NUMAArchitektur

NUMA-Architektur bezeichnet eine Speicherarchitektur, bei der der Zugriff auf Speicher je nach Lage der Daten im System unterschiedlich schnell ist. Der Arbeitsspeicher ist in mehrere Nodes gegliedert; jedem Node gehört lokaler Speicher und häufig auch eigene Rechenressourcen. Lokaler Zugriff ist in der Regel deutlich schneller als der Zugriff auf fremden Speicher eines anderen Nodes.

Die Nodes sind über einen Interconnect verbunden, der Topologien wie Ring, Mesh oder Tree verwenden kann. Ein Node verfügt über einen lokalen Speichercontroller und Cache-Systeme; Caches bleiben koherent. Beim Zugriff auf entfernten Speicher entstehen längere Latenzen und geringere Bandbreite, während interne Caches und lokaler Speicher schnelle Zugriffe ermöglichen.

Unterstützung erfolgt durch Betriebssysteme, Hypervisoren und Laufzeitsysteme. Linux bietet NUMA-Unterstützung und Werkzeuge wie numactl oder libnuma; Windows sowie Virtualisierungslösungen unterstützen NUMA-Awareness. Programme sollten Speicherauswahl-Politiken (first-touch), Thread-Affinität und Datenplatzierung nutzen, um lokale Speicherzugriffe zu maximieren.

Leistungsperspektiven: NUMA verbessert die Skalierbarkeit in mehrkernigen Mehr-Socket-Systemen, indem Daten lokal gehalten werden. Falsche Platzierung erhöht Remote-Zugriffe und kann Performance, Latenz und Bandbreite beeinträchtigen. Anwendungen und Scheduler sollten die Knotenzugehörigkeit berücksichtigen, insbesondere bei speicherintensiven Lasten.

Anwendungsbereiche umfassen Rechenzentren, Server, HPC-Cluster und virtualisierte Umgebungen. Typische Hersteller sind Intel Xeon, AMD Opteron und IBM POWER-Systeme. NUMA steht im Gegensatz zu UMA, bei der alle Prozessoren vollen Zugriff auf einen gemeinsamen Speicher haben.