Διαφορά μεταξύ UMA και NUMA

• 2019

Οι πολυεπεξεργαστές μπορούν να χωριστούν σε τρεις κατηγορίες μοντέλων κοινής μνήμης - UMA (Uniform Memory Access), NUMA (Μη ομοιόμορφη πρόσβαση σε μνήμη) και COMA (Πρόσβαση μνήμης μνήμης μόνο). Τα μοντέλα διαφοροποιούνται ανάλογα με τον τρόπο κατανομής των πόρων μνήμης και υλικού. Στο μοντέλο UMA, η φυσική μνήμη κατανέμεται ομοιόμορφα μεταξύ των επεξεργαστών οι οποίοι έχουν επίσης ίση καθυστέρηση για κάθε λέξη μνήμης ενώ το NUMA παρέχει μεταβλητό χρόνο πρόσβασης για τους επεξεργαστές για πρόσβαση στη μνήμη.

Το εύρος ζώνης που χρησιμοποιείται στο UMA στη μνήμη είναι περιορισμένο καθώς χρησιμοποιεί ελεγκτή μνήμης μίας μνήμης. Το κύριο κίνητρο της εμφάνισης των μηχανών NUMA είναι να βελτιώσουν το διαθέσιμο εύρος ζώνης στη μνήμη χρησιμοποιώντας πολλούς ελεγκτές μνήμης.

Συγκριτικό διάγραμμα

Βάση σύγκρισης	UMA	NUMA
Βασικός	Χρησιμοποιεί έναν ελεγκτή μνήμης	Έλεγχος πολλαπλών μνημών
Τύπος λεωφορείων που χρησιμοποιούνται	Ενιαία, πολλαπλή και εγκάρσια γραμμή.	Δέντρο και ιεραρχική
Χρόνος πρόσβασης μνήμης	Ισος	Αλλαγές ανάλογα με την απόσταση του μικροεπεξεργαστή.
Κατάλληλο για	Εφαρμογές γενικού σκοπού και κατανομής χρόνου	Εφαρμογές κρίσιμου και κρίσιμου χρόνου
Ταχύτητα	Βραδύτερη	Γρηγορότερα
εύρος ζώνης	Περιωρισμένος	Περισσότερο από UMA.

Ορισμός του UMA

Το σύστημα UMA (Uniform Memory Access) είναι μια αρχιτεκτονική κοινής μνήμης για τους πολυεπεξεργαστές. Σε αυτό το μοντέλο, χρησιμοποιείται μία και μοναδική μνήμη από όλους τους επεξεργαστές που διαθέτουν το σύστημα πολλαπλών επεξεργαστών με τη βοήθεια του δικτύου διασύνδεσης. Κάθε επεξεργαστής έχει ίση πρόσβαση στο χρόνο (λανθάνουσα κατάσταση) και ταχύτητα πρόσβασης. Μπορεί να χρησιμοποιήσει είτε τον αυτόματο διαύλου, τον πολλαπλό διακόπτη διαύλου ή τη διασταύρωση. Καθώς παρέχει ισορροπημένη πρόσβαση σε κοινόχρηστη μνήμη, είναι επίσης γνωστή ως συστήματα SMP (Συστηματικά πολυεπεξεργαστή) .

Ο τυπικός σχεδιασμός του SMP εμφανίζεται παραπάνω, όπου κάθε επεξεργαστής συνδέεται πρώτα με την κρυφή μνήμη και στη συνέχεια η κρυφή μνήμη συνδέεται με το δίαυλο. Επιτέλους ο δίαυλος συνδέεται στη μνήμη. Αυτή η αρχιτεκτονική UMA μειώνει τη διαμάχη για το λεωφορείο μέσω της ανάκτησης των οδηγιών απευθείας από την μεμονωμένη απομονωμένη μνήμη cache. Παρέχει επίσης την ίδια πιθανότητα ανάγνωσης και εγγραφής σε κάθε επεξεργαστή. Τα τυπικά παραδείγματα του μοντέλου UMA είναι οι διακομιστές Sun Starfire, ο διακομιστής Compaq alpha και η σειρά HP v.

Ορισμός NUMA

Το NUMA (Μη Ομοιόμορφη Πρόσβαση Μνήμης) είναι επίσης ένα μοντέλο πολλαπλών επεξεργαστών στον οποίο κάθε επεξεργαστής συνδέεται με την αποκλειστική μνήμη. Ωστόσο, αυτά τα μικρά μέρη της μνήμης συνδυάζονται για να δημιουργήσουν ένα ενιαίο χώρο διεύθυνσης. Το βασικό σημείο που πρέπει να αναλογιστούμε είναι ότι σε αντίθεση με την UMA, ο χρόνος πρόσβασης στη μνήμη εξαρτάται από την απόσταση στην οποία βρίσκεται ο επεξεργαστής, πράγμα που σημαίνει διαφορετικό χρόνο πρόσβασης στη μνήμη. Επιτρέπει την πρόσβαση σε οποιαδήποτε από τις θέσεις μνήμης χρησιμοποιώντας τη φυσική διεύθυνση.

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η αρχιτεκτονική NUMA προορίζεται να αυξήσει το διαθέσιμο εύρος ζώνης στη μνήμη και για το οποίο χρησιμοποιεί πολλούς ελεγκτές μνήμης. Συνδυάζει πολλούς πυρήνες μηχανών σε " κόμβους " όπου κάθε πυρήνας έχει έναν ελεγκτή μνήμης. Για να αποκτήσετε πρόσβαση στην τοπική μνήμη σε μια μηχανή NUMA, ο πυρήνας ανακτά τη μνήμη που διαχειρίζεται ο ελεγκτής μνήμης από τον κόμβο του. Ενώ για την πρόσβαση στην απομακρυσμένη μνήμη που χειρίζεται ο άλλος ελεγκτής μνήμης, ο πυρήνας στέλνει το αίτημα μνήμης μέσω των συνδέσμων διασύνδεσης.

Το αρχιτεκτονικό σύστημα NUMA χρησιμοποιεί τα δίκτυα δέντρων και ιεραρχικών διαύλων για τη διασύνδεση των μπλοκ μνήμης και των επεξεργαστών. BBN, TC-2000, SGI Origin 3000, Cray είναι τα μερικά παραδείγματα της αρχιτεκτονικής NUMA.

Βασικές διαφορές μεταξύ UMA και NUMA

1. Το μοντέλο UMA (κοινόχρηστη μνήμη) χρησιμοποιεί έναν ή δύο ελεγκτές μνήμης. Αντιθέτως, το NUMA μπορεί να έχει πολλούς ελεγκτές μνήμης για πρόσβαση στη μνήμη.
2. Στην αρχιτεκτονική UMA χρησιμοποιούνται μονόπλοιοι, πολλαπλοί και crossbar bus. Αντίστροφα, το NUMA χρησιμοποιεί ιεραρχικούς τύπους λεωφορείων και σύνδεση δικτύου.
3. Στην UMA, ο χρόνος πρόσβασης στη μνήμη για κάθε επεξεργαστή είναι ο ίδιος, ενώ σε NUMA η ώρα πρόσβασης στη μνήμη αλλάζει καθώς η απόσταση της μνήμης από τον επεξεργαστή αλλάζει.
4. Οι εφαρμογές γενικού σκοπού και κατανομής χρόνου είναι κατάλληλες για τις μηχανές UMA. Αντίθετα, η κατάλληλη εφαρμογή για το NUMA είναι κεντρική σε πραγματικό χρόνο και κρίσιμη χρονική στιγμή.
5. Τα παράλληλα συστήματα που βασίζονται σε UMA λειτουργούν πιο αργά από τα συστήματα NUMA.
6. Όταν πρόκειται για το εύρος ζώνης UMA, έχετε περιορισμένο εύρος ζώνης. Αντίθετα, το NUMA έχει μεγαλύτερο εύρος ζώνης από το UMA.

συμπέρασμα

Η αρχιτεκτονική UMA παρέχει την ίδια συνολική καθυστέρηση στους επεξεργαστές που έχουν πρόσβαση στη μνήμη. Αυτό δεν είναι πολύ χρήσιμο όταν γίνεται πρόσβαση στην τοπική μνήμη επειδή η καθυστέρηση θα ήταν ομοιόμορφη. Από την άλλη πλευρά, σε NUMA κάθε επεξεργαστής είχε την αποκλειστική μνήμη του, η οποία εξαλείφει την καθυστέρηση κατά την πρόσβαση στην τοπική μνήμη. Η καθυστέρηση αλλάζει καθώς η απόσταση μεταξύ του επεξεργαστή και της μνήμης αλλάζει (δηλ. Μη ομοιόμορφη). Ωστόσο, το NUMA βελτίωσε την απόδοση σε σύγκριση με την αρχιτεκτονική UMA.