Гибридная архитектура (NUMA). Организация когерентности многоуровневой иерархической памяти

Главная особенность гибридной архитектуры NUMA (nonuniform memory access) — неоднородный доступ к памяти.

Гибридная архитектура воплощает в себе удобства систем с общей памятью и относительную дешевизну систем с раздельной памятью. Суть этой архитектуры — в методе организации памяти, а именно: память является физически распределенной по различным частям системы, но логически разделяемой, так что пользователь видит единое адресное пространство. Система состоит из однородных базовых модулей (плат), состоящих из небольшого числа процессоров и блока памяти. Модули объединены с помощью высокоскоростного коммутатора. Поддерживается единое адресное пространство, аппаратно поддерживается доступ к удаленной памяти, т. е. к памяти других модулей. При этом доступ к локальной памяти осуществляется в несколько раз быстрее, чем к удаленной. По существу архитектура NUMA является МРР (массивно-параллельной) архитектурой, где в качестве отдельных вычислительных элементов берутся SMP-узлы.

Пример структурной схемы компьютера с гибридной сетью: четыре процессора связываются между собой с помощью кроссбара в рамках одного SMP- узла. Узлы связаны сетью типа «бабочка» (Butterfly). Впервыеидею гибридной архитектуры предложил и воплотил в системах серии Exemplar Стив Воллох. Вариант Воллоха — система, состоящая из восьми SMP-узлов. Фирма HP купила идею и реализовала на суперкомпьютерах серии SPP. Идею подхватил Сеймур Крей (Seymour R. Cray), добавил новый элемент и воплотил в системах серии Exemplar — когерентный кэш, создав так называемую архитектуру cc-NUMA (Cache Coherent Non-Uniform Memory Access), которая расшифровывается как «неоднородный доступ к памяти с обеспечением когерентности кэшей».

Известны также гибридные структуры с коммутатором. Здесь каждый процессор работает со своей памятью, но модули устройств памяти связаны друг с другом с помощью коммутатора.

Наиболее известными системами архитектуры cc-NUMA являются: HP 9000 V- class в SCA-конфигурациях, SGI Origin3000, Sun HPC 15000, IBM/Sequent NUMA-Q 2000. На настоящий момент максимальное число процессоров в cc-NUMA-системах может превышать 1000 (серия Origin3000). Обычно вся система работает под управлением единой ОС, как в SMP. Возможны также варианты динамического «расслоения» системы, когда отдельные «разделы» системы работают под управлением разных ОС. При работе с NUMA-системами, также как с SMP, используется парадигма программирования с общей памятью.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: