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NUMA (Non Uniform Memory Access)

NUMA (Non-Uniform Memory Access) ist eine Methode zur Konfiguration eines Clusters von Mikroprozessoren in einem Multiprozessorsystem, so dass sie sich den Arbeitsspeicher (Memory) lokal teilen können, wodurch die Leistung und die Skalierbarkeit des Systems verbessert wird. NUMA wird in einem symmetrischen Multiprozessorsystem (SMP) verwendet. Ein SMP-System ist ein „eng gekoppeltes“ System, bei dem mehrere unter einem einzigen Betriebssystemarbeitende Prozessoren über einen gemeinsamen Bus oder „Verbindungsweg“ auf den Arbeitsspeicher des jeweils anderen zugreifen. Ein solches System wird auch als „share everything“ (alles geteilt) bezeichnet. Normalerweise besteht eine Einschränkung von SMP darin, dass der gemeinsame Bus oder Datenpfad beim Hinzufügen von Mikroprozessoren überlastet wird und zu einem Leistungsengpass wird. NUMA fügt eine Zwischenebene an Arbeitsspeicher hinzu, der von einigen wenigen Mikroprozessoren gemeinsam genutzt wird, so dass nicht alle Datenzugriffe über den Hauptbus laufen müssen.

NUMA kann als „Cluster in einer Box“ betrachtet werden. Der Cluster besteht in der Regel aus vier Mikroprozessoren (zum Beispiel vier Pentium-Mikroprozessoren), die über einen lokalen Bus (beispielsweise einen Peripheral Component Interconnect-Bus) mit einem gemeinsamen Arbeitsspeicher (dem sogenannten „L3-Cache“) auf einem einzigen Mainboard (man könnte sie auch als Karte bezeichnen) verbunden sind. Diese Einheit kann zu ähnlichen Einheiten hinzugefügt werden, um ein symmetrisches Multiprozessorsystem zu bilden, in dem ein gemeinsamer SMP-Bus alle Cluster miteinander verbindet. Ein solches System enthält typischerweise 16 bis 256 Mikroprozessoren. Für ein Anwendungsprogramm, das in einem SMP-System läuft, sehen alle einzelnen Prozessorarbeitsspeicher wie ein einziger Arbeitsspeicher aus.

Wenn ein Prozessor nach Daten an einer bestimmten Memory-Adresse sucht, sucht er zuerst im L1-Cache auf dem Mikroprozessor selbst, dann auf einem etwas größeren L1- und L2-Cache-Chip in der Nähe und dann auf einer dritten Cache-Ebene, die die NUMA-Konfiguration bereitstellt, bevor er die Daten im „entfernten Arbeitsspeicher“ in der Nähe der anderen Mikroprozessoren sucht. Jedes dieser Cluster wird von NUMA als „Knoten“ im Verbindungsnetzwerk betrachtet. NUMA behält eine hierarchische Ansicht der Daten auf allen Knoten bei.

Die Daten werden auf dem Bus zwischen den Clustern eines NUMA-SMP-Systems mit Hilfe der SCI-Technologie (Scalable Coherent Interface) bewegt. SCI koordiniert die so genannte „Cache-Kohärenz“ oder auch die Konsistenz zwischen den Knoten der verschiedenen Cluster.

SMP- und NUMA-Systeme werden in der Regel für Anwendungen wie Data Mining und Entscheidungsunterstützungssysteme verwendet, bei denen die Verarbeitung auf eine Reihe von Prozessoren aufgeteilt werden kann, die gemeinsam auf einer gemeinsamen Datenbank arbeiten. Sequent, Data General und NCR gehörten zu den Unternehmen, die NUMA-SMP-Systeme herstellten.

Diese Definition wurde zuletzt im März 2020 aktualisiert

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