NUMAarkitektur

NUMA-Architektur, kurz NUMA, steht für Non-Uniform Memory Access. Sie beschreibt eine Speicherarchitektur in Mehrprozessor-Systemen, bei der der physische Speicher in Knoten (Nodes) aufgeteilt ist, die jeweils an eine CPU- oder CPU-Sockelgruppe angeschlossen sind. Der lokale Zugriff auf den Speicher eines Knotens ist deutlich schneller als der Zugriff auf Speicher anderer Knoten, was zu latenzbasierten Unterschieden führt.

Jeder Node besitzt typischerweise mehrere Prozessorkerne und eigenen Arbeitsspeicher. Die Knoten sind durch einen Hochgeschwindigkeits-Interconnect verbunden, der Speicherzugriffe koordiniert. Das Betriebssystem sorgt für Kohärenz der Speicherinhalte, und NUMA-Topologien können als Symmetric NUMA (S-NUMA) oder Asymmetric NUMA (A-NUMA) auftreten.

Vorteile von NUMA liegen in der Skalierbarkeit und der effektiven Nutzung großer Speicherkapazitäten: Lokale Speicherzugriffe minimieren Latenzen und erhöhen den Durchsatz bei multiprozessorigen Systemen. Herausforderungen betreffen die Programmierung, da Anwendungen speicherlokal arbeiten sollten. Dazu gehören NUMA-fähige Speichallokation (Dank First-Touch-Policy), Thread- und Speicheraffinitätssteuerung sowie Betriebssystem-Tools zur NUMA-Policy.

Typische Implementierungen nutzen Prozessorarchitekturen wie AMDs NUMA-Systeme (z. B. Opteron-Serverplattformen) und Intel-Systeme mit QuickPath Interconnect (QPI) bzw. UPI. In der Praxis kommen NUMA-Systeme in Hochleistungsrechnen, großen Datenbanken, Virtualisierung und Rechenzentren zum Einsatz.

Zusammengefasst dient NUMA der Skalierbarkeit großer Speichersysteme, erfordert aber eine bewusste Berücksichtigung der Speicherlokalität in Betriebssystem- und Anwendungswerkzeugen.