在计算机体系结构中，避免热点有哪些技术？

在基于多级网络的共享内存系统中，成千上万的处理器可能会尝试访问同一个内存位置。这个位置被称为热点，会显著增加互连网络的延迟。当两个处理器尝试访问相同的内存位置时，无论使用哪种互连网络（交叉开关或多级网络），它们的消息都会在其中一个交换机中发生冲突。它们到达交换机的两个多个输入端，但需要从相同的输出端出去。

排队网络通过使用能够容纳少量消息的队列存储，暂时影响交换机中的第二个消息。尽管有交换机队列，但排队网络很容易出现网络饱和。实验表明，即使只有一小部分访问针对特定内存位置，热点的存在也会影响不仅是请求访问热点的处理器，还会影响尝试使用网络的其他处理器。

等待的消息占用交换机资源，限制了来自其他处理器的消息对这些资源的可用性。结果，额外的消息被阻塞，占用更多资源，热点饱和以树状方式向网络回传，如图所示。

非排队网络拒绝第二个消息，以便无效消息退回并释放网络。这使得需要不同路径的其他消息有机会通过网络。拒绝冲突消息会将网络带宽降低到O(N/logN)。

在排队网络消息中，P7→M4被阻塞，因此阻止了消息P1→M5通过。这导致消息P5→M7被阻塞。这种情况表明，尝试访问不同内存模块的处理器会因热点而延迟。在非排队网络中，P5→M7消息没有障碍，因为P1→M5将被网络拒绝。

减少交换网络中热点影响的另一种方法是引入组合交换机。这些交换机识别出两个消息指向相同的内存模块，在这种情况下，它们可以将两个消息合并为一个。

这种方法在执行同步工具（如信号量和屏障）时特别有利，这些工具通常由运行在特定处理器上的多个进程访问。采用组合交换机的交换网络称为组合网络。

NYU 超级计算机中使用的组合交换机的结构如图所示。来自 Pi 和 Pj 的内存请求进入两个组合队列，一个用于 Mk 内存块，一个用于 Ml 内存块。如果两个请求引用相同的内存地址，相应的组合队列将一个请求转发到内存块，并将第二个请求放入关联的等待缓冲区。

Ginni

更新于：2021年7月23日

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