微知-Intel芯片中的QPI是什么?本质是什么?以及其他几个高速总线的速率问题(快速通道互联,CPU之间互联总线)

news2024/10/3 23:27:44

基础信息

CPU与CPU之间通过QPI总线进行通信,类似CPU与PCI-E设备通过PCIE总线进行通信。

The Intel QuickPath Interconnect (QPI):快速通道互联,快路径内部互联总线。是Inter-connect,内部互联的。是英特尔开发的一种高速点对点处理器间连接技术。比如核间通信。他的Quick是对比上一代FSB(front side buf)总线。
本质是高速串行链路。替代FSB的并行。更快。
他是点对点,不如FSB的共享总线。
QPI分物理层、链路层、路由层和传输层以及协议层。其中协议层负责各种flit包传输,并实现缓存一致性。

在服务器上电bios启动之前,便会进行QPI link的初始化。在chipset Initialization之后进行QPI link Initialization。比如HPE的 DL580 g8的QPI是8G 。

下图可见QPI的C2C:
在这里插入图片描述
他的下一代是UPI(ultra path interconnect)。

他的上一代FSB

side是某一边,Front side就是对外部的这一边。
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

FSB的结构参考:相当于有一个bus interface。看得出它是X共享总线。
在这里插入图片描述
比如访存的时候需要通过北桥芯片之间使用FSB:
在这里插入图片描述

其他总线的一些信息

FSB总线( Front Side Bus )前端总线,用来连接CPU和内存控制中枢(北桥芯片)。
QPI总线( Quick Path Interconnec )快速通道互联,是CPU和CPU之间以及CPU和IOH芯片之间的一种高速点对点互联总线。
DMI总线( Direct Media Interface )直接媒体接口,是北桥芯片( MCH )和南桥芯片(ICH )以及CPU和PCH芯片之间的点对点互联总线。
PCI总线( Peripheral Component Interconnect )外围组件互联,是一个用于将设备附加到主板上的计算机总线。

关于速率:
QPI的8GT/s的单向带宽:8GT/s*16bit/8=16GB/s
PCIe Gen3 X16的单向带宽:8GT/s/lan 约(8gt * 16lan / 8bit/B) 16GB/s (100Gbps级别)
PCIe Gen4 X16的单向带宽:16GT/s/lan 约 32GB/s (200Gbps级别)
PCIe Gen5 X16的单向带宽:32GT/s 约 64GB/s (400Gbps级别)
CXL X16的32GT/s的单向带宽:类似pcie gen5(基于pcie gen5)
NVLink 1.0的4条Link,每个Link有8个Lan,单向带宽是:20GT/s/lan * 8Lan * 4Link/8=80GB/s
NVLink 2.0有6条Link,每个Link有8个Lan,单向带宽是:25GT/s6Link8Lan/8=150GB/s

相比于PCIe,NVlink多了个Link的维度,每个link是8lan,并且每个lan的带宽1.0是20GT,在PCIe gen4和gen5之间。所以NVlink之所以能x倍于PCIe就是多个link早就。假设8个link,就是8倍于PCIe,假设PCIe5.0的x16是32GT,那么NVlink就是256GT。NVlink要点就在link上。并且支持c2c直接互联。
落到本质上,互联总线千奇百怪,很多走向了串行+提高频率的技术路线上提高性能。然后提供多个业务层的并行,通过另外一种形式的并行(串行单lan+并行link 或者多lan)方式不断演进。如此来看NVlink就不神秘了(比如NVlink2.0简单看就是一个高一维度支持link的PCIe5.0)。

其他推测:为何NVlink要采用多一个link的方式来提高带宽,而PCIe不用。其实还是业务驱动,NVlink给GPU之间提速,GPU中CUDA核心需要并行,我就可以多接一点,好比接入不同的cuda里面让他用)

参考:
http://www.pcserver.cn/h-nd-84.html
https://www.cnblogs.com/kongchung/p/11826678.html
https://dramexchange.com/WeeklyResearch/PrinterFriendly/2/150.html
https://techslang.com/definition/what-is-the-front-side-bus/
https://www.basitali.com/difference-between-fsb-and-dmi/
https://www.pearsonitcertification.com/articles/article.aspx?p=29924&seqNum=4

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