สมาคมผู้ใช้ นักพัฒนา และผู้ผลิต Scalable Coherent Interface และ Serial Express

กลุ่มที่สนับสนุนมาตรฐาน
คำย่อ	สคซิซซ์แอล
การก่อตัว	พ.ศ. 2539
พิมพ์	องค์กรไม่แสวงหาผลกำไร
เว็บไซต์	www.scizzl.com​​

Scalable Coherent InterfaceหรือScalable Coherent Interconnect ( SCI ) คือมาตรฐานการเชื่อมต่อความเร็วสูงสำหรับระบบมัลติโปรเซสซิ่งและการส่งข้อความแบบใช้หน่วยความจำร่วมกัน เป้าหมายคือการปรับขนาดได้ดี ให้ความสอดคล้องของหน่วยความจำ ทั่วทั้งระบบ และมีอินเทอร์เฟซที่เรียบง่าย กล่าวคือ เป็นมาตรฐานที่จะมาแทนที่บัสที่มีอยู่เดิมในระบบมัลติโปรเซสซิ่งด้วยบัสที่ไม่มีข้อจำกัดด้านความสามารถในการปรับขนาดและประสิทธิภาพ

มาตรฐาน IEEE Std 1596-1992 ซึ่งเป็นมาตรฐาน IEEE สำหรับอินเทอร์เฟซโคherent ที่ปรับขนาดได้ (SCI) ได้รับการอนุมัติจากคณะกรรมการมาตรฐาน IEEE เมื่อวันที่ 19 มีนาคม พ.ศ. 2535 ^{[ 1 ]}มีการใช้งานบ้างในช่วงทศวรรษ 1990 แต่ไม่เคยถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายและถูกแทนที่ด้วยระบบอื่นตั้งแต่ต้นทศวรรษ 2000

หลังจาก โครงการ Fastbus (IEEE 960) ซึ่งเป็นโครงการต่อยอดจากFuturebus (IEEE 896) ในปี 1987 ไม่นาน วิศวกรบางคนคาดการณ์ว่ามันจะช้าเกินไปสำหรับ ตลาด คอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูงเมื่อถึงเวลาที่มันจะถูกปล่อยออกมาในช่วงต้นทศวรรษ 1990 ด้วยเหตุนี้ จึงมีการจัดตั้งกลุ่มศึกษา "Superbus" ขึ้นในเดือนพฤศจิกายน 1987 และกลุ่มทำงานอีกกลุ่มหนึ่งของสมาคมมาตรฐานของสถาบันวิศวกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ (IEEE) ก็ได้แยกตัวออกมาเพื่อสร้างมาตรฐานที่มุ่งเป้าไปที่ตลาดนี้ในเดือนกรกฎาคม 1988 ^{[ 2 ]} โดยพื้นฐานแล้วมันคือชุดย่อยของฟีเจอร์ Futurebus ที่สามารถนำไปใช้งานได้ง่ายที่ความเร็วสูง พร้อมกับการเพิ่มเติมเล็กน้อยเพื่อให้เชื่อมต่อกับระบบอื่นๆ ได้ง่ายขึ้น เช่นVMEbus นักพัฒนาส่วนใหญ่มีพื้นฐานมาจาก บัสคอมพิวเตอร์ความเร็วสูงตัวแทนจากบริษัทต่างๆ ในอุตสาหกรรมคอมพิวเตอร์และชุมชนวิจัยที่เข้าร่วม ได้แก่ Amdahl, Apple Computer, BB&N , Hewlett-Packard , CERN, Dolphin Server Technology, Cray Research , Sequent, AT&T, Digital Equipment Corporation, McDonnell Douglas, National Semiconductor, Stanford Linear Accelerator Center, Tektronix, Texas Instruments, Unisys, University of Oslo และUniversity of Wisconsin

เจตนาเดิมคือมาตรฐานเดียวสำหรับบัสทั้งหมดในคอมพิวเตอร์^{[ 3 ]} ในไม่ช้ากลุ่มทำงานก็ได้คิดค้นแนวคิดในการใช้การสื่อสารแบบจุดต่อจุดในรูปแบบของวงแหวนแทรก ซึ่งช่วยหลีกเลี่ยงปัญหาความจุรวม ข้อจำกัดด้านความยาวทางกายภาพ/ความเร็วแสง และการสะท้อนของสตับ รวมถึงอนุญาตให้มีการทำธุรกรรมแบบขนาน การใช้วงแหวนแทรกได้รับการยกย่องให้แก่ Manolis Katevenis ซึ่งเสนอแนะในการประชุมครั้งแรก ๆ ของกลุ่มทำงาน กลุ่มทำงานเพื่อพัฒนามาตรฐานนำโดย David B. Gustavson (ประธาน) และ David V. James (รองประธาน) ^{[ 4 ]}

เดวิด วี. เจมส์ เป็นผู้มีส่วนร่วมสำคัญในการเขียนข้อกำหนดต่างๆ รวมถึงโค้ด C ที่สามารถเรียกใช้งานได้ กลุ่มของสไตน์ เกสซิง ที่มหาวิทยาลัยออสโล ใช้ระเบียบวิธีเชิงรูปธรรมในการตรวจสอบโปรโตคอลความสอดคล้อง และบริษัท Dolphin Server Technology ได้พัฒนาชิปควบคุมโหนดซึ่งรวมถึงตรรกะความสอดคล้องของแคช

บริษัทต่างๆ เช่นDolphin Interconnect Solutions , Convex, Data General AViiON (โดยใช้ชิปควบคุมแคชและชิปควบคุมลิงก์จาก Dolphin), Sequent และ Cray Research ได้นำ SCI เวอร์ชันและอนุพันธ์ต่างๆ มาใช้งาน Dolphin Interconnect Solutions ได้นำ SCI เวอร์ชันที่เชื่อมต่อผ่าน PCI และ PCI-Express มาใช้ ซึ่งให้การเข้าถึงหน่วยความจำร่วมแบบไม่สอดคล้องกัน การใช้งานนี้ถูกนำไปใช้โดยSun Microsystemsสำหรับคลัสเตอร์ระดับสูง, Thales Groupและบริษัทอื่นๆ อีกหลายแห่ง รวมถึงแอปพลิเคชันขนาดใหญ่สำหรับการส่งข้อความภายในคลัสเตอร์ HPC และการถ่ายภาพทางการแพทย์ SCI มักถูกใช้เพื่อสร้าง สถาปัตยกรรม เข้าถึงหน่วยความจำแบบไม่สม่ำเสมอ นอกจากนี้ Sequent Computer Systemsยังใช้SCI เป็นบัสหน่วยความจำของโปรเซสเซอร์ในระบบ NUMA-Q ของพวกเขา Numascale ได้พัฒนาเวอร์ชันที่เชื่อมต่อกับHyperTransport แบบสอดคล้องกัน

มาตรฐานกำหนดระดับอินเทอร์เฟซไว้สองระดับ:

• ระดับทางกายภาพที่เกี่ยวข้องกับสัญญาณไฟฟ้า ตัวเชื่อมต่อ สภาวะทางกล และสภาวะทางความร้อน
• ระดับตรรกะที่อธิบายถึงพื้นที่แอดเดรส โปรโตคอลการถ่ายโอนข้อมูล กลไกการรักษาความสอดคล้องของแคช ตัวกำหนดการซิงโครไนซ์ รีจิสเตอร์ควบคุมและสถานะ และสิ่งอำนวยความสะดวกในการเริ่มต้นและการกู้คืนข้อผิดพลาด

โครงสร้างนี้ทำให้สามารถปรับใช้เทคโนโลยีอินเทอร์เฟซทางกายภาพใหม่ๆ ได้อย่างง่ายดายโดยไม่ต้องออกแบบใหม่ในระดับตรรกะ

ความสามารถในการขยายขนาดสำหรับระบบขนาดใหญ่ทำได้โดยใช้ โมเดล การรักษาความสอดคล้องของแคชแบบกระจายศูนย์โดยใช้ไดเร็กทอรี (โมเดลการรักษาความสอดคล้องของแคชแบบอื่นที่นิยมใช้กันนั้น อาศัยการดักฟัง (สอดแนม) การทำธุรกรรมในหน่วยความจำทั่วทั้งระบบ ซึ่งเป็นวิธีการที่ไม่สามารถขยายขนาดได้ดีนัก) ใน SCI แต่ละโหนดจะมีไดเร็กทอรีที่มีตัวชี้ไปยังโหนดถัดไปในรายการเชื่อมโยงที่ใช้บรรทัดแคชเดียวกัน

SCI กำหนดพื้นที่แอดเดรสแบบแบน 64 บิต (16 เอ็กซาไบต์) โดยใช้ 16 บิตสำหรับระบุโหนด (65,536 โหนด) และ 48 บิตสำหรับแอดเดรสภายในโหนด (256 เทราไบต์) โหนดหนึ่งสามารถมีโปรเซสเซอร์และ/หรือหน่วยความจำได้หลายตัว มาตรฐาน SCI กำหนดเครือข่ายแบบสวิตช์แพ็กเก็ต

SCI สามารถใช้สร้างระบบที่มีโครงสร้างการสวิตช์หลากหลายประเภท ตั้งแต่แบบรวมศูนย์ไปจนถึงแบบกระจายศูนย์อย่างสมบูรณ์:

• ในกรณีที่มีสวิตช์กลาง แต่ละโหนดจะเชื่อมต่อกับสวิตช์ด้วยสายวงแหวน (ในกรณีนี้คือสายวงแหวนสองโหนด)
• ในระบบสวิตช์แบบกระจาย แต่ละโหนดสามารถเชื่อมต่อกับวงแหวนที่มีความยาวตามต้องการ และโหนดทั้งหมดหรือบางส่วนสามารถเชื่อมต่อกับวงแหวนสองวงขึ้นไปได้

วิธีที่พบได้บ่อยที่สุดในการอธิบายโทโพโลยีหลายมิติเหล่านี้คือ คิวบ์ k-ary n-คิวบ์ (หรือทอรัส) ข้อกำหนดมาตรฐาน SCI ได้กล่าวถึงโทโพโลยีดังกล่าวหลายแบบเป็นตัวอย่าง

ทอรัส 2 มิติคือการรวมกันของวงแหวนในสองมิติ การสลับระหว่างสองมิติต้องใช้ความสามารถในการสลับขนาดเล็กที่จุดเชื่อมต่อ ซึ่งสามารถขยายไปสู่สามมิติหรือมากกว่านั้นได้ แนวคิดของการพับวงแหวนยังสามารถนำไปใช้กับโครงสร้างทอรัสเพื่อหลีกเลี่ยงส่วนเชื่อมต่อที่ยาวได้

SCI ส่งข้อมูลเป็นแพ็กเก็ต แต่ละแพ็กเก็ตประกอบด้วยลำดับสัญลักษณ์ 16 บิตที่ไม่ขาดตอน สัญลักษณ์แต่ละตัวจะมีบิตแฟล็กกำกับอยู่ การเปลี่ยนสถานะของบิตแฟล็กจาก 0 เป็น 1 แสดงถึงการเริ่มต้นของแพ็กเก็ต การเปลี่ยนสถานะจาก 1 เป็น 0 จะเกิดขึ้น 1 (สำหรับข้อมูลสะท้อน) หรือ 4 สัญลักษณ์ก่อนสิ้นสุดแพ็กเก็ต แพ็กเก็ตประกอบด้วยส่วนหัวที่มีข้อมูลคำสั่งที่อยู่และสถานะ ส่วนข้อมูล (ตั้งแต่ 0 ถึงความยาวข้อมูลที่กำหนด) และสัญลักษณ์ตรวจสอบ CRC สัญลักษณ์แรกในส่วนหัวของแพ็กเก็ตประกอบด้วยที่อยู่ของโหนดปลายทาง หากที่อยู่ไม่อยู่ในโดเมนที่โหนดรับจัดการ แพ็กเก็ตจะถูกส่งไปยังเอาต์พุตผ่าน FIFO บายพาส ในกรณีอื่น แพ็กเก็ตจะถูกส่งไปยังคิวรับและอาจถูกถ่ายโอนไปยังวงแหวนในมิติอื่น แพ็กเก็ตทั้งหมดจะถูกทำเครื่องหมายเมื่อผ่านตัวกรอง (โหนดจะถูกกำหนดให้เป็นตัวกรองเมื่อวงแหวนเริ่มต้นทำงาน) แพ็กเก็ตที่ไม่มีที่อยู่ปลายทางที่ถูกต้องจะถูกลบออกเมื่อผ่านตัวกรองเป็นครั้งที่สอง เพื่อป้องกันไม่ให้วงแหวนเต็มไปด้วยแพ็กเก็ตที่จะหมุนเวียนไปเรื่อยๆ อย่างไม่มีที่สิ้นสุด

ความสอดคล้องของแคชช่วยให้มั่นใจได้ถึงความสม่ำเสมอของข้อมูลในระบบมัลติโปรเซสเซอร์ รูปแบบที่ง่ายที่สุดที่ใช้ในระบบรุ่นก่อนๆ นั้นอาศัยการล้างเนื้อหาแคชระหว่างการสลับบริบทและการปิดใช้งานแคชสำหรับข้อมูลที่ใช้ร่วมกันระหว่างโปรเซสเซอร์สองตัวขึ้นไป วิธีการเหล่านี้ใช้ได้ผลเมื่อความแตกต่างของประสิทธิภาพระหว่างแคชและหน่วยความจำน้อยกว่าหนึ่งลำดับความ magnitude โปรเซสเซอร์สมัยใหม่ที่มีแคชที่เร็วกว่าหน่วยความจำหลักมากกว่าสองลำดับความ magnitude จะไม่สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดหากไม่มีวิธีการที่ซับซ้อนกว่าสำหรับการรักษาความสม่ำเสมอของข้อมูล ระบบที่ใช้บัสจะใช้วิธีการดักฟัง ( snooping ) เนื่องจากบัสมีการกระจายสัญญาณโดยธรรมชาติ ระบบสมัยใหม่ที่มีลิงก์แบบจุดต่อจุดจะใช้วิธีการกระจายสัญญาณพร้อมตัวเลือกตัวกรองการดักฟังเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ เนื่องจากวิธีการกระจายสัญญาณและการดักฟังนั้นไม่สามารถปรับขนาดได้โดยธรรมชาติ จึงไม่ได้ใช้ใน SCI

แทนที่จะเป็นเช่นนั้น SCI ใช้โปรโตคอลการรักษาความสอดคล้องของแคชแบบกระจายตามไดเร็กทอรี โดยใช้รายการเชื่อมโยงของโหนดที่มีโปรเซสเซอร์ซึ่งใช้แคชไลน์ร่วมกัน โหนดแต่ละโหนดจะเก็บไดเร็กทอรีสำหรับหน่วยความจำหลักของโหนดนั้น พร้อมแท็กสำหรับแต่ละบรรทัดของหน่วยความจำ (ความยาวบรรทัดเท่ากับแคชไลน์) แท็กหน่วยความจำจะเก็บตัวชี้ไปยังส่วนหัวของรายการเชื่อมโยงและรหัสสถานะสำหรับบรรทัด (สามสถานะ – หน้าแรก, สดใหม่, หายไป) นอกจากนี้ แต่ละโหนดยังมีแคชสำหรับเก็บข้อมูลระยะไกล พร้อมไดเร็กทอรีที่มีตัวชี้ไปข้างหน้าและย้อนกลับไปยังโหนดในรายการเชื่อมโยงที่ใช้แคชไลน์ร่วมกัน แท็กสำหรับแคชมีเจ็ดสถานะ (ไม่ถูกต้อง, เฉพาะสดใหม่, ส่วนหัวสดใหม่, เฉพาะสกปรก, ส่วนหัวสกปรก, กลางถูกต้อง, ส่วนท้ายถูกต้อง)

ไดเร็กทอรีแบบกระจายนั้นสามารถปรับขนาดได้ ค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมสำหรับการรักษาความสอดคล้องของแคชตามไดเร็กทอรีนั้นคิดเป็นเปอร์เซ็นต์คงที่ของหน่วยความจำและแคชของโหนด โดยเปอร์เซ็นต์นี้อยู่ที่ประมาณ 4% สำหรับหน่วยความจำและ 7% สำหรับแคช

SCI เป็นมาตรฐานสำหรับการเชื่อมต่อทรัพยากรต่างๆ ภายในระบบคอมพิวเตอร์แบบมัลติโปรเซสเซอร์ และยังไม่เป็นที่รู้จักอย่างแพร่หลายเท่ากับ ตระกูล อีเธอร์เน็ตสำหรับการเชื่อมต่อระบบต่างๆ ผู้ผลิตระบบต่างๆ ได้นำ SCI เวอร์ชันต่างๆ มาใช้ในโครงสร้างพื้นฐานระบบภายในของตน การใช้งานที่แตกต่างกันเหล่านี้เชื่อมต่อกับกลไกที่ซับซ้อนมากในโปรเซสเซอร์และระบบหน่วยความจำ และผู้ผลิตแต่ละรายต้องรักษาความเข้ากันได้ในระดับหนึ่งทั้งในส่วนของฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์

Gustavson เป็นผู้นำกลุ่มที่เรียกว่า Scalable Coherent Interface and Serial Express Users, Developers, and Manufacturers Association และดูแลเว็บไซต์สำหรับเทคโนโลยีนี้มาตั้งแต่ปี 1996 ^{[ 3 ]}มีการจัดการประชุมเชิงปฏิบัติการหลายครั้งตลอดปี 1999 หลังจากฉบับแรกในปี 1992 ^{[ 1 ]}โครงการที่ตามมาได้กำหนดรูปแบบข้อมูลที่ใช้ร่วมกันในปี 1993 ^{[ 5 ]}เวอร์ชันที่ใช้การส่งสัญญาณแบบดิฟเฟอเรนเชียลแรงดันต่ำในปี 1996 ^{[ 6 ]}และอินเทอร์เฟซหน่วยความจำที่รู้จักกันในชื่อ Ramlink ในช่วงปลายปี 1996 ^{[ 7 ]} ในเดือนมกราคม 1998 บริษัท SLDRAMได้ก่อตั้งขึ้นเพื่อถือครองสิทธิบัตรในความพยายามที่จะกำหนดอินเทอร์เฟซหน่วยความจำใหม่ที่เกี่ยวข้องกับกลุ่มงานอื่นที่เรียกว่า SerialExpress หรือ Local Area Memory Port ^{[ 8 ] [ 9 ]} อย่างไรก็ตาม ในช่วงต้นปี 1999 มาตรฐานหน่วยความจำใหม่นี้ถูกยกเลิก^{[ 10 ]}

ในปี พ.ศ. 2542 มีการตีพิมพ์เอกสารชุดหนึ่งเป็นหนังสือเกี่ยวกับ SCI ^{[ 11 ]} ข้อกำหนดที่ปรับปรุงใหม่ได้รับการเผยแพร่ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2543 โดยคณะกรรมการไฟฟ้าสากล (IEC) ขององค์การมาตรฐานสากล (ISO) ในชื่อ ISO/IEC 13961 ^{[ 12 ]}