[发明专利]用于紧密耦合多处理器的共享存储器系统

说明书

技术领域

本发明涉及多处理器计算机(也称为多核计算机)，尤其涉及具有允许不少于几十个处理核同时高效访问共享存储器内的随机地址的共享存储器系统的多处理器计算机。

背景技术

在包括所希望数量n的处理核(这里术语“处理核”指多处理器中包含的一个处理器)的多处理器中，已知使用不少于一个共享存储器空间。需要实际实现构成这些共享存储器空间的一种或多种装置。如现有技术图1所示，实现共享存储器空间的已知技术在所希望数量k的部分存储体之间划分空间，并通过互连网络将n个处理核连接到k个存储体。

图1的现有技术共享存储器系统包括沿附属的处理核24画出的互连网络20和存储体22。图1中标为P₁、P₂、......、P_n的处理核24通过互连网络20连接到标为B₁、B₂、......、B_k的存储体22。由这些存储体具体化的个体存储空间的联合构成共享存储器空间。

现有技术中已知图1中出现的互连网络的许多不同实现方式。然而，根据现有技术，认为不可能建立一种共享存储器系统，使不少于几十个的处理核能以与单个处理核访问局部专用存储器的效率程度可比拟的效率程度同时访问共享存储器内的随机地址。

在John L.Hennessy和David A.Patterson著、1996年由旧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》这本书第638页的陈述中，能找到此该现有技术的代表性概述。该陈述如下：“为了支持较大的处理器数，必须在处理器之间分配存储器，而不是将存储器集中化，否则存储器系统不能支持大量处理器的带宽需求”。

根据该现有技术，设想互连网络会是复杂且笨重的设备，其不能提供足够大的带宽，且同时遵从足够短的等待时间，以允许以与局部存储器的效率可比拟的效率访问随机地址。此缺点还涉及有关此现有技术的多处理器(也称为“多核”)计算机构造；即多核计算机中的同步和调度活动通常通过共享存储器执行。

因此，通常导致性能障碍的现有技术多处理器的一种共同设计特征是把来自同步和调度活动的许多负担加于共享存储器系统上。必须在每一多处理器以一种方法或另一种方法进行此活动。通过共享存储器系统执行同步和调度，除增加负担外，还损害该系统的效率。这尤其是因为对本领域技术人员称为“热点”的技术的开发；在本情况下为涉及同步和调度的技术。此外，支持诸如“测试和设定”、“取和加”等特殊同步基元的要求会导致共享存储器系统复杂化。此类基元通常要求相互分不开的读操作和更新操作，并以本领域技术人员称为“原子(atomic)”的方式执行。

也会导致性能障碍的现有技术多处理器的另一设计特征是要求共享存储器系统支持读-修改事务，而非仅支持简单的读写。

一般而言，设计成通过共享存储器执行同步和调度活动的现有技术多核计算机在制造时并未期望其效率与访问局部存储器的效率可比拟。这是因为此类计算机不能支持精细计算粒度。该问题可重新表述如下：将给定的算法分解成尽量精细的粒度会导致同步速率的要求剧增，并且开销活动与有用计算的比例更大。

当从一开始就谋求多核计算机以有限粒度水平执行并行计算时，此限制通常导致以处理核主要对自己的局部存储器进行工作的方式构成该计算机。

因此，根据现有技术(参阅上文引用的Hennessy和Patterson)，认为不可能建立允许不少于几十个的处理核能以与单一处理核访问局部专用存储器达到的效率程度可比拟的效率程度同时访问共享存储器内的随机地址的共享存储器系统。

属于所引用专利的共同发明人的本发明共同发明人之一的美国专利5,202,987中描述了试图克服与同步和调度活动关联的问题的现有技术。该专利描述配备用于同步和调度的专用设备的多核计算机设计。联系美国专利5,202,987所描述的设备，产生建立允许以与局部存储器的效率可比拟的效率访问的共享存储器系统的需求。

在美国专利5,202,987公布之前，提供允许以与多核计算机中的局部计算机的效率可比拟的效率进行访问的共享存储器系统的可行性和需求尚未建立。因此，期望通过结合本发明的共同发明人之一的Bayer等人的美国专利5,202,987揭示的发明实现本发明来提供允许该效率的共享存储器系统该专利通过引用结合于此。

发明内容