[發明專利]用于緊密耦合多處理器的共享存儲器系統

無效

• 申請號: 200880115511.0
• 申請日: 2008-11-09
• 公開（公告）號: CN101855622A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發明（設計）人: N·拜爾;A·皮萊格
• 申請（專利權）人: 多數有限公司
• 主分類號: G06F12/06
• 分類號: G06F12/06
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 劉佳

技術領域

本發明涉及多處理器計算機(也稱為多核計算機)，尤其涉及具有允許不少于幾十個處理核同時高效訪問共享存儲器內的隨機地址的共享存儲器系統的多處理器計算機。

背景技術

在包括所希望數量n的處理核(這里術語“處理核”指多處理器中包含的一個處理器)的多處理器中，已知使用不少于一個共享存儲器空間。需要實際實現構成這些共享存儲器空間的一種或多種裝置。如現有技術圖1所示，實現共享存儲器空間的已知技術在所希望數量k的部分存儲體之間劃分空間，并通過互連網絡將n個處理核連接到k個存儲體。

圖1的現有技術共享存儲器系統包括沿附屬的處理核24畫出的互連網絡20和存儲體22。圖1中標為P₁、P₂、......、P_n的處理核24通過互連網絡20連接到標為B₁、B₂、......、B_k的存儲體22。由這些存儲體具體化的個體存儲空間的聯合構成共享存儲器空間。

現有技術中已知圖1中出現的互連網絡的許多不同實現方式。然而，根據現有技術，認為不可能建立一種共享存儲器系統，使不少于幾十個的處理核能以與單個處理核訪問局部專用存儲器的效率程度可比擬的效率程度同時訪問共享存儲器內的隨機地址。

在John?L.Hennessy和David?A.Patterson著、1996年由舊金山市的摩根卡夫曼出版有限公司(Morgan?Kaufmann?Publishers?Inc.)出版的第2版《ComputerArchitecture-a?Quantitative?Approach》這本書第638頁的陳述中，能找到此該現有技術的代表性概述。該陳述如下：“為了支持較大的處理器數，必須在處理器之間分配存儲器，而不是將存儲器集中化，否則存儲器系統不能支持大量處理器的帶寬需求”。

根據該現有技術，設想互連網絡會是復雜且笨重的設備，其不能提供足夠大的帶寬，且同時遵從足夠短的等待時間，以允許以與局部存儲器的效率可比擬的效率訪問隨機地址。此缺點還涉及有關此現有技術的多處理器(也稱為“多核”)計算機構造；即多核計算機中的同步和調度活動通常通過共享存儲器執行。

因此，通常導致性能障礙的現有技術多處理器的一種共同設計特征是把來自同步和調度活動的許多負擔加于共享存儲器系統上。必須在每一多處理器以一種方法或另一種方法進行此活動。通過共享存儲器系統執行同步和調度，除增加負擔外，還損害該系統的效率。這尤其是因為對本領域技術人員稱為“熱點”的技術的開發；在本情況下為涉及同步和調度的技術。此外，支持諸如“測試和設定”、“取和加”等特殊同步基元的要求會導致共享存儲器系統復雜化。此類基元通常要求相互分不開的讀操作和更新操作，并以本領域技術人員稱為“原子(atomic)”的方式執行。

也會導致性能障礙的現有技術多處理器的另一設計特征是要求共享存儲器系統支持讀-修改事務，而非僅支持簡單的讀寫。

一般而言，設計成通過共享存儲器執行同步和調度活動的現有技術多核計算機在制造時并未期望其效率與訪問局部存儲器的效率可比擬。這是因為此類計算機不能支持精細計算粒度。該問題可重新表述如下：將給定的算法分解成盡量精細的粒度會導致同步速率的要求劇增，并且開銷活動與有用計算的比例更大。

當從一開始就謀求多核計算機以有限粒度水平執行并行計算時，此限制通常導致以處理核主要對自己的局部存儲器進行工作的方式構成該計算機。

因此，根據現有技術(參閱上文引用的Hennessy和Patterson)，認為不可能建立允許不少于幾十個的處理核能以與單一處理核訪問局部專用存儲器達到的效率程度可比擬的效率程度同時訪問共享存儲器內的隨機地址的共享存儲器系統。

屬于所引用專利的共同發明人的本發明共同發明人之一的美國專利5,202,987中描述了試圖克服與同步和調度活動關聯的問題的現有技術。該專利描述配備用于同步和調度的專用設備的多核計算機設計。聯系美國專利5,202,987所描述的設備，產生建立允許以與局部存儲器的效率可比擬的效率訪問的共享存儲器系統的需求。

在美國專利5,202,987公布之前，提供允許以與多核計算機中的局部計算機的效率可比擬的效率進行訪問的共享存儲器系統的可行性和需求尚未建立。因此，期望通過結合本發明的共同發明人之一的Bayer等人的美國專利5,202,987揭示的發明實現本發明來提供允許該效率的共享存儲器系統該專利通過引用結合于此。

發明內容