Understanding Skylake's CHA

缓存一致性

CHA的出现是为了协调通信，解决缓存一致性的问题，也称为代理agent。

内存中的一份数据在处理器的多个core的cache line中存在的时候，每个core称为一个client。

为了实现缓存一致性必须有两个属性，第一写传播，第二写操作序列事务化。

总体意思是一个client对cache的操作必须按照顺序传播到所有其他的client。

实现缓存一致性的两种方法

1. Snooping，侦听方法；可以理解成广播方法，一个client的请求和响应必须广播到所有的client上，缺点是client多的时候，要求的总线带宽比较大，优点是更快，更加简单。目前广泛是用在核心少的处理器的缓存一致性机制的实现里面。
2. Directories Based，基于目录的方法；可以理解成基于请求的方法，需要维护一致性的cache被放在一个dir中，client发出请求，被允许之后，dir更新，其他地方的都置无效。

Skylake的CHA

首先要说的是Skylake的设计通过硬件缓存实现唯一client为cache负责基本上避免了cache line更新导致的大规模通信。

其次应该是实现了Dir Based的缓存一致性的方法。

最后CHA实现了6个UPI的通信协议

请求/侦听/应答/写回/不一致标准/不一致通行
Request/Snoop/Response/Write Back/Non-Coherent Statdard/Non-Coherent Bypass

 CHA的作用

主要通过定位和仲裁数据减少die[client]之间的通信时间

CHA包含四个模块

1. Coherency Agent 简称CA[分布存在，分布服务]  一致性代理，通常用作LLC/Core与Mesh网的接口
2. Home Agent简称HA[分布存在，分布服务]　　   将读写请求排序保证内存一致性，所有内存访问都经过这个agent
3. 1.35MB LLC[分布存在，全局服务]每个分片处在每个Core旁边
4. Snoop Filter[分布存在，全局服务]可以称为缓存的缓存，维护缓存与所有core的对应关系

 

CHA的交互

 

这里的LLC总的大小是1.375M，但是每个核心上的肯定只是一个分片。

Snoop Filter 是1.5M用来为LLC跟踪Cache line属于具体哪一个Core。避免在多核心之间反复snoop寻找。
因为这里的LLC和MLC缓存的数据是互相不包含的，也称为non inclusive的。所以Snoop Filter也跟踪当前Core的MLC的Cache Line。

当CHA收到一个请求的时候会同时访问LLC和Snoop Filter，这样当前Moudule的所有的Cache Line就都在CHA的掌握之中了。