Когерентность кэш-памяти
Известно, что требования, предъявляемые современными процессорами к полосе пропускания памяти, можно существенно сократить путем применения больших многоуровневых кэшей. Проблема когерентности памяти в мультипроцессорной системе возникает из-за того, что значение элемента данных, хранящееся в кэш-памяти разных процессоров, доступно этим процессорам только через их индивидуальные кэши. При этом определенные операции одного из процессоров могут влиять на достоверность данных, хранящихся в кэшах других процессоров. Поэтому в подобных системах жизненно необходим механизм обеспечения когерентного. согласованного . состояния кэшей. С этой целью в архитектуре PowerScale используется стратегия обратной записи, достигаемая при применении вертикальной когерентности кэшей и вторичной когерентности кэш-памяти.
Каждый процессор для своей работы использует двухуровневый кэш со свойствами охвата. Это означает, что кроме внутреннего кэша первого уровня, встроенного в каждый процессор PowerPC, имеется связанный с ним кэш второго уровня. При этом каждая строка в кэше L1 имеется также и в кэше L2. В текущей реализации объем кэша L2 составляет 1 Мбайт на каждый процессор, а в будущем предполагается его расширение до 4 Мбайт. Сама по себе кэш-память второго уровня позволяет существенно уменьшить число обращений к памяти и увеличить степень локализации данных. Для повышения быстродействия кэш L2 построен на принципах прямого отображения. Длина строки равна 32 байт . размер когерентной гранулированности системы. Следует отметить, что, хотя с точки зрения физической реализации процессора PowerPC, 32 байта составляют только половину строки кэша L1,это не меняет протокол когерентности, который управляет операциями кэшаL1 и гарантирует, что кэш L2 всегда содержит данные кэша L1.
Кэш L2 имеет внешний набор тегов. Таким образом, любая активность механизма наблюдения за когерентным состоянием кэш-памяти может быть связана с кэшем второго уровня, в то время как большинство обращений со стороны процессора могут обрабатываться первичным кэшем.
Если механизм наблюдения обнаруживает попадание в кэш второго уровня, то он должен выполнить арбитраж за первичный кэш, с целью обновления состояния и, возможно, поиска данных, что обычно будет приводить к приостановке процессора. Поэтому глобальная память может работать на уровне тегов кэша L2, что позволяет существенно ограничить количество операций наблюдения, генерируемых системой в направлении данного процессора. Это, в свою очередь, существенно увеличивает производительность системы, поскольку любая операция наблюдения в направлении процессора сама по себе может приводить к приостановке его работы.
Вторичная когерентность кэш-памяти требуется для поддержки когерентности кэшей L1&L2 различных процессорных узлов . для обеспечения когерентного состояния всех имеющихся в мультипроцессорной системе распределенных кэшей, естественно включая поддержку когерентной буферизации ввода/вывода как по чтению, так и по записи. Вторичная когерентность обеспечивается с помощью проверки каждой транзакции, возникающей на шине MPB_SysBus. Такая проверка позволяет обнаружить, что запрашиваемая по шине строка уже кэширована в процессорном узле, и обеспечивает выполнение необходимых операций. Это делается с помощью тегов кэша L2 и логически поддерживается тем фактом, что L1 является подмножеством L2.
