DE102004037017A1 - Schaltungsanordnung und Verfahren eines Multiprozessorsystems - Google Patents

Abstract

Bei dieser Schaltungsanordnung und dem dazugehörigen Verfahren werden zeitkritisch abzuarbeitende Prozeduren auf Baugruppen mit direktem Speicherzugriff und zeitunkritische Prozeduren von Prozessoren übernommen, die auf Nachbarbaugruppen angeordnet sind.

Description

• Ein Multiprozessorsystem findet Anwendung, wenn beispielsweise die Rechenleistung eines einzelnen Prozessors nicht mehr ausreicht um abzuarbeitende Aufgaben effizient zu erledigen. In einem Multiprozessorsystem arbeiten mehrere Prozessoren parallel, wobei sie alle den gleichen Arbeitsspeicher ansprechen. Die Multiprozessorsysteme mit eng gekoppeltem Speicher werden auch als Shared Memory Processor System bezeichnet. Bei diesen Multiprozessorsystem hat jeder Prozessor zugriff auf einen gemeinsamen Speicherbereich, der als logischer Adressraum oder Arbeitsspeicher bezeichnet wird.
• Bei einem Shared Memory Processor System SMP ist die Zugriffszeit auf den Arbeitsspeicher ein ganz wesentliches Kriterium für die Leistungsfähigkeit des Systems. Ein schneller Speicherzugriff lässt sich beispielsweise dann realisieren, wenn Prozessor und Speicher physikalisch auf derselben Baugruppe untergebracht sind, da dann beispielsweise eine breitere Speicherschnittstelle zwischen Prozessor und Speicher vorgesehen werden kann. Erfolgt der Speicherzugriff dagegen auf einer separaten Speicherbaugruppe, werden wegen der physikalischen Laufzeiten und wegen der Umsetzung auf schmälere Schnittstellen die Speicherzugriffszeiten langsamer.
• Bei einer Anordnung, bei der aufgrund von Platzmangel auf den jeweiligen Baugruppen die Prozessoren auf weiteren Baugruppen verteilt werden, findet die in 1 dargestellte Anordnung Anwendung. Bei dieser Anordnung befinden sich auf den weiteren Baugruppen Speicherelemente, auf die jeweils die Prozessoren der Gesamtschaltungsanordnung zugreifen können.
• Bei einer wie in 2 schematisch angedeuteten Verteilung von Prozessorleistung und Speicherkapazität, werden Teile der Speicherkapazität mit einem oder mehreren Prozessoren auf ei ner Baugruppe untergebracht. Bei dieser Architektur muss jedoch bei einer zunehmenden Anzahl von Baugruppen mit einer zunehmenden Wahrscheinlichkeit gerechnet werden, dass auf Speicherbereiche benachbarter Baugruppen, zugegriffen wird und dadurch die Speicherzugriffszeiten länger werden.
• Derartige Multiprozessorsysteme finden auch in der Telekommunikationstechnik Anwendung. In diesen Systemen werden seit mehreren Generationen symmetrische, eng mit einem Common Memory gekoppelte Multiprozessoren verwendet. Eng gekoppelt, das heißt mit einem gemeinsamen Speicher, einem Common Memory für alle Prozessoren ausgestattet, deshalb, weil es in der vermittlungstechnischen Software einige Datenfelder bzw. Datenbanken gibt, auf die alle Vermittlungsprozessoren häufig zugreifen, wobei diese Datenfelder bzw. Datenbanken auch häufig verändert werden. Das sind z.B. die Teilnehmerdatenbasis und das Speicherabbild des Koppelnetzes. Bei Mobilfunkanwendungen kommen weitere sehr große Datenbanken wie das Home Location Register HLR und das Visitor Location Register VLR hinzu. So können beispielsweise bei Koordinationsprozessoren bis zu 16 Vermittlungsprozessorbaugruppen und eine gedoppelte Speicherbaugruppe, entsprechend der in l dargestellten Architektur das Vermittlungsprozessorsystem bilden. Die Prozessorbaugruppen greifen über einen Speicherbus über schnelle serielle Verbindungen auf den Speicher zu. Dieser Speicherbus bestimmt den Datendurchsatz des Vermittlungsprozessorsystems.
• In einem anderen Multiprozessorsystem werden eine Reihe von Prozessor/Speicher-Baugruppen verwendet. Auf jeder Baugruppe ist ein Prozessor und ein Teil des Common Memory untergebracht. Dies entspricht der in 2 dargestellten Architektur. Die Baugruppen sind durch einen parallelen Bus miteinander verbunden.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein weiteres Multiprozessorsystem anzugeben.
• Die Aufgabe wird durch den Patentanspruch 1 oder 2 gelöst.
• Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass abzuarbeitende Aufgaben durch die eingesetzten Prozessoren mit einem Zentralspeicher schneller und effizienter abgearbeitet werden.
• Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die Baugruppenherstellung vereinfacht und serienorientiert hergestellt werden kann.
• Die Anordnung bringt den Vorteil mit sich, dass einfache Hardware bei Systemen mit separatem Hauptspeicher verwendet werden kann, da nur ein Baugruppentyp zu entwickeln ist. Die Prozessorbaugruppen könnten beispielsweise ohne Hauptspeicher als Bestückungsvariante ausgeführt werden.
• Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass durch eine Partitionierung der Aufgaben für die Prozessoren ein asymmetrischer Speicherzugriffszeit speziell für heterogene Systeme genützt, wie z.B. bei Systemen, deren Ein-/Ausgabe mit hohem Protokollanteil belastet sind, werden.
• Die erfindungsgemäße Anordnung bringt weiter den Vorteil mit sich, dass nur Aufgaben der Prozessoren partioniert zu werden brauchen, während bei einem System mit verteiltem Hauptspeicher sowohl die Aufgaben der Prozessoren als auch die Daten im Hauptspeicher partioniert werden müssen.
• Der Gegenstand der Erfindung ist besonders bei Prozessorsystemen geeignet, bei denen die Prozessorlast und der Speicherbedarf der Anwendung in einem unausgewogenen Verhältnis zueinander stehen.
• Weitere Besonderheiten der Erfindung werden aus der nachfolgenden näheren Erläuterung zu der Figur des Ausführungsbeispiels anhand einer schematischen Zeichnung ersichtlich.
• Es zeigen:
• 1 ein Multiprozessorsystem,
• 2 eine Ausgestaltung eines Multiprozessorsystems und
• 3 ein weiteres Multiprozessorsystem.
• In beiden in 1 und 2 gezeigten Multiprozessorsystemen wird der Durchsatz ganz wesentlich durch die Zugriffszeiten auf das Common Memory begrenzt. Der wesentliche Grund dafür besteht darin, dass die Daten aus dem Common Memory nicht in den Prozessor-Caches gepuffert werden, da ein Cache-Kohärenz-Protokoll über viele Baugruppen hinweg extrem aufwendig wäre.
• Erfindungsgemäß wird das Multiprozessorsystem derart ausgestaltet das alle Vermittlungsprozessoren und der Common Memory gemeinsam auf einer einzigen Baugruppe untergebracht werden. Gemäß der in 3 dargestellten Architektur wird auf einer Hauptbaugruppe nur die Vermittlungssoftware, die durchsatzrelevant auf dem Common Memory arbeitet untergebracht und weitere Aufgaben auf einer zweiten Prozessorbaugruppe ausgelagert, wobei eine eigentlich Aufteilung des Common Memory auf die Baugruppen unterbleibt.
• 3 zeigt einen schematischen Aufbau eines Multiprozessorsystems gemäß der Erfindung. Bei diesem Multiprozessorsystem werden auf einer Baugruppe sowohl ein oder mehrere Prozessoren als auch ein erster Arbeitsspeicher untergebracht. Gemäß der in 3 dargestellten Anordnung befindet sich der gesamte gemeinsame erste Arbeitsspeicher S auf einer Baugruppe. Bei dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung haben die auf der Baugruppe befindlichen Prozessoren einen sehr schnellen Zugriff auf den auf der gleichen Baugruppe angeordneten ersten Arbeitsspeicher S. Die Baugruppen B1, ..., Bn sind jeweils über Interfaces INT miteinander verbunden. Die Prozessoren Pn–1, ..., Pn auf benachbarten Baugruppen Bn werden zur Abarbeitung von weiteren Aufgaben, beispielsweise von im Hintergrund einer Vermittlungsanlage ablaufende Servicefunktionen herangezogen. Der Zugriff auf den gemeinsamen ersten Arbeitsspeicher S wird derart ausgestaltet, dass abzuarbeitende Aufgaben der Prozessoren in zeitkritische Prozesse und weniger zeitkritische Prozesse aufgeteilt werden. Zusätzlich können die Zugriffe in Aufgaben mit hoher Zugriffsrate und in solche mit geringer Zugriffsrate auf den ersten Arbeitsspeicher S unterteilt werden. Bei einer Telefonvermittlungsanlage, sind zeitkritische Anwendungen durch die eigentliche Vermittlungstechnik, Call Processing und zeitunkritische Anwendungen z.B. durch Bedienung und Wartung der Anlage sowie rechenaufwendige Protokollbearbeitungen für externe Schnittstellen vorbestimmt.
• Bei der in 3 dargestellten Anordnung besteht auch die Möglichkeit, dass sich neben dem eigentlichen gemeinsamen Arbeitsspeicher noch weitere Speicher auf den Prozessorbaugruppen befinden. Dies könnte sowohl zusätzlich ein lokaler Speicher sein, die jeweils dem einzelnen Prozessor zugeordnet sind, als auch Cache Speicher, wie sie bei leistungsfähigen Prozessoren benutzt werden.
• Durch die in 3 dargestellte Prozessoranordnung mit einer asymmetrischen Speicheraufteilung erhöht sich die Rechenleistung eines Shared Memory Prozessors durch Hinzufügen von weiteren Prozessorbaugruppen, ohne das für einen Kern des Systems die bisher unvermeidliche Verlangsamung des Speicherzugriffs in Kauf genommen werden muss.

Claims (2)

1. Schaltungsanordnung für einen Speicherzugriff eines Multiprozessorsystems mit wenigsten einer ersten und zweiten Baugruppe (B1, ..., Bn) auf denen jeweils mindestens ein Prozessor (P1, P2, ...; P(n–1), ..., Pn) angeordnet ist und die Prozessoren entweder direkt oder über Schnittstellen (INT) baugruppenübergreifend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Baugruppe (B1) einen ersten gemeinsamen Arbeitsspeicher (S) aufweist, wobei die auf den Prozessoren (P1, P2, ...) ablaufenden zeitkritischen Prozesse auf der ersten Baugruppe einen schnellen Zugriff auf den ersten Arbeitsspeicher haben, während zeitunkritische niederpriore Prozeduren von Prozessoren übernommen werden die auf der zweiten Baugruppe angeordnet sind.
2. Verfahren für einen Speicherzugriff eines Multiprozessorsystems wenigsten einer ersten und zweiten Baugruppe (B1, ..., Bn) auf denen jeweils mindestens ein Prozessor (P1, ..., Pn) angeordnet ist und die Prozessoren entweder direkt oder über Schnittstellen baugruppenübergreifend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zeitkritischen Prozesse auf der ersten Baugruppe einen schnellen Zugriff auf den ersten gemeinsamen Arbeitsspeicher haben, dass zeitunkritische niederpriore Prozeduren von Prozessoren übernommen werden die auf der zweiten Baugruppe angeordnet sind.