为什么不能从一个处理器直接访问另一个处理器的缓存？

Question

在NUMA架构（非统一内存访问）中，每个处理器都拥有自己的第一级缓存，因此有一个用于处理器通信的协议（MESI）。但为什么每个处理器都可以直接连接到其他处理器呢？我读过这个＆＃34;连接速度不够快＆＃34;，但这并没有解释太多。

感谢。

Answer 1

首先，拥有L1缓存并不意味着 NUMA 架构，主板拓扑仍然是使机器 UMA 或 NUMA <的主要元素/ em>的。

其次，正在使用的Cache Coherence协议取决于架构，可能与 MESI 不同（实际上 MESIF 更适合 NUMA 机器）。

转到您的问题

每个处理器都可以连接到彼此处理器缓存。事实上，每个缓存一致性协议都是这样做的，而不是通过允许直接读/写，因为它需要很多努力以及可重用性差。

然而，可以直接将CPU连接到另一个CPU缓存，实际上它是以Intel CPU的方式实现的。
逻辑核心（即超线程核心）可以共享L2高速缓存，并且同一包中的一些物理核心可以共享L3高速缓存 但是，这里有两个重要方面：第一，共享缓存的CPU数量，第二个它们位于相同的核心/包中。

直接连接所有缓存会失去CPU（整体上）内部与CPU的外部之间的界限。
隔离CPU让我们创建了非常可定制的模块化系统，外部协议是一个让我们隐藏实现细节的接口，这比紧密连接的缓存提供的速度更有价值。
当我们需要这样的速度时，我们会构建专用集成系统组件，就像coprocessor一样。

缓存没有直接关联的原因有多种，我不能代表行业领导者，但这里有一些通用的想法。

1. 无法扩展 2个处理器意味着1个链路，3个处理器意味着3个链路，4个处理器意味着6个链路等 n 处理器需要C（n，2）个链接 n * （n-1） / 2个链接。
   此外，您只能连接具有兼容缓存接口的CPU，这可能意味着您只能连接相同的CPU。缓存架构经常变化，线条可能变大，关联性可能会改变，信号的时序可能更快。
   最后，如果CPU有足够的引脚连接到另外四个CPU，则只能创建四CPU系统。
2. 需要很多针 Givin访问缓存需要很多引脚，每个内核有两个或三个缓存，每个需要进行寻址和控制，这需要暴露很多引脚，串口不是一个选项，因为它太慢了。
   如果你补充说每个处理器必须相互连接，而不是引脚数量平方爆炸 如果你在缓存之间使用共享总线，你实际上正在使用像 MESI 这样的协议，这是一种试图避免使总线拥塞的协议，因为如果你的CPU很少，那么共享总线上的流量是相当的激烈的，等待轮到它使用它的时间会减慢CPU的速度（即使有存储缓冲区和失效队列）。
3. 很慢 缓存与核心高度集成，它可以支持多个读/写端口和其他增加并行化的接口。如果没有大量的引脚（并且尺寸和成本大幅增加），所有这些都不能暴露在封装/核心之外。
   缓存在物理上接近核心，这最小化传播延迟，考虑到3GHz CPU的周期 1/3 * 10 ^ -9 ，在那个时间光线最多可以行进 10 cm 或 5 cm 进行往返行程，信号不会以光速传播。
   此外，当只有内核访问缓存时，设计人员可以根据内核的内部架构进行一些优化。如果核心属于另一个可能不同的CPU，则这是不可能的。
4. 很复杂 让多个CPU访问缓存需要复制大量电路，例如缓存关联，这意味着当请求地址时，必须在一组可能的候选者之间验证标签，并且必须复制该电路以允许其他CPU以异步方式读/写缓存。

如此简单：可以直接连接缓存，这对于分立组件来说是不值得的。它适用于集成组件。