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AMD 利用自行開發的 Zen 處理器微架構，規劃 2 組 Core Complex 合併在一起的 IC 設計，從伺服器 EPYC 至桌上型 Ryzen 3，都是由此晶粒組合或屏蔽部分區塊而來。近日正式發售的 Ryzen Threadripper 為啟用 2 個晶粒的產品，各晶粒自行控制雙通道記憶體，這也帶來過去罕見的 NUMA 架構。
目前 Intel 和 AMD 兩大 x86 處理器製造商所推出的最新款 HEDT 平台，其記憶體模組均可利用 4 組匯流排通道達到增加讀寫頻寬目的，不過前者僅使用 1 組記憶體控制器支援 4 組通道，後者使用 2 組記憶體各自控制 2 組通道。雖然最終算出來的理論頻寬相同，可是「同款不同師傅」，實際應用上會有些差異。
以 Intel 代號 Skylake-X 的處理器為例，其多處理器架構為 SMP（Symmetric multiprocessing）對稱多處理，也就是每個處理器核心的地位都是相等的，處理器均連結至單一匯流排（或是類似功能的 Crossbar 交換機）並共享主要記憶體資源。這種結構不需要特別變更軟體，就能夠利用多核多處理器並行處理多個作業，提升整體效能。自從雙核心處理器在消費家用市場問世後，這就是你我家中電腦的結構。
▲當年 AMD Athlon X2 利用 Crossbar 將 2 個處理核心和記憶體控制器匯流排串接在一起。
不過這種將各個處理器統一連結至單一匯流排的結構，容易使得多核心多處理器的數量受限，因為單一匯流排頻寬有限的關係，效能無法跟隨核心或是處理器數量等倍數無限成長，反而會因為匯流排過於忙碌，核心或是處理器沒有辦法獲得所需資料或寫回運算結果。
「那就增加匯流排數量吧！」這種簡單又暴力的方法早在商業環境行之有年，各位讀者們就算沒摸過，也應該看過具備 2 組以上處理器插槽的主機板，由於記憶體控制器早已整合進入處理器封裝當中，也就意味著該主機板擁有與處理器插槽數量相等的記憶體匯流排，各自管理與控制對應的記憶體，處理器插槽之間再以其它形式的匯流排互通有無。這種架構就可以在增加核心或是處理器數量的同時，也提供同等倍數的匯流排數量，不怕單一匯流排被眾多存取指令與資料塞爆。
雖然各個處理器封裝內的記憶體控制器各自連結對應的記憶體模組，整體來看還是將所有的記憶體容量視為 1 個可以使用的大區塊，只是當 A 處理器插槽內部的處理器核心想要存取 B 處理器插槽連結的記憶體時，會有額外的存取延遲，頻寬也不會如存取連結至 A 處理器插槽的記憶體般快速。處理器核心存取記憶體空間會因為遠近而有不同的速度，這種架構就稱為 NUMA（Non-Uniform Memory Access）非統一記憶體存取；而先前連結至單一匯流排，記憶體空間存取速度一致的架構，稱之為 UMA（Uniform Memory Access）統一記憶體存取。
回到 AMD Ryzen Threadripper 的討論，該處理器內部啟用 2 個晶粒，單一晶粒分別連結雙通道四組記憶體模組插槽，合併起來就是四通道八組記憶體模組插槽。由於記憶體分屬不同的匯流排，所以是 NUMA 架構，具備 2 個節點（1 組匯流排所連結的處理器和記憶體），這在家用市場（或是更精細的說：HEDT 市場）可謂首見。
▲存取由該 Core Complex 連結的記憶體延遲為 78ns，存取另一組時為 133ns。
由於 NUMA 存取不同位置的記憶體會有不同速度的特性，軟體（無論是作業系統或是應用程式）必須要特地為 NUMA 最佳化，才可以提供最佳的運作效能。若是程式運作時需要較大的記憶體頻寬，則需最佳化成 Distributed Mode，反之對於記憶體存取延遲較為敏感，則變更為 Local Mode。依據 AMD 釋出的資料，Ryzen Threadripper 的 Distributed Mode 頻寬大約多出 0.56％～21.65％，Local Mode 延遲減少約 23.82％。
▲若是程式運作時對於記憶體延遲較為敏感，需要最佳化成 Local Mode。
▲使用 AIDA64 實際量測 2 種不同記憶體存取模式的頻寬和延遲差異。
作業系統部分，家用產品從 Microsoft Windows 7 開始之後的版本就支援 NUMA，Linux kernel 則是從 2.5 版開始提供基礎性支援。也就是說現在購買 Ryzen Threadripper 處理器搭配 Windows 10作業系統並沒有問題，端看軟體應用程式是否針對首次飛入尋常百姓家的 NUMA 最佳化。
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