NUMA

NUMA（英えい: Non-Uniform Memory Access）とは、共有きょうゆうメモリ型かたマルチプロセッサコンピュータシステムのアーキテクチャのひとつで、複数ふくすうプロセッサが共有きょうゆうするメインメモリへのアクセスコストが、メモリ領域りょういきとプロセッサに依存いぞんして均一きんいつでないアーキテクチャである。日本語にほんごでは「不ふ均一きんいつメモリアクセス」や「不ふ均等きんとうメモリアクセス」と訳やくされる。

定義ていぎ

プロセッサとメモリの対たい（これをノードと呼よぶ）が複数ふくすう存在そんざいし、それらをインターコネクト（その詳細しょうさいは問とわない）で接続せつぞくしたものを学術がくじゅつ的てきにはNUMAの定義ていぎとしている。ただし共有きょうゆうメモリ型がたであるので各かくプロセッサが全ぜんノードのメモリを利用りよう可能かのうである必要ひつようがあり、各かくノードのメモリを全ぜんプロセッサに共通きょうつうの物理ぶつりアドレス空間くうかんにマップできることが要件ようけんとなる。あるプロセッサから見みて同どう一いちノードのメモリを「ローカル」メモリ、他たノードのメモリを「リモート」メモリと呼よぶ。

一般いっぱん的てきには

ローカルメモリのアクセス遅延ちえん時間じかん < リモートメモリのアクセス遅延ちえん時間じかん

である。

小規模しょうきぼの対称たいしょう型がたマルチプロセッシング (SMP) システムでは単一たんいつバス上うえにすべてのプロセッサとメモリが同居どうきょしているが、バスの特性とくせいとして複数ふくすうプロセッサによるメモリの同時どうじアクセスができないことが挙あげられる。あるプロセッサがメモリアクセスを行おこなっている間あいだ、他たのプロセッサは待まつしかない。この現象げんしょうは同どう一いちバスに接続せつぞくされるプロセッサが増ふえるにしたがって顕著けんちょとなる。したがってSMPシステムの並列へいれつ度どを増ましてスケールアップしていく場合ばあい、単純たんじゅんに小規模しょうきぼSMPシステムの設計せっけいを拡張かくちょうしてバスに接続せつぞくするプロセッサ数すうを増ふやしていったのでは、プロセッサはほとんどの時間じかんをメモリアクセスの待まち時間じかんに費ついやすことになってしまうであろう。また、単一たんいつバスに接続せつぞくされるプロセッサが増ふえるということはバス信号しんごう線せんの物理ぶつり的てき長ながさの増大ぞうだいを意味いみし、それはバスクロック向上こうじょうの阻害そがい要因よういんとなってしまう（信号しんごう線せん路上ろじょうを伝つたわる電気でんき信号しんごうの速はやさは有限ゆうげんであるため）。

これを解決かいけつするため、メモリを複数ふくすうバンクに分割ぶんかつしプロセッサとメモリバンク間あいだをクロスバースイッチなどで結むすぶ手法しゅほう（メモリインターリーブ）も実際じっさいに取とられているが、この手法しゅほうではローカルバスと比較ひかくして常つねに大おおきな遅延ちえんでアクセスすることになってしまう（このようなアーキテクチャは、NUMAの定義ていぎでノードを構成こうせいするプロセッサとメモリをプロセッサノードとメモリノードにデカップリングしたUMAアーキテクチャの一いち形態けいたいである）。

また、メモリ側がわをマルチポートとすることも考かんがえられるが、同時どうじアクセスによる遅延ちえんを防ふせぐためポートを増ふやすとそれだけインターコネクトのための信号しんごう線せんが増ふえるためコスト増大ぞうだいを招まねいてしまう。

NUMA浸透しんとうの背景はいけい

ソフトウェアの動作どうさを詳くわしく観察かんさつすると、ほとんどのメモリアクセスはある特定とくていの領域りょういきに集中しゅうちゅうしている（参照さんしょうの局所きょくしょ性せい）。オペレーティングシステムが適切てきせつにメモリを割わり当あてることによって、プロセッサが頻繁ひんぱんに参照さんしょうする必要ひつようのあるデータをアクセスコストの低ひくいメモリに配置はいちし、アクセスコストの高たかいメモリには頻繁ひんぱんに参照さんしょうしないデータを配置はいちすることができる。

それによって、実際じっさいには不ふ均一きんいつなメモリアクセスコストを持もつアーキテクチャのシステム（実際じっさいのSMP的てきシステム）でも理想りそう的てきなSMPシステムに近ちかい性能せいのうを発揮はっきすることができる。この点てんに着目ちゃくもくしたのがNUMAアーキテクチャである。

NUMAの特徴とくちょうをまとめると、バスを共有きょうゆうするプロセッサ数すうを抑おさえることでバスの輻輳ふくそうを防ふせぎ、バスクロックの向上こうじょうを容易よういにする。その一方いっぽうで、共有きょうゆうメモリ型がたのマルチプロセッサシステムであるのでNUMAシステムはソフトウェア的てきには（少すくなくともユーザアプリケーションからは）通常つうじょうのSMPシステムと同等どうとうに見みえ、したがってSMPシステム用ように開発かいはつされたアプリケーションがそのまま稼動かどうする。ただし、オペレーティングシステムがNUMAを意識いしきしたメモリ管理かんりを行おこなわない場合ばあいは性能せいのう劣化れっかが避さけられない。

歴史れきし

初期しょきのNUMAシステムは、4ウェイ程度ていどの小規模しょうきぼなSMPシステム（これを「ビルディング・ブロック」などと呼よぶ）を比較的ひかくてき高速こうそく・低ていレイテンシのインターコネクトによって接続せつぞくして構成こうせいされていた。

現在げんざい、主流しゅりゅうのCPUにおいては、チップレベルでNUMAアーキテクチャを取とり入いれているものが多おおい（インテルのItanium、Nehalem系けいなどや、AMDのOpteronプロセッサなど）。

これらのプロセッサではメモリバスがプロセッサチップと直結ちょっけつしており、メモリと組くみ合あわせて単一たんいつのNUMAノードを構成こうせいし、リモートメモリアクセスを行おこなうためのチップ間あいだ高速こうそくインターコネクトポートがオンチップで実装じっそうされている。

NUMAに対たいして、メモリアクセスコストの均一きんいつ性せいを保たもったまま大だい規模きぼSMPシステムを構築こうちくするアーキテクチャを、特とくにNUMAと区別くべつするためUMA（Uniform Memory Access）と呼よぶことがある。

NUMAを採用さいようした独自どくじ大型おおがたサーバを製造せいぞう販売はんばいしている会社かいしゃとしては、SGI、IBM、HP、富士通ふじつう（富士通ふじつうシーメンス）、NEC、サンマイクロシステム、Crayなどがある。

関連かんれん項目こうもく

• 共有きょうゆうメモリ