ما هو NUMA؟

إذا لم يكن المال يمثل مشكلة ، فيمكنك شراء جميع أجزاء الكمبيوتر الشخصي الأكثر تكلفة وبناء جهاز كمبيوتر قوي للتحقق من بريدك الإلكتروني والتمرير عبر وسائل التواصل الاجتماعي. بالطبع ، هذه ليست الطريقة التي يشتري بها معظم الناس الأشياء ؛ إنها ليست حتى كيفية شراء الأثرياء للأشياء ، لأنها ليست طريقة ممتازة للبقاء ثريًا . بدلاً من ذلك ، ينظر معظم الأشخاص إلى ما يريدون فعله بجهاز كمبيوتر ثم يجدون جهاز كمبيوتر يحتوي على أجهزة مناسبة.

في السوق المحلية ، هناك قدر مناسب من الخيارات ، ولكن بمجرد وصولك إلى محطة العمل وسوق الخوادم ، هناك بعض الخيارات الأكثر قوة للحصول على المزيد من المال. على سبيل المثال ، يدعم أفضل جهاز كمبيوتر يمكنك إنشاؤه في المنزل 16 مركزًا ( أو 24 إذا كنت تحسب نوى كفاءة Intel ). يمكنك أيضًا الحصول على وحدة معالجة رسومات قوية. من الناحية الفنية ، يمكنك الحصول على العديد من وحدات معالجة الرسومات القوية ، ولكن لا يمكنك استخدامها معًا لأن SLI / NVLINK ميت بشكل أساسي.

في سوق الخوادم ومحطات العمل ، يمكنك الحصول على عدد أكبر بكثير من النوى في وحدة المعالجة المركزية ، حتى 96 في مجموعة EPYC من AMD. يمكنك أيضًا الحصول على وحدات معالجة الرسومات مع وصلات أكثر قدرة والمزيد من VRAM. ومع ذلك ، فإن نوى وحدة المعالجة المركزية هي المكان الذي تذهب إليه أموال طائلة ، خاصة في عوالم HPC ( الحوسبة عالية الأداء ) و Hyperscaler و Supercomputing. لذا ، ماذا تفعل إذا كنت بحاجة إلى أكثر من 96 مركزًا في كمبيوتر واحد؟ أضف المزيد من وحدات المعالجة المركزية ، بشكل واضح.

اللوحات الأم متعددة المقابس

بالطبع ، لا يمكنك فقط وضع وحدة معالجة مركزية ثانية على أي لوحة أم قديمة ؛ لن يكون هناك مكان تذهب إليه. أنت بحاجة إلى أجهزة محددة. تدعم AMD القدرة على وضع اثنين من وحدات المعالجة المركزية لخادم EPYC على نفس اللوحة الأم. يوفر ما مجموعه 192 مركزًا أو 384 مؤشرًا. وصلت أحدث وحدات المعالجة المركزية للخوادم من Intel إلى 40 مركزًا ، على الرغم من أن الجيل السابق تميز بنموذج من 56 نواة. ومع ذلك ، تدعم Intel ما يصل إلى 8 وحدات معالجة مركزية على لوحة أم واحدة. هذا هو 320 أو 448 نواة و 640 أو 896 خيطًا. في حين أن هذا مبالغ فيه للتحقق من Instagram ، يمكن لبعض أحمال العمل استخدام كل هذه القدرة الحصانية.

المشكلة تأتي من الذاكرة. أربعة أشياء بشكل عام تحد من وحدات المعالجة المركزية. الأول هو قلة الأشياء التي يجب القيام بها ؛ في بعض الأحيان ، لا يتم تحميل وحدة المعالجة المركزية. بعد ذلك ، لديك طاقة ، هناك الكثير من الطاقة التي يمكنك استخلاصها قبل أن تبدأ في إتلاف وحدة المعالجة المركزية ، ويتم وضع حدود لضمان عدم تعرض وحدة المعالجة المركزية لخطر الانهيار عندما تكون تحت الحمل الكامل. لديك أيضًا ضغط درجة الحرارة المرتبط ارتباطًا وثيقًا ، وكلما زادت الطاقة التي تستخدمها ، زادت الحرارة التي تولدها وتضطر إلى تبديدها ؛ السخونة الزائدة سيئة بقدر القوة الزائدة حيث تبدأ الأشياء في الذوبان. القيد الآخر هو الوصول إلى الذاكرة.

تحتاج وحدة المعالجة المركزية عادةً إلى الكثير من البيانات لأداء الكثير من المعالجة. يتم تخزين كل ذلك في ذاكرة الوصول العشوائي. لسوء الحظ ، تعد ذاكرة الوصول العشوائي بطيئة جدًا مقارنة بوحدة المعالجة المركزية. هذا يمكن أن يتركه خاملاً "للأعمار" قبل أن يحصل على البيانات التي يحتاجها للعمل. تساعد ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية كثيرًا ، لكنها صغيرة جدًا ولا يمكنها تغطية كل شيء ، ويجب الوصول إلى الذاكرة الرئيسية.

اختفاء الذاكرة

لتقليل تأثير ذاكرة الوصول العشوائي البطيئة ، يتم وضعها فعليًا بالقرب من وحدة المعالجة المركزية قدر الإمكان. هذا هو سبب وجود ذاكرة الوصول العشوائي دائمًا بجوار مقبس وحدة المعالجة المركزية على اللوحة الأم مباشرةً. ولكن ماذا يحدث إذا كان لديك العديد من وحدات المعالجة المركزية على لوحة أم واحدة؟ ثم هناك وقت وصول مختلف لوحدة المعالجة المركزية للوصول إلى ذاكرتها مقارنة بالذاكرة المجاورة لأخرى. قد تقول "أوه لا" ، "بعض الذاكرة أبطأ قليلاً." لكن هذه مشكلة فعلية يمكن أن يكون لها تأثير عميق بشكل مدهش على الأداء. يسمى هذا المفهوم الوصول إلى الذاكرة غير المنتظم ، أو NUMA.

تتضمن NUMA توفير آلية لنظام التشغيل لفهم أنه بينما يمكنه الوصول إلى كل الذاكرة ، فإن بعض الأجزاء مفضلة لأشياء معينة على أخرى. حيثما أمكن ، يقوم نظام التشغيل بتخزين البيانات للمهام التي تعمل على CPU1 في ذاكرة الوصول العشوائي مباشرة بجوار CPU1. وبالمثل ، يتم تخزين البيانات اللازمة لمهمة تعمل على CPU2 في ذاكرة الوصول العشوائي مباشرة بجوار CPU2. بالطبع ، مع وجود سعة ذاكرة وصول عشوائي محدودة ومجموعات بيانات ضخمة ، فإن البقاء ضمن هذه الحدود ليس ممكنًا دائمًا. ومع ذلك ، يتم بذل أفضل الجهود ويكون لها تأثير كبير على الأداء.

الوصول إلى الذاكرة عبر قناة واحدة هو أيضًا تسلسلي. هذا يعني أنه عندما تحاول وحدتا CPU مختلفتان الوصول إلى البيانات على نفس القناة ، إحداهما متصلة مباشرةً بوحدة DIMM والأخرى قفزة NUMA بعيدًا ، فإن الطلب الثاني لا يجب أن ينتظر فقط ، خاملاً ، لطلبه ولكن أيضًا لطلب الآخر المعالج. على هذا النحو ، حيثما كان ذلك ممكنًا ، يجب تخزين البيانات على ذاكرة الوصول العشوائي مباشرة بجوار وحدة المعالجة المركزية التي ستحتاج إليها.

خاتمة

NUMA تعني الوصول إلى الذاكرة غير الموحدة. إنه مصطلح يستخدم في أنظمة الكمبيوتر ذات وحدات المعالجة المركزية الفعلية المتعددة. يشير إلى حقيقة أن وحدة المعالجة المركزية الواحدة سيكون لها زمن انتقال مختلف للذاكرة عن ذاكرة الوصول العشوائي المحيطة بها مباشرة مقارنة بذاكرة الوصول العشوائي المحيطة بوحدة المعالجة المركزية الأخرى. يقلل وقت الاستجابة الإضافي من أداء النظام بعدة طرق. NUMA هي طريقة لإعلام نظام التشغيل أن هذه هي الحالة.

يسمح لها بتحسين استخدام الذاكرة وموقع البيانات بناءً على وحدة المعالجة المركزية التي تحتاج إلى البيانات. حيثما أمكن ، يتم تخزين جميع البيانات الخاصة بالعمليات التي تعمل على وحدة المعالجة المركزية في ذاكرة الوصول العشوائي المتصلة مباشرة بوحدة المعالجة المركزية تلك. عندما لا تحتوي ذاكرة الوصول العشوائي المحلية على سعة كافية ، يمكن أن تنتشر البيانات في ذاكرة الوصول العشوائي حول وحدات المعالجة المركزية الأخرى. مرة أخرى حيثما أمكن ، يتم تقليل عدد قفزات NUMA لتقليل زمن الوصول.