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Unified Memory Architecture 3.0(UMA 3.0)は、CPU、GPU、NPU、その他アクセラレータが単一のメモリプールを共有する第3世代統合メモリアーキテクチャです。データコピーを完全に排除し、レイテンシを最小化します。
class UnifiedMemoryController {
struct MemoryPool {
size_t total_capacity = 1024 * GB;
size_t page_size = 16 * KB;
// 動的パーティショニング
struct Partition {
ProcessorType owner;
size_t size;
AccessPolicy policy;
};
void dynamic_allocate(Request req) {
// QoSベース割り当て
auto partition = find_best_partition(req);
partition->resize(req.size);
// アクセス最適化
optimize_data_placement(partition);
}
};
};
def gpu_compute_zero_copy(data):
# CPUメモリ直接アクセス(コピー不要)
gpu_kernel<<<blocks, threads>>>(data)
# 結果も即座にCPUから参照可能
return data # 同じメモリ領域
| 操作 | 従来(別メモリ) | UMA 3.0 | 改善 | |------|-------------|---------|------| | CPU→GPU転送 | 100ms | 0ms | ∞ | | GPU→NPU転送 | 50ms | 0ms | ∞ | | メモリ使用率 | 60% | 95% | 58% |
class UnifiedMLPipeline:
def process(self, input_data):
# 前処理(CPU)
preprocessed = cpu_preprocess(input_data)
# 推論(NPU)- 同じメモリ参照
inference = npu_inference(preprocessed)
# 後処理(GPU)- コピーなし
rendered = gpu_render(inference)
# 全て同一メモリ空間で実行
return rendered
class UnifiedGameEngine {
void render_frame() {
// 物理演算(CPU)
physics_update(world_state);
// レイトレーシング(GPU)
// world_stateを直接参照
ray_trace(world_state);
// AI処理(NPU)
// 同じデータで動作
update_ai(world_state);
// メモリコピー: ゼロ
}
};
配置戦略:
ホットデータ:
- 位置: 高速領域
- アクセス: 全プロセッサ
コールドデータ:
- 位置: 圧縮領域
- アクセス: オンデマンド
共有データ:
- 位置: 中央領域
- キャッシュ: L3統合
// CUDA Unified Memory拡張
__global__ void unified_kernel(float* data) {
// CPU/GPU/NPU transparent access
int idx = blockIdx.x * blockDim.x + threadIdx.x;
// 自動的に最適なプロセッサで実行
data[idx] = complex_operation(data[idx]);
}
// 呼び出し側
void compute() {
float* data;
umaAlloc(&data, size); // 統合メモリ確保
// どのプロセッサからも同じポインタ
cpu_function(data);
unified_kernel<<<...>>>(data);
npu_process(data);
}
Unified Memory Architecture 3.0は、ヘテロジニアスコンピューティングの究極形です。メモリの壁を完全に取り除き、あらゆるプロセッサが最高効率で協調動作する理想的な環境を提供します。