コンテンツ

• 比較表
• UMAの定義
• NUMAの定義
• 結論

マルチプロセッサは、UMA（Uniform Memory Access）、NUMA（Non-uniform Memory Access）、およびCOMA（Cache-only Memory Access）の3つの共有メモリモデルカテゴリに分類できます。モデルは、メモリとハードウェアリソースの分散方法に基づいて区別されます。 UMAモデルでは、物理メモリはプロセッサ間で均等に共有され、各メモリワードのレイテンシも等しく、NUMAはプロセッサがメモリにアクセスするための可変アクセス時間を提供します。

UMAでメモリに使用される帯域幅は、単一のメモリコントローラを使用するため制限されます。 NUMAマシンの登場の主な動機は、複数のメモリコントローラーを使用して、メモリで利用可能な帯域幅を拡張することです。

1. 1. 比較表
   2. 定義
   3. 主な違い
   4. 結論

比較表

比較の根拠	UMA	NUMA
ベーシック	単一のメモリコントローラーを使用する	マルチメモリコントローラー
使用するバスの種類	シングル、マルチ、クロスバー。	ツリーと階層
メモリアクセス時間	等しい	マイクロプロセッサの距離に応じて変化します。
に適し	汎用およびタイムシェアリングアプリケーション	リアルタイムおよびタイムクリティカルなアプリケーション
速度	もっとゆっくり	もっと早く
帯域幅	限定	UMA以上。

UMAの定義

UMA（Uniform Memory Access） システムは、マルチプロセッサ用の共有メモリアーキテクチャです。このモデルでは、単一のメモリが使用され、相互接続ネットワークの助けを借りてマルチプロセッサシステムに存在するすべてのプロセッサがアクセスします。各プロセッサのメモリアクセス時間（レイテンシ）とアクセス速度は同じです。単一バス、複数バス、またはクロスバースイッチのいずれかを使用できます。バランスのとれた共有メモリアクセスを提供するため、別名 SMP（対称マルチプロセッサー） システム。

SMPの典型的な設計は、各プロセッサが最初にキャッシュに接続され、次にキャッシュがバスにリンクされる場合に示されています。最後に、バスがメモリに接続されます。このUMAアーキテクチャは、個別の分離キャッシュから直接命令をフェッチすることにより、バスの競合を減らします。また、各プロセッサへの読み取りと書き込みの確率が等しくなります。 UMAモデルの典型的な例は、Sun Starfireサーバー、Compaq alphaサーバー、HP vシリーズです。

NUMAの定義

NUMA（非均一メモリアクセス） また、各プロセッサが専用メモリに接続されたマルチプロセッサモデルです。ただし、メモリのこれらの小さな部分が組み合わされて、単一のアドレス空間が作成されます。ここで熟考する主なポイントは、UMAとは異なり、メモリのアクセス時間は、プロセッサが配置されている距離に依存するため、メモリアクセス時間が変化することを意味します。物理アドレスを使用して、任意のメモリ位置にアクセスできます。

前述のように、NUMAアーキテクチャは、メモリで利用可能な帯域幅を増やすことを目的としており、複数のメモリコントローラを使用します。多数のマシンコアを組み合わせて「ノード」各コアにはメモリコントローラーがあります。 NUMAマシンのローカルメモリにアクセスするために、コアはノードによってメモリコントローラーによって管理されるメモリを取得します。他のメモリコントローラによって処理されるリモートメモリにアクセスする間、コアは相互接続リンクを介してメモリリクエストを送信します。

NUMAアーキテクチャは、ツリーおよび階層バスネットワークを使用して、メモリブロックとプロセッサを相互接続します。 BBN、TC-2000、SGI Origin 3000、Crayは、NUMAアーキテクチャの例の一部です。

1. UMA（共有メモリ）モデルは、1つまたは2つのメモリコントローラを使用します。反対に、NUMAはメモリにアクセスするために複数のメモリコントローラーを持つことができます。
2. UMAアーキテクチャでは、シングル、マルチ、およびクロスバーバスが使用されます。逆に、NUMAは階層的なツリータイプのバスとネットワーク接続を使用します。
3. UMAでは、各プロセッサのメモリアクセス時間は同じですが、NUMAでは、プロセッサからのメモリの距離が変わるとメモリアクセス時間が変わります。
4. UMAマシンには、汎用およびタイムシェアリングアプリケーションが適しています。対照的に、NUMAの適切なアプリケーションは、リアルタイムでタイムクリティカルなものです。
5. UMAベースの並列システムは、NUMAシステムよりも動作が遅くなります。
6. UMAの帯域幅に関しては、帯域幅を制限してください。それどころか、NUMAの帯域幅はUMAよりも大きくなっています。

結論

UMAアーキテクチャは、メモリにアクセスするプロセッサに同じ全体的なレイテンシを提供します。待ち時間が均一になるため、ローカルメモリにアクセスする場合、これはあまり役に立ちません。一方、NUMAでは、各プロセッサに専用メモリがあり、ローカルメモリにアクセスする際の待ち時間がなくなりました。レイテンシーは、プロセッサとメモリ間の距離が変化すると変化します（つまり、不均一です）。ただし、UMAアーキテクチャと比較して、NUMAのパフォーマンスは向上しています。