过所述第四传输接口集合、所述第三传输接口集合、所述CXL信号接口、DIMM控制器接口传输至内存模块，所述外部主机设备与内存拓展板卡完成内存拓展。

18.根据权利要求15所述的内存拓展方法，其特征在于，所述方法还包括：

在主机设备接入CDFP模块或金手指连接器后，通过SPI闪存模块修改内存拓展处理芯片的固件程序；

通过修改将所有内存地址同时映射到至少两个主机设备；

在内存地址映射后至少两个主机设备可对内存模块中的数据进行读取和写入。