UMAからの脱却 そしてNUMAに入る：“PC”あるいは“Personal Computer”と呼ばれるもの、その変遷を辿る（2/4 ページ）

PCの源流から辿っていく連載の第22回は、メモリアーキテクチャについて。

[大原雄介，ITmedia]

スケールアップ問題

　まぁここまでは普通の話である。Pentium以降のIntelやAMDのCPUは全部こんな感じでマルチプロセッサシステムを構成していたし、それ以前にマルチプロセッサ構成を構築したCompaqのSystemPro（写真1）とか、Corollaryがチップセットを提供したZenith Data SystemsのZ-1000（386+387のセットを最大5組搭載できるServer：1988年発表）も似たようなもので、メモリは1カ所に集中していた。要するにUMAのままだ。この方式を取る限りは、データの整合性とかを考える必要はない。

写真1：Compaqが1989年に発表した、386ベースのDual Processor ServerであるSystemPro。独自のFlex Architectureと呼ばれる内部バス構成であるが、メモリ構成そのものはUMA。ちなみに翌1990年には486ベースの構成も発表された（CPUそのものがドーターボードに搭載されている構成だったので、簡単に置き換えが可能だった）

　問題はこの方式がスケールアップにまるで向かないことである。図2で、CPUとMemory（というかChipset）をつなぐInterconnect、2 CPUくらいならそれほど問題無いが、4 CPUともなると、

• 4つのCPUからのメモリアクセスを1カ所のメモリコントローラで処理することになり、メモリ帯域がボトルネックになる。
• それ以前にInterconnectが共有バス形式なので、速度が上げにくくなっており、こっちが先にボトルネックになることもしばしばある。

という問題が出てくる。

　IntelはPentium 4 Xeonで、力業の解決案を示した。4P対応のXeon MPでは、FSBを400MHzでしか稼働させられなかったため、2MBのL3キャッシュを追加（のちに4MB版も追加）してこれをカバーするという方策である。

　ただキャッシュにHitしている間はともかく、キャッシュミスが多発する様なアプリケーションではFSBの遅さとメモリコントローラの競合のお蔭で大幅に性能が落ちることになったのは、構成を考えれば致し方ない。

　この問題に対して最初にソリューションを示したのは、1983年に設立されたSequent Computer Systemsである。

　同社の最初の製品はNS32032を12個搭載するマルチプロセッササーバで、この時点ではまだUMA構成であったが、その後x86にプロセッサを入れ替え、Symmetry S81では80386×30、続くSymmetry 2000/700では80486×30、さらにPentiumベースのSymmetry 2000/790ではPentium×30とかの構成のサーバを投入していた。

　ただこのあたりから同社はUMA方式の限界に到達したと判断したようで、このあと同社はこれまで築いてきたUMA+SMPの方式をIntelにライセンス供与する（Pentium Pro以降で4P構成が可能になったのは、このSequentのライセンスに拠るところが大きい）。

　その一方で自社はccNUMAのアーキテクチャを導入する。このccNUMAの技術を開発したのはChen Systemという会社であるが、SequentはこのChen Systemを1996年に買収、同社が持っていたccNUMAの技術をNUMA-Qという名前で商品化している。

　NUMAとは何か？というと、メモリコントローラを分散させる仕組みである。“Non” Uniform Memory Architectureというのは、メモリの置き場所が複数あり、別々に管理されているという話である。

　図3がその最初のNUMAの構成であり、CPU 1で動くProcess A/BはMemory 1内にメモリアドレスを割り当て、一方CPU 2で動くProcess CについてはMemory 2内にメモリアドレスを割り当てるようにすれば、効果的に使えるようになるというものだ。

　実際図3のような構成であれば、Interconnectに無駄なトラフィックは発生しないし、メモリコントローラがボトルネックになることもない。CPUの数が増えても、それに対応するだけメモリコントローラを増やせれば、性能はスケールさせやすいことになる。

図3

　実際SequentのccNUMAを最初に搭載した製品は、最大128枚のCPU Blade（CPUとNorth Bridge、メモリコントローラを搭載した基板）を組み合わせ可能な構成になっていた（ただしこれはSequentの時代ではない）。