Computer Weekly製品導入ガイド
次世代データセンターのためのプロセッサ選定
次にデータセンターを刷新する際は、代替チップアーキテクチャを取り入れる必要がある。その理由について解説する。
リソースが動的に割り当てられるデータセンターアーキテクチャを想像してみてほしい。そのようなオーケストレーションが10年以内に現実になるかもしれない。
現在、サーバは大抵がIntel Xeonを搭載していて、汎用ワークロード向けに最適化されている。Gartnerがまとめた欧州の2014年4~6月期のサーバ出荷統計によると、x86サーバの売り上げが12.7%増えた一方、RISC/Itanium搭載のUNIXサーバの売り上げは23.6%減った。「Xeon技術の開発スピードのおかげで、Xeonはどんな用途にも非常に優れている」とGartnerのアナリスト、エロル・レシット氏は解説する。
だが、未来のワークロードがどんな様相になるかは誰にも予測できない。Xeonの現状はいずれ、まだ性能が考慮されていない新しいワークロードによって揺さぶられるとレシット氏は予想する。
消費電力が促す新しい設計基準
ここ数年の最大級の投資分野は低消費電力のサーバベースコンピューティング開発だった。ノートPC向けのAtomベースプロセッサやスマートフォンに採用されているARMプロセッサは、サーバ用のXeonプロセッサに比べて消費電力が大幅に低減されている。
Gartnerの予想では、2017年までにx86サーバ市場の4%は極端な低消費電力サーバにシフトする見通しだ。ただしARMやAtomを搭載したサーバは汎用マシンではなく、従ってXeonの代替としては使えない。
低消費電力サーバのアーキテクチャは、特定のワークロードで役に立つ。メモリ、演算性能、I/Oのバランスを取ることで、ビッグデータ、Web、スーパーコンピューティングといった演算的には単純なタスクに最適化させる。こうしたシステムではアプリケーションを個々のタスク用に分割でき、数百もの低消費電力プロセッサで構成される超並列ハードウェア上で同時に実行できる。
スーパーコンピュータの「Sequoia IBM Blue Gene/Q」(世界上位500台のランキングで3位の性能)のようなマシンでさえも、ベースとなっている演算性能は控えめだ。各ノードは1.6GHzで稼働する16コアのPowerPC A2プロセッサと16GバイトのDDR3メモリで構成される。結果的に、比較的少ない消費電力で高い性能を達成できる。
Hewlett-Packard(HP)のメグ・ウィットマン最高経営責任者(CEO)は、コモディティサーバ市場で差別化を図る存在として同社の低消費電力サーバ「Moonshot」に大きな期待を寄せる。MoonshotはIntel AtomとAMD Opteronシステムオンチップ(SoC)プロセッサを搭載し、デスクトップ仮想化とWebコンテンツ配信アプリケーションに最適化されている。同サーバはWindows Server 2012 R2やRed Hat Enterprise Linux、Ubuntu、SUSE Linuxに対応する。
一方、メーカー各社はARM64 SoC搭載のサーバも投入し始めている。そうしたサーバではARM専用の開発環境とLinuxディストリビューションが必要だ。ARM搭載サーバのソフトウェア標準化は主にLenaroが推進している。LinuxディストリビューションのUbuntuとRed Hat Enterprise LinuxはARMサーバアーキテクチャに対応している。
ARM64マイクロサーバ
AMDサーバ部門の製品マーケティング担当副社長、カール・フロイント氏は、ARMベースのアーキテクチャは多大な関心を集めているが、これは少なくとも半年先の技術だと指摘する。
「プロダクションシリコンは提供が始まったが、ベンチマークには時間がかかり、サーバ市場の成熟にも時間がかかるだろう」(同氏)
AMDが出荷を開始した開発環境は、機器メーカー、OSデベロッパー、データセンター運営者、Javaおよびオープンソースソフトウェアコミュニティーが利用できる。半導体メーカーから見ると、ARMはプロセッサ開発コストの大幅な削減につながるオープンソースハードウェアに相当する存在だとフロイント氏は話す。
半導体企業のCaviumとApplied Microは、ARMマイクロサーバ市場に対してそれぞれ違うアプローチを取っている。Caviumが低消費電力コアを専門としているのに対し、Applied Microは高性能コンピューティング(HPC)のアプローチを取る。
AMDはARM Cortex-A57コアをベースとして半導体開発を進めている。フロイント氏によれば、これによってさまざまな差別化が可能になり、「低速コアを多数搭載したシステムの構築といった特定のワークロード向けの最適化や、FPGAやGPUを使った強化型のアクセラレーション技術の提供、暗号化プロセッサの提供が可能だと考えている」という。こうした差別化によって、専門ARMサーバ市場に競争が生まれ、コスト削減につながるとフロイント氏は予想する。
こうしたサーバは主にWebスケール企業に狙いを定める見通しだが、サーバの領域は広大であり、コスト削減で企業での採用に弾みが付くかもしれない。企業が間接的にクラウドコンピューティングのコスト削減の恩恵を受ける可能性もある。ARMはまた、ハードウェアが問題にならないサーバアプライアンスにも搭載される可能性がある。
「(Oracleの)Exadataがどんなチップセットを使っているか尋ねる人はいない。企業はARMプロセッサを使ったデータアプライアンスを登場させるだろう」とフロイント氏。実際、ARMベースのハードウェアはHadoopのようなアプリケーション用の分散型オブジェクトストレージに使われる可能性があると同氏は予想する。これは従来型のNASに比べ、コストを大幅に削減できる。
AMDのSeattle ARMCortex-A57ベースSoCの設計原則はそこにある。「Sataおよび2×10Gbpsプラス8コアプロセッサについてはI/Oがたくさんある」とフロイント氏は話す。
コンピューティングファブリック
昔のデータ処理では巨大なサーバ室に処理用、ストレージ用、メモリ用のハードウェアが別々に格納されていた。この技術は、共有されたネットワーク接続ストレージがx86ベースインフラで最も効率的な設定と見なされたストレージを別として、多くがコモディティブレードサーバに統合されている。
ただ、Hadoopのような特定のアプリケーションは、各サーバがローカルストレージからのデータを処理する環境で最もうまく機能する。業界はノートPCやスマートフォン向けプロセッサをベースとした低消費電力コンピューティングアーキテクチャを開発し始めており、AtomとARM64プロセッサがハイパースケールマイクロサーバに搭載されている。
2025年のデータセンター
AMDのSeattle ARMベースプロセッサを搭載したサーバが出荷されるのは2015年半ばになる見通しだ。ただ、データセンターが15年以上もつ設計になっていることを考えると、向こう数年のうちに構築されるデータセンターはARMなどのアーキテクチャを考慮する必要があるだろう。
SAP HANAやOracle Exadataなどの製品は、専門アプライアンスの市場があることを物語っている。つまり、未来のデータセンターでサーバプールを特定の種類の業務用に最適化する設計にできない理由はない。
主な課題は、アプリケーションアーキテクチャを変更してコンポーネント化を進め、APIにアクセスするための標準手段を確立することにある。業界は既に、サービス指向アーキテクチャとエンタープライズサービスバスを通じてこのアプローチを発明している。
エンタープライズサービスバスで接続され、全ての物理ハードウェアが仮想化され、インフラがパブリッククラウドにまで広がったソフトウェアデータセンターを想像してほしい。こうしたデータセンターでは低消費電力のAtomやARMプロセッサを搭載したマイクロサーバのような専門サーバが役割を担い、できる限り消費電力を抑えて低コストで運用しなければならないワークロードをホスティングする。
専門プロセス
コモディティx86サーバアーキテクチャの成功は強まる一方だが、未来のデータセンターの設計では専門化こそ進むべき道かもしれない。メインフレームコンピューティング市場では、IBMの「System z Integrated Information Processor(zIIP)」や「System z Application Assist Processor(zAAP)で既にそれが起きている。
特定の集中的な演算業務用にGPU(Graphics Processing Unit)を使うことへの関心も高まっている。自動化されたデータセンターオーケストレーションの次の段階は、そうしたワークロードを見極めて、最も適切なハードウェアリソース上で最適に稼働できるようにすることだ。
ハードウェアが特定のワークロードのI/Oや演算性能、浮動小数点、ネットワークおよびストレージのニーズに基づいて動的に設定されると想像してほしい。Gartnerはこうしたアーキテクチャをコンピューティングファブリックと表現している。
データセンターサーバ企業のUnisysによると、ファブリックベースのアーキテクチャを採用することにより、コンピューティングやネットワーク、ストレージといった共有リソースプールのアジリティや柔軟性が高まる。これは、個々のミッションクリティカルアプリケーションがそれぞれ専用の物理サーバを持つデータセンタースプロール現象を避ける一助になり、導入の迅速化とコスト削減の助けにもなる。Unisysのコンピューティングファブリックにはx86サーバプロセッサが使われているが、他のチップアーキテクチャがファブリックの一部を構成できない理由はない。
唯一の大きな障壁は、電子ベースから光ベースの接続へ移行する必要があることだ。Gartnerのアナリスト、エロル・レシット氏によれば、サーバのマザーボードはプリントされた回路基板を使っているため、メモリはできるだけプロセッサの近くに置く必要がある。しかし光伝送に切り替えれば、信号の劣化は最低限に抑えられる。
「シリコンフォトニクスを使えば、個々の切り替え可能な最適化されたコンピューティングリソースに接続することも十分可能だ」とレシット氏は言い添えた。
フォトニックベースコンピューティング環境では、プロセッサ、メモリ、ストレージ、ネットワークコンポーネントを1台のキャビネットや1列のキャビネット内、あるいはデータセンター全体の中に混在させて組み合わせることが可能になる。「仮想マシンソフトウェアを使って事前に定義するのではなく、作業要件に基づいてロジック的にシステムを定義できるようになる」とレシット氏は話している。
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