MESIFプロトコル

MESIFプロトコルは、キャッシュコヒーレントな非均一メモリアーキテクチャ向けにIntelが開発したキャッシュコヒーレンスおよびメモリコヒーレンスプロトコルです。^[1]このプロトコルは、変更済み（M）、排他的（E）、共有（S）、無効（I）、および転送（F）の5つの状態で構成されています。^[2]

M、E、S、および I 状態は、MESI プロトコルと同じです。F 状態は S 状態の特殊な形式で、キャッシュが特定のラインに対する要求に対して指定された応答側として機能することを示します。プロトコルでは、いずれかのキャッシュが S 状態でラインを保持している場合、最大で 1 つの (他の) キャッシュがそれを F 状態で保持することを保証します。

MESI プロトコルを採用したキャッシュシステムでは、S 状態でラインを保持している複数のキャッシュによって受信されたキャッシュライン要求は、非効率的に処理されます。この要求は、(低速の) メインメモリから満たされるか、共有キャッシュのすべてが応答して、要求元に冗長な応答が殺到する可能性があります。MESIF プロトコルを採用したキャッシュシステムでは、キャッシュライン要求は、F 状態でラインを保持しているキャッシュによってのみ応答されます。^[3] これにより、要求元はキャッシュ間速度でコピーを受信でき、ネットワークトポロジで許可される限り少ないマルチキャストパケットを使用できます。

キャッシュは S または F 状態のラインを一方的に破棄 (無効化) する可能性があるため、S 状態のコピーが存在する場合でも、キャッシュに F 状態のコピーがない可能性があります。この場合、ラインの要求はメインメモリから満たされます (効率は低下しますが、それでも正しく)。関心がないために F ラインが破棄される可能性を最小限に抑えるために、ラインの最新の要求者に F 状態が割り当てられます。F 状態のキャッシュが応答すると、F 状態が新しいキャッシュに渡されます。

したがって、MESI プロトコルとの主な違いは、読み取り用のキャッシュラインのコピー要求が常に F 状態でキャッシュに入ることです。S 状態に入る唯一の方法は、別のキャッシュからの読み取り要求を満たし、F 状態をそのキャッシュに転送することです。

任意のキャッシュペアについて、特定のキャッシュラインの許可された状態が右側の表にリストされます。状態がリストされる順序は、頭字語 MESIF を発音可能にする以外には意味がありません。

冗長な応答を抑制しながら共有キャッシュからの読み取り要求を満たす他の手法もありますが、指定された単一のキャッシュのみが応答するようにすると、排他状態に移行する必要があるときにすべてのコピーを無効にすることが容易になります。

MOESIプロトコルとの比較

このプロトコルの F 状態を、MOESI プロトコルの「所有者」O 状態と混同しないでください。どちらの状態も、共有セットから 1 つのキャッシュを識別し、キャッシュ間の直接転送を使用してデータを効率的に転送しますが (メインメモリからの情報を期待するのではなく)、2 つの状態の意図には違いがあります。

F 状態のキャッシュラインはクリーンであり、予告なしにいつでも破棄される可能性があります。
O 状態のキャッシュラインはダーティであり、破棄される前にメモリに書き戻す必要があります。

MESIF プロトコルの F 状態は、データがメインメモリから来るのを待つのではなく、直接キャッシュ間転送を使用してデータの読み取り要求に応答するために、クリーンなキャッシュラインの共有者の 1 つを選択する方法です。この最適化は、キャッシュ間のレイテンシがメインメモリへのアクセスのレイテンシに比べてはるかに小さいアーキテクチャでは意味があります。ここで注目すべき重要な点は、MESI プロトコルと同様に、データが共有状態にある場合 (キャッシュの 1 つが F 状態にある場合)、データはクリーンであるということです。

MOESIプロトコルのO状態は、共有データがクリーンであるという要件が緩和されたMESIプロトコルの最適化です。言い換えれば、共有者の1人がデータの所有の責任を負っている限り、キャッシュはダーティなデータを共有できます。共有データの要求は、所有者によって満たされるようになります。この最適化により、ダーティデータの共有を許可することで、データの書き戻しを遅らせることができます。^[4] MOESIプロトコルの主な違いは、MESIFプロトコルとは異なり、Owned状態がクリーンではないことです。

MOESIF プロトコルを構築することが可能です。

参照

参考文献

^ David Kanter (2007-08-28). 「共通システムインターフェース: Intel の将来の相互接続」Real World Tech . p. 5 . 2012-08-12に閲覧。
^ Michael E. Thomadakis (2011-03-17). 「Nehalem プロセッサと Nehalem-EP SMP プラットフォームのアーキテクチャ」(PDF) 。テキサス A&M 大学。p. 30–34。2014年 8 月 11 日のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2014 年 3 月 21 日閲覧。
^ US 6922756、Hum、Herbert HJ、Goodman、James R.、「マルチプロセッサシステムでのキャッシュコヒーレンシに使用するためのフォワードステート」、2005 年 7 月 26 日発行、Intel Corporation に譲渡
^ Hennessy, J.; Patterson, D. Computer Architecture: A Quantitative Approach (第 5 版)。p. 362。MOESIプロトコルでは、ブロックはメモリに書き込まれることなく、元のキャッシュ内の変更済み状態から所有済み状態に変更できます。

[1] David Kanter (2007-08-28). 「共通システムインターフェース: Intel の将来の相互接続」Real World Tech . p. 5 . 2012-08-12に閲覧。

[2] Michael E. Thomadakis (2011-03-17). 「Nehalem プロセッサと Nehalem-EP SMP プラットフォームのアーキテクチャ」(PDF) 。テキサス A&M 大学。p. 30–34。2014年 8 月 11 日のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2014 年 3 月 21 日閲覧。

[3] US 6922756、Hum、Herbert HJ、Goodman、James R.、「マルチプロセッサシステムでのキャッシュコヒーレンシに使用するためのフォワードステート」、2005 年 7 月 26 日発行、Intel Corporation に譲渡

[4] Hennessy, J.; Patterson, D. Computer Architecture: A Quantitative Approach (第 5 版)。p. 362。MOESIプロトコルでは、ブロックはメモリに書き込まれることなく、元のキャッシュ内の変更済み状態から所有済み状態に変更できます。