Мультипроцессор Sequent NUMA-Q

Особенностью этой системы является то, что в ней реализован масштабируемый когерентный интерфейс (Scalable Coherent Interface — SCI) со стандартным протоколом когерентности кэширования, который используется в ряде других компьютерных систем CC-NUMA.

Состав и структура мультипроцессора. Основой системы служит процессорный блок, содержащий (рис. 18.11,а):

• • 4 процессорных элемента ПЭ, в качестве которых используются процессоры Pentium Pro. Каждый процессор содержит два уровня кэш-памяти. Размер строки кэш-памяти равен 64 байтам. Непротиворечивость кэшей поддерживается путем отслеживания локальной шины;
• • модуль памяти МП емкостью до 4 Гбайт;
• • сетевой контроллер, поддерживающий протокол MESI. В его состав входят:

¦ кэш-память емкостью 32 Мбайт;

¦ каталог, который следит за тем, что находится в кэш-памяти;

¦ интерфейс с локальной шиной;

¦ информационное ядро (ИЯ) для соединения двух процессорных блоков. Оно передает данные от входа к выходу, оставляя те данные, которые предназначены для своего процессорного блока.

Конструктивно процессорный блок состоит из стандартной платы quad board (с ПЭ и МП) и платы сетевого контроллера IQ-Link. Для объединения процессорных блоков в систему плата quad board имеет гнездо, предназначенное для установки контроллеров сети. Все платы 1Q-Link микроконтроллера с помощью ИЯ соединяются друг с другом, образуя кольцевую структуру (рис. 18.11, б).

В рассматриваемом микроконтроллере реализуется два уровня протокола когерентности кэширования с использованием протокола MES1:

• поддержка непротиворечивости кэшей всех плат IQ-Link в кольце;

Рис. 18.11. Мультипроцессор NUMA-Q.

• сохранение непротиворечивости в каждом процессорном блоке между кэшами четырьмя ПЭ и кэш-памятью на 32 Мбайт сетевого контроллера.

Кольцо, соединяющее платы IQ-Link, можно представить как отдельные двухточечные кабели. Ширина кабеля составляет 18 бит: 1 бит синхронизации, 1 флаговый бит и 16 бит данных. Все биты передаются параллельно. Каналы синхронизируются с тактовой частотой 500 МГц, при этом скорость передачи данных составляет 1 Гбайт/с. По каналам передаются пакеты. Каждый пакет содержит заголовок из 14 байт; 0, 16, 64 или 256 байт данных и контрольную сумму на 2 байта. Трафик состоит из запросов и ответов.

Каждая плата quad board содержит 226 строк кэш-памяти по 64 байта. Неиспользуемая строка всегда находится в собственной памяти. Так как строки могут находиться в разных кэшах, для каждого процессорного блока существует таблица локальной памяти из 226 элементов, по которой можно находить местоположение строк. Для этого все копии строки кэш-памяти собираются в дважды связанный список. Элемент в таблице локальной памяти исходного процессорного блока показывает, в каком процессорном блоке содержится головная часть списка. В машине NUMA-Q 2000 используется 6-битный номер, поскольку в ней может быть максимум 63 узла. Для системы SCI максимального размера достаточно будет 16-битного номера. Такая схема подходит для больших систем гораздо лучше, чем битовое отображение. Именно это свойство делает SCI более расширяемой по сравнению с системой DASH.

Поскольку размер кэш-памяти составляет 32 Мбайт (225), а строка кэш-памяти включает 64 байта (26), каждая плата 1Q-Link может содержать до 219 строк кэш-памяти. Поэтому каждый каталог также содержит 219 элементов, по одному элементу на каждую строку кэш-памяти.

Протокол SCI имеет три варианта сложности. Протокол минимальной степени сложности разрешает иметь только одну копию каждой строки в кэш-памяти. В соответствии с протоколом средней степени сложности каждая строка может кэшироваться в неограниченном количестве узлов. Полный протокол включает различные особенности для увеличения производительности. В системе NUMA-Q используется протокол средней степени сложности.