ハイパーコンバージドインフラが主流になるか
SSDだけではない、2020年までに劇的変化を遂げる“サーバ”未来予想図
サーバアーキテクチャは10年間の集大成として大きな変化が起こっている。サーバパフォーマンスが増強されれば、データセンターがストレージとネットワークにアプローチする方法も変わっていくだろう。
CPUの競争は行き詰まり、IT業界全体の設計に対する充足感によって、ここ数年サーバアーキテクチャは停滞状態にあった。だが、これからの5年間に状況が大きく変わることが予想される。
企業のサーバには幾つかの変化が起きつつある。この変化により、サーバのパフォーマンスは大幅に向上し、コストが下がるかもしれない。さらに、市販の装置を導入する方法を再考する良い機会にもなるだろう。
サーバテクノロジーでは、既に変化が始まっている。ソリッドステートドライブ(SSD)とフラッシュメモリアーキテクチャによって、構造面の革新に対する主な障害は克服している。アクセスの高速化により、サーバエンジンの高速化も必要になる。PCI Express(PCIe)の帯域幅には重い負担が掛かっている。また、OSの割り込みハンドラはドライブに十分な速度で対応できなくなっている。絶対的なものは何もないのが現状だ。ダイナミックRAM(DRAM)は切迫状況にある。ネットワークには、大幅なパフォーマンス向上が求められている。そして、データセンターは、あらゆる物を自動調整している。だが、2020年のデータセンターの配置は、今日とは様相が異なるだろう。
エンタープライズサーバは大きな進化を遂げようとしている。より高速なSSDを扱うということは、あることを意味する。それは、現時点ではPCIe 3.0が主流だが、PCIe 4.0が目前に迫っているということだ(前者のデータ転送レートは毎秒8GT(GT/s)だが、後者は16GT/s)。このように速度が大幅に上昇しても、データ取得時のレイテンシが原因で、永続的な非揮発性のストレージへのDRAMの揮発性ストレージインタフェースがサーバのパフォーマンスを制限している。
このDRAMに関する問題には、さまざまな解決策がある。次世代のサーバには、より高速で巨大なDRAMが必要となる。サーバアーキテクチャは変化し、CPUを搭載したモジュールにDRAMをマウントするようになるだろう。この変化により、密接な電気的結合とシリアルインタフェースが可能になる。米Hybrid Memory Cube(HMC)Consortiumが提唱するこのアプローチは、まずスマートフォンで採用されるだろう。2016年後半には、サーバにおける新しい方向性となり、特有の機能を持つものも出てくるだろう。
HMCは、DRAMのインタフェースをシリアル化している。これは、フラッシュ製品の内部構造と少し似ている。シリアルインタフェースにすることで、より多くの独立チャネルがメモリチップと対話できるようになり、帯域幅が大幅に増える。最初は毎秒384Gバイト前後になると思われるが、5年以内には毎秒1Tバイトに達するかもしれない。また、密接な結合により消費電力が抑えられるため、次世代の標準的なサーバにはより多くのメモリを搭載できるようになる。そのため、Tバイト単位のメモリが当たり前になることが予想される。
このDRAMの容量と帯域幅は、サーバアーキテクチャ内のDRAMから永続メモリへのリンクに大きな負荷を掛ける。HMCが提唱するアーキテクチャで密接に結び付けられたフラッシュは、永続ストレージに膨大な帯域幅を与える。ただし、これがフラッシュベースのシステムになるかは定かでない。米Intelなどの企業は、抵抗変化型メモリ(RRAM)や相変化メモリに取り組んでいる。これらのメモリのアクセスレイテンシはナノ秒単位であるため、フラッシュの代役を果たすかもしれない。2020年までには、これらのメモリが主流になると考えて間違いないだろう。
DRAMや超高速な永続ストレージが多くなれば、サーバチップのCPUコア搭載数は大幅に増えることは確実だ。つまり、将来のサーバは、現在のアーキテクチャで達成可能なパフォーマンスをはるかに凌ぐだろう。CPUの増加と米Dockerの「Docker」コンテナへの移行の相乗効果により、1台のサーバ当たりのインスタンス数が10倍相当に増加することも可能となる。次世代のサーバは巨大化し、CPUメーカーがサーバのコストに与える影響はさらに大きくなることが予想される。その結果、データセンターのロードマップは、より少ない台数のサーバを必要とするように変化することが見込まれる。
サーバの操作にキーボード、マウス、ビデオを使う方式に別れを告げることも予想される。これは、サーバの自動化やオーケストレーションに慣れていない一部の管理者にとって大きな変化となるだろう。
次世代のサーバから次世代のデータセンターへ
サーバのパフォーマンス増強によって、企業のデータセンターがストレージとネットワークにアプローチする方法は変わるだろう。CPUモジュールの永続RRAMは、ストレージのトラフィックパターンを大きく変化させる。ローカルSSDに対する高パフォーマンスのプレッシャーは少なくなり、RRAMはサーバクラスタが共有できるリソースとなるだろう。
今こそ、データセンターのロードマップで、より高速でレイテンシの低いネットワークをRRAMのような活発なリソースを取り入れるときだ。1年以内には10Gバイトイーサネット(GbE)は25GbEに取って代わられるだろう。また、2017年までには40GbEが主流となり、価格が下がるにつれて100GbEが40GbEに取って代わるだろう。ソフトウェア定義ネットワークは、スイッチのアーキテクチャを変化させ、レイテンシを減らし、ネットワークプロセスを自動化するであろう。それから、RDMA over Converged Ethernet(RoCE)も、2020年までにはInfiniBandに取って代わる可能性が高い。
マーケティング担当者の言葉を信じるなら、ハイパーコンバージドインフラはサーバアーキテクチャの主流になるだろう。このインフラは、同じ筐体にストレージとコンピューティングを同梱し、ネットワークデータサービスを処理する。この構造はRRAMと高速なSSDの両方で、データを共有するのに向いている。多くの場合、比較的低速なSSDやHDDを搭載した大容量ストレージは存続するだろう。このような種類のアプライアンスでも、ハイパーコンバージドサーバと似ている。イーサネットストレージを優先するデータセンターでは、ファイバーチャネルは廃止される可能性が高いだろう。廃止の目的は、サーバの接続プロファイルを単純化して縮小するためだ。
高速なRRAMストレージがあれば、ディスクスロットやPCIeカードのスペースを持たないようなサーバが誕生するだろう。例えば、バックプレーンに接続して密度を大幅に高めているHMCモジュールサイズのカードであるかもしれない。このようなものが可能になれば、数Tバイトのストレージオンボードを搭載したストレージ重視のHMCモジュールを実現することができる。光スイッチの使用などによって、相互接続されたコンポーネントのパフォーマンスは非常に高くなるだろう。
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