ความแตกต่างระหว่าง UMA และ NUMA

2019

ตัวประมวลผลหลายตัวสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภทโมเดลหน่วยความจำที่แชร์ ได้แก่ UMA (การเข้าถึงหน่วยความจำแบบเดียวกัน), NUMA (การเข้าถึงหน่วยความจำแบบไม่สม่ำเสมอ) และ COMA (การเข้าถึงหน่วยความจำแบบแคชเท่านั้น) โมเดลมีความแตกต่างตามการกระจายหน่วยความจำและทรัพยากรฮาร์ดแวร์ ในโมเดล UMA หน่วยความจำกายภาพจะใช้ร่วมกันอย่างเท่าเทียมกันในโปรเซสเซอร์ซึ่งมีความหน่วงแฝงเท่ากันสำหรับทุกคำของหน่วยความจำในขณะที่ NUMA ให้เวลาในการเข้าถึงตัวแปรสำหรับโปรเซสเซอร์เพื่อเข้าถึงหน่วยความจำ

แบนด์วิดท์ที่ใช้ใน UMA ไปยังหน่วยความจำถูก จำกัด เนื่องจากใช้คอนโทรลเลอร์หน่วยความจำเดี่ยว แรงจูงใจหลักของการถือกำเนิดของเครื่อง NUMA คือการเพิ่มแบนด์วิดท์ที่มีให้กับหน่วยความจำโดยใช้ตัวควบคุมหน่วยความจำหลายตัว

แผนภูมิเปรียบเทียบ

พื้นฐานสำหรับการเปรียบเทียบ	UMA	NUMA
ขั้นพื้นฐาน	ใช้คอนโทรลเลอร์หน่วยความจำเดียว	หน่วยความจำหลายตัว
ประเภทรถประจำทางที่ใช้	เดี่ยวหลายและคาน	ต้นไม้และลำดับชั้น
เวลาในการเข้าถึงหน่วยความจำ	เท่ากัน	เปลี่ยนไปตามระยะทางของไมโครโปรเซสเซอร์
เหมาะสำหรับ	แอปพลิเคชั่นวัตถุประสงค์และการแบ่งปันเวลาทั่วไป	แอปพลิเคชันตามเวลาจริงและตามเวลาที่สำคัญ
ความเร็ว	ช้าลง	ได้เร็วขึ้น
แบนด์วิดธ์	ถูก จำกัด	มากกว่า UMA

คำจำกัดความของ UMA

ระบบ UMA (Uniform Memory Access) เป็นสถาปัตยกรรมหน่วยความจำที่ใช้ร่วมกันสำหรับมัลติโปรเซสเซอร์ ในรุ่นนี้มีการใช้หน่วยความจำเดียวและเข้าถึงได้โดยโปรเซสเซอร์ทั้งหมดนำเสนอระบบมัลติโปรเซสเซอร์ด้วยความช่วยเหลือของเครือข่ายเชื่อมต่อโครงข่าย โปรเซสเซอร์แต่ละตัวมีเวลาเข้าถึงหน่วยความจำเท่ากัน (เวลาแฝง) และความเร็วในการเข้าถึง มันสามารถใช้งานได้ทั้งบัสเดี่ยวบัสหลายบัสหรือสวิตช์คาน เนื่องจากมีการเข้าถึงหน่วยความจำที่แบ่งใช้แบบสมดุลจึงเป็นที่รู้จักกันว่าระบบ SMP (Symmetric multiprocessor)

การออกแบบทั่วไปของ SMP แสดงไว้ด้านบนซึ่งแต่ละโปรเซสเซอร์เชื่อมต่อกับแคชเป็นครั้งแรกจากนั้นแคชจะเชื่อมโยงกับบัส ในที่สุดรถบัสเชื่อมต่อกับหน่วยความจำ สถาปัตยกรรม UMA นี้ลดการแย่งชิงสำหรับบัสผ่านการดึงคำแนะนำโดยตรงจากแคชแยกแต่ละตัว นอกจากนี้ยังมีความน่าจะเป็นที่เท่าเทียมกันสำหรับการอ่านและการเขียนตัวประมวลผลแต่ละตัว ตัวอย่างทั่วไปของโมเดล UMA ได้แก่ เซิร์ฟเวอร์ Sun Starfire, เซิร์ฟเวอร์ Compaq alpha และ HP v series

คำจำกัดความของ NUMA

NUMA (การเข้าถึงหน่วยความจำไม่สม่ำเสมอ) ยังเป็นรุ่นมัลติโปรเซสเซอร์ซึ่งโปรเซสเซอร์แต่ละตัวเชื่อมต่อกับหน่วยความจำเฉพาะ อย่างไรก็ตามส่วนเล็ก ๆ ของหน่วยความจำเหล่านี้รวมกันเพื่อให้พื้นที่ที่อยู่เดียว จุดหลักที่ต้องไตร่ตรองที่นี่คือไม่เหมือนกับ UMA เวลาเข้าถึงหน่วยความจำขึ้นอยู่กับระยะทางที่วางตัวประมวลผลซึ่งหมายถึงเวลาในการเข้าถึงหน่วยความจำที่แตกต่างกัน จะช่วยให้การเข้าถึงตำแหน่งหน่วยความจำใด ๆ โดยใช้ที่อยู่ทางกายภาพ

ตามที่กล่าวไว้ข้างต้นสถาปัตยกรรม NUMA มีวัตถุประสงค์เพื่อเพิ่มแบนด์วิดท์ที่มีให้กับหน่วยความจำและใช้หน่วยความจำหลายตัว มันรวมแกนเครื่องมากมายเป็น " โหนด " ที่แต่ละคอร์มีตัวควบคุมหน่วยความจำ ในการเข้าถึงหน่วยความจำภายในเครื่อง NUMA แกนจะดึงหน่วยความจำที่จัดการโดยตัวควบคุมหน่วยความจำโดยโหนด ในขณะที่เข้าถึงหน่วยความจำระยะไกลซึ่งจัดการโดยคอนโทรลเลอร์หน่วยความจำอื่นแกนจะส่งการร้องขอหน่วยความจำผ่านลิงค์เชื่อมต่อโครงข่าย

สถาปัตยกรรม NUMA ใช้โครงสร้างแผนผังเครือข่ายบัสและลำดับชั้นเพื่อเชื่อมต่อบล็อกหน่วยความจำและโปรเซสเซอร์ BBN, TC-2000, SGI Origin 3000, Cray เป็นตัวอย่างบางส่วนของสถาปัตยกรรม NUMA

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่าง UMA และ NUMA

ข้อสรุป

สถาปัตยกรรม UMA ให้เวลาแฝงโดยรวมเท่ากันกับโปรเซสเซอร์ที่เข้าถึงหน่วยความจำ สิ่งนี้ไม่มีประโยชน์มากเมื่อเข้าถึงหน่วยความจำภายในเนื่องจากเวลาแฝงจะเหมือนกัน ในอีกทางหนึ่ง NUMA แต่ละหน่วยประมวลผลมีหน่วยความจำเฉพาะซึ่งจะช่วยลดเวลาแฝงเมื่อเข้าถึงหน่วยความจำภายใน เวลาแฝงจะเปลี่ยนไปตามระยะห่างระหว่างโปรเซสเซอร์และการเปลี่ยนแปลงหน่วยความจำ (เช่นแบบไม่สม่ำเสมอ) อย่างไรก็ตาม NUMA ได้ปรับปรุงประสิทธิภาพเมื่อเทียบกับสถาปัตยกรรม UMA