PCIe P2P DMA全景解读

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• P2P DMA简介

• P2P DMA软硬件支持

• CXL P2P DMA原理差异

• P2P DMA应用场景

• P2P DMA技术挑战

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一、P2P DMA简介

P2P DMA（Peer-to-Peer Direct Memory Access）技术是一种允许连接到PCIe总线上的不同设备之间直接进行数据交换的机制，无需通过CPU和系统内存中转。这一特性极大地提升了数据传输效率，减少了CPU负载，并在特定场景下优化了系统性能。

P2P DMA的概念早在NVMe SSD和RDMA技术发展的初期就已出现。大约在2012年左右，Stephen Bates等人在研究NVMe、RDMA及NVMe over fabrics时发现了对设备间直接DMA的需求。早期实现主要依赖于一些具备可暴露内存区域（即现在的CMB - Controller Memory Buffer）的设备来实验性地支持P2PDMA。

Host与存储设备数据移动优化的技术中，控制器内存缓冲区（Controller Memory Buffer，CMB）是一个重要的概念。

自2014年以来，CMB被纳入到NVMe 1.2标准中，其目的是减少主机和设备之间的数据移动。CMB是控制器内部的一块专用内存，通过PCIe总线访问。当CPU需要访问存储设备的数据时，它可以通过内存读写事务层封装（MRd或MRw）直接访问CMB，而不需要将整个数据块传输到主机内存。

由于主机CPU无法像访问DDR内存那样高效地访问CMB，因此CMB通常被用作PCIe设备之间块数据传输的DMA（直接内存访问）缓冲区。这种方式减少了数据在主机和设备之间来回移动的次数，从而提高了数据传输效率。尽管CMB提供了一种优化数据移动的方法，但它仍然存在一些限制。例如，由于主机CPU访问CMB的效率低于DDR内存，且CMB的大小有限，因此对于需要频繁、大量数据交换的应用场景，CMB可能无法提供最佳的性能。

二、P2P DMA软硬件支持

随着时间的推移，随着硬件技术的进步以及软件栈的支持，如Linux内核从6.2版本开始提供用户空间对P2PDMA的支持，该功能逐渐成熟并应用在更多领域，例如NVIDIA GPUDirect Storage利用P2PDMA实现了GPU与NVMe命名空间之间的直接数据复制。

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