NUMA (Non-Uniform Memory Access) - неравномерный доступ к оперативной памяти

Появление многопроцессорных компьютеров - не единственная и не главная причина появления технологии NUMA.

Когда компьютеры только начали появляться, а это 30-е и 40-е годы, их вычислительные блоки (процессоры) работали медленнее, чем оперативная память и, скорость их работы ничем не сдерживалась. Но в 60-х годах произошел переломный момент, когда скорость работы компьютеров сравнялась со скоростью получения данных из памяти. И в дальнейшем, процессор обрабатывал информацию, полученную из оперативной памяти быстрее, чем она поступала от-туда. Для решения этой проблемы (проблемы простоя процессора из-за недостаточной скорости чтения данных из оперативной памяти) была изобретена кэш-память, самая быстрая память, находящаяся рядом с процессором.

Однако, кэш-память не решала все проблемы быстрого доступа к данным в оперативной памяти, которая лишь усугубилась с появлением многопроцессорных систем в 90-е годы. В многопроцессорной системе только один процессор в один момент времени может обращаться к оперативной памяти, что приводит к замедлению работы все системы. Частичным решением этой проблемы стало появление многоканального доступа к оперативной памяти.

На многопроцессорных материнских платах у каждого процессора есть свои близлежащие разъемы под оперативную память, доступ к которой происходит с минимальными задержками. Без NUMA любой процессор может обращаться к любым банкам оперативной памяти, в том числи и к памяти своих соседей через их контроллер. Такое обращение к ко все оперативной памяти носит хаотический характер и также является является медленным и не эффективным. Более того, может привести к некоторым проблемам ( >>> ).

NUMA является методом, бьющим точечно по нескольким компонентам, составляющим проблему медленного доступа к памяти в многопроцессорных системах, за счет того, что предоставляет для каждого процессора индивидуально отдельный блок памяти, избегая тем самым падения производительности. При ситуации, когда данные, находящиеся в памяти, принадлежащей одному процессору, могут потребоваться другому процессору, технология NUMA обеспечивает перераспределение этих данных. Также NUMA перераспределяет работающие программные процессы между процессорами таким образом, чтобы они находились как можно ближе к тем банкам памяти, в которых находятся необходимые им данные.

Поскольку NUMA в значительной степени влияет на производительность доступа к памяти, необходимы определенные оптимизации программного обеспечения, чтобы можно было планировать потоки и процессы, близкие к их данным в памяти.

Узел NUMA - это связка процессор + блок оперативной памяти, выделенный ему для работы.

Различные вариации NUMA были разработаны в течение 90-х годов компаниями Unisys, Convex Computer (позднее Hewlett-Packard), Honeywell Information Systems Italy (HISI) (позже Groupe Bull), Silicon Graphics (позже Silicon Graphics International), Sequent Computer Systems (позже IBM), Data General (позже EMC) и Digital (позже Compaq, затем HP, теперь HPE). Методы, разработанные этими компаниями, позже были использованы в различных Unix-подобных операционных системах и в некоторой степени в Windows NT. Первой коммерческой реализацией системы Unix на основе NUMA было семейство серверов Symmetrical Multi Processing XPS-100, разработанное Дэном Гиланом из корпорации VAST для Honeywell Information Systems, Италия.

AMD реализовала NUMA в своем процессоре Opteron (2003 г.) с использованием HyperTransport. В конце 2007 года Intel объявила о совместимости NUMA для своих серверов x86 и Itanium с процессорами Nehalem и Tukwila. Оба семейства процессоров Intel имеют общий набор микросхем; это соединение называется Intel Quick Path Interconnect (QPI).