大規模データ処理に適したストレージ機能【前編】

“CPU中心主義”では得られない「進化したNVMe」の利点とは？

2024年1月、「NVMe」に新たなコマンドセットが加わった。これにより、CPUを中心とした従来のストレージシステムにはない利点が得られるという。強化の詳細と応用例は。

公開 2024年04月18日 08時31分

[TechTarget]

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　ストレージインタフェース規格「NVMe」（Non-Volatile Memory Express）を開発する同名コンソーシアム（共同事業体）NVM Expressは2024年1月、同規格に新たなコマンドセットを追加することを明らかにした。コマンドセットは、ストレージデバイスとシステム間で、データ転送やデバイス制御を実行するためのコマンド群を指す。このアップデートによって、NVMeに準拠したフラッシュストレージを用いたデータセンター向けのシステムに、さらなる飛躍が見込まれるという。どのような進化が期待できるのか。

CPU中心主義にはない“NVMe新機能の利点”とは

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NVMeの進化

　今回の更新で、NVMeに2つのコマンドセットが追加される。1つ目は「Computational Programs」、2つ目は「Subsystem Local Memory」だ。これらのコマンドセットは、ストレージのサブシステム内で直接データを処理し、ホストマシンのCPUを介さずにストレージ内部のメモリにアクセスすることを可能にする。

　Computational Programsは、データ演算の負荷をホストマシンからストレージデバイスに移行させる。この負荷の移行は、ストレージ自体が演算機能を持つ「コンピュテーショナルストレージ」の概念の根幹を成すものだ。これによってデータの保存場所に近いところで、より速くデータを処理できるようになる。NVM Expressによれば、Computational Programsは「ホストマシンがストレージの演算処理を主導し、必要な処理を組み合わせて実行する『モジュラーアプローチ』」を提供する。

　コンピュテーショナルストレージは、データの保存場所でデータを処理する「ニアデータ処理」（NDP）に当たる技術だ。その中核にある目的は、ストレージからホストマシンにデータを移す必要性を減らし、レイテンシ（遅延）に左右されやすい用例における処理速度を向上させることだ。このような用例としては、以下がある。

データベースの読み書き
AI（人工知能）エンジンの演算

　データ移動を減らすことによる派生的なメリットとしては、以下が挙げられる。

エネルギー使用量やネットワークの帯域幅の使用率の削減
セキュリティの向上

　Subsystem Local Memoryは、NVMeフラッシュがストレージ内の記憶領域に直接アクセスできるようにするコマンドセットだ。たいていの場合、コンピュテーショナルストレージはデータの読み込み元と書き込み先の両方をストレージ内の記憶領域にできるようにすることを要件とする。Subsystem Local Memoryによって、この機能が実現するというわけだ。「ストレージで実行するプログラムやNVMe経由のデータ転送を通じて、ストレージ内の記憶領域にアクセスできるようになる」とNVM Expressは説明する。これにはNVMeの入出力（I/O）コマンドを使うことでアクセス可能だ。

　後編は、コンピュテーショナルストレージの利点と活用例をより具体的に紹介する。