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高密度サーバーインフラの開始点「INTEL NUCサーバーソリューション」

記事公開日時 : May 4, 2015, 5:00 pm
ACROFAN=權 容滿 | yongman.kwon@acrofan.com | SNS
コンピュータの性能は日々高まっており、一般的に「ムーアの法則」と呼ばれるコンピュータのパフォーマンスの向上速度は、これまでの人類の歴史を振り返ってみても最速の変化に属するほどだ。

しかし、いつもパフォーマンスへの需要は供給を上回っており、様々なサービスの需要を満足させながらスペースとコストという物理的な限界を克服するための高密度、高効率のコンピューティングインフラに対する悩みは、近年ますます重要になっている。

高効率、高密度のサービスインフラのための悩みに対応する方向は大きく2つの方法が挙げられる。より多くのコアを持つプロセッサを多数使用した大規模のシステムと仮想化の組み合わせ、あるいはブレードサーバやマイクロサーバのような、より小さなシステムをより多く設定することだ。もちろん両方長所と短所が明確で、現実的には標準的な2U〜4Uシステムにより多くのコアを持つ最新のプロセッサを多数搭載している既存のインフラのリフレッシュのような方法論が一般的でもある。

高密度サーバー環境を構成するための新しいオプションとして提示することができるTrue Networks Japan(https://www.nucserver.com)の「NUCサーバー(NUC Server)」は、INTELの超小型フォームファクタベースのシステムであるNUC(Next Unit of Computing)を使用して、高集積インフラの構成を示す。モバイルプラットフォームベースの低消費電力プロセッサを利用するNUCを標準42Uラックシステムや専用ラックを利用して各ラックあたり192台のNUCを装着するこのNUCサーバーは、既存のラックサーバに比べ、コスト効率的に多数の高性能コアをエネルギー効率的に集積することができ、高い動作効率とコスト削減の効果を提供する。

 
▲NUCserverはINTELのEmbeddedユニットであるNUCをサーバーユニットとして活用する。

INTELが製作したNUCモデルは、約12cm * 12cm * 5cm程度のフォームファクタに、基本的なコンピューティングのためのすべての機能と性能を提供する。一般的にモバイルプラットフォームのためのデュアルコア構成の最新INTEL Coreプロセッサを搭載しており、メモリは最大16GBまで拡張可能でストレージはM.2 SSDと2.5型SATA SSDまたはハードドライブ1個を追加して使用することができる。ここでvProテクノロジー搭載モデルは、エンタープライズ環境のための強力なリモート管理機能を提供するのも特徴である。

NUCサーバーソリューションは、このようなNUCをデータセンターのサーバーノードとして活用して、ラックあたり最大192台のNUCを集積した高密度インフラの構成を提供する。これらのコンセプトは既存の高密度インフラを構成するためのオプションであるマイクロサーバとも似ているが、既存のマイクロサーバー以上の集積度と優れたコスト効率を提供することができ、バックアップサーバーやWebサーバー、FTPサーバーやメールサーバーなどの既存の小型サーバで活用されたサービスや、大規模のクラスタ構成などに効果的である。

一般的なラックマウントサーバと比較すると、NUCは小さなサイズと低消費電力、高い管理便利性を期待することができる。 NUCに採用されるプロセッサは従来のデスクトップ、サーバプロセッサと比較してほぼ同等のコア当たりの性能を半分の消費電力で提供することができる程度であり、個々のシステムの消費電力も最大25〜30W程度に過ぎない。また、標準的な42Uラックに最大192台のNUCと必要なネットワーク機器を装着することができ、既存の1Uサーバに比べて最大数倍以上のスペース効率を提供する。

 
▲標準の19インチラック環境のための「NUCサーバーユニバーサルソリューション」の構成

 
▲標準のラック構成よりも高い密度を提供する「NUCサーバーカスタムソリューション」の構成

NUCサーバーは、データセンターとvIDC事業者のための2つの構成案を提示する。1番めは「NUCサーバーユニバーサルソリューション」で、標準的な19インチ42Uラックに最大192台のNUCとネットワーク機器を構成する。標準的なラックシステムに適用できるように設計されたスライド方式の引き出し型ケースに8台のNUCキットとリモート電源制御機能を含む統合電源装置を内蔵し、これを標準ラックに装着して構成する方法である。

2番目のオプションは、NUCに最適化された専用のラックを利用する「NUCサーバーカスタムソリューション」だ。ここで使用されるNUCサーバー専用ラックの最大の特徴は0.6m程度の狭い幅を通じたスペース効率改善である。標準の19インチラックの場合、各ラックあたり1〜1.2mの深さを持って、サーバをラックに設置して運営、アクセスするために少なくともラックの深さほどのスペースが必要である。つまり、ラックの1つの列ごとに合計2〜2.4m以上のスペースが必要だという計算になる。

しかし、NUCサーバーカスタムソリューションの専用ラックは0.6mの幅と一緒にラックとラックの間の空間も人が入ることができる0.6m程度のスペースだけあったらNUCをインストール、操作に問題がない。これで標準のラックに比べスペース効率が約2倍に引き上げることができる。この専用ラックも最大192台のNUCを装着することができ、同じ面積であれば、カスタムソリューションを使用することにより2倍程度までより多くのNUCをインストール、操作することができる。

 
▲強力なリモート管理機能を提供するプラットフォーム内蔵INTEL vProテクノロジー

 
▲統合内蔵電源装置にはネットワークベースの電源制御装置を内蔵した。

管理性の面では、個々のNUCに内蔵されたvProテクノルロジーと一緒にシャーシレベルでのネットワークベースの電源制御装置を提供する。個々のNUCに内蔵されたvProテクノルロジーは大規模システムの管理の効率的なツールを提供しており、AMT技術に含まれているiKVM機能を使用してユーザーが自分のNUCサーバーIPに直接接続、操作することができ、Webベースの管理ツールを使用してリモートで電源をオンまたはオフすることができるように支援する。これらの機能は、物理的に電源とネットワークが接続されている場合は、いつでも使用することができる。

統合内蔵電源装置に内蔵されたネットワークベースの電源制御装置は、ユーザが強制的にシステムの電源印加を制御することができるようにする。これはサービス運営中AMT技術を使用したシステム制御がうまくいかない、物理的なハードウェア制御が必要な場合に使用できる保険性機能にも見ることができる。また、NUCサーバーではリモート電源制御機能を事業者の既存のWebサイトに連動可能な専用APIを提供しており、サーバーに固有のネットワークベースの電源制御装置の構築のためのコスト負担を最小限に抑えている。

NUCサーバーが提供する高レベルのリモート管理ソリューションは、高集積されたNUCサーバーインフラの運用負担を大幅に軽減し、ユーザーに利便性を提供する。 NUCに内蔵されたiKVMとサーバーラックレベルで構成されている統合内蔵電源装置を使用した管理は、ハードウェアの故障による部品やシステムの交換以外の問題はすべてリモートで解決できる方法を提示し、これは事業者等における費用対効果に直結されている部分でもある。さらに、オペレーティング·システムの観点から検証されたWindows Server 2008 r2または2012 r2やLinuxの最新バージョンを選択することもでき、OSレベルの柔軟性も確保した。

 
▲標準42Uラックには、25W NUC 192台を設置することができ、1Uあたりのコア数は9.6個。

既存のラックマウント型サーバベースのインフラに比べNUCサーバーが立てることができる利点は「密度」と「消費電力」、そして「コスト」である。 NUCサーバーは、ラックごとに192台を装着することができ、192台のNUCで構成されたラックが使用する電力量は、NUC単一の機器あたりの消費電力を25W程度見たとき、約4,800Wを少し超える水準になる。これは1Uサイズの標準サーバー40台のラックを構成したときにシステムごとの平均150W、合計6000W程度を消費するのと比較して20%ほどの消費電力の削減効果が期待できる。

これをインフラレベルまで拡張して100台の19インチ42U標準ラックを操作することを前提すると、既存の1Uサーバは4000台の運営に消費電力は6MWになるが、NUCサーバーユニバーサルソリューションは19,200台のNUCを同じ空間で4.8MWの電力消費量で運営することができる。また、より小さなラックの設置スペースを必要とするNUCサーバーカスタムソリューションは同じ空間で最大32,640台のNUCを8.16MWの電力消費で動作することができるようになって、上面効率とエネルギー効率の両方を最大化することができる。

ラックあたりのコア数の面でもNUCサーバーは、高い密度と費用対効果を期待することができる。ユニバーサルソリューションベースのNUCサーバーはラックあたり384個の物理コアを搭載し、ラック当たり40Uをサーバースペースに書き込むことができるとすれば1Uあたり9.6個のコアを持つことになる。 1U 1Pや2U 2Pサーバーに10コアクラスのプロセッサを構成すると、同様のプロセッサ密度を期待することができるが、消費電力の面ではXeonプロセッサE5-2600 v3シリーズ10コアプロセッサ単独で消費する電力量にNUCシステム5台を駆動することができるほどだ。

 
▲NUCserverカスタムソリューションでは、1Uスペース当たり16.3個のコアが集積されている。

カスタムソリューションベースのNUCサーバーは1Uラックに必要なスペースから約326.4台NUCを集積することができる。 1Uラックスペースから得ることができるコアの数は652.8個に達し、これは1U 40台の構成ラックの基準で1Uあたり16.3個のコアを搭載したことになる。このようなコア密度以上を実装するには2U 2Pサーバーからハイエンドラインナップの16コアプロセッサ以上を使用するか、1U 2Pサーバーから8コアプロセッサ以上を構成する必要があるが、どちらの場合もコストと消費電力の面での負担が大きくなる。

プロセッサの消費電力の面で、NUCが使用するプロセッサはTDP 15W、SDP 10Wレベルのモバイル·プロセッサで、単純に計算するとコアあたり7.5W TDP程度が出る。しかし、XeonE5 v3シリーズのプロセッサは比較的高価の低消費電力モデル程度がこの程度のコアあたりの消費電力量に近づいて、一般的なモデルの場合、コアあたり10W以上を消費する。ここで、モバイルプラットフォームに比べ消費電力量が大きいサーバプラットフォームの特性上、完全なコアの数が多くなるほどNUCサーバーの低消費電力の特徴はさらに目立つ。

低いコアあたりのシステムの消費電力は、単純な電力コストの削減を通じた運用コストの削減以上の意味を持つ。データセンターに供給される電力量には限界があり、ラックあたり最大消費電力量が制限される場合、低いコアあたりのシステムの消費電力と高いエネルギー効率はより大きなインフラの規模を設定することができるようにするためである。また、ラックあたりの最大消費電力量が制限される場合より少ないシステム消費電力は別の意味での上面コストの最適化を可能にする。

 
▲NUCは、サービスインフラの次世代単位ユニットとしても活用可能となった。

これらの高集積とエネルギー効率などでTrue Networks Japan(https://www.nucserver.com)が供給するNUCサーバーソリューションはデータセンターなどで既存のエントリレベルの1U 1Pサーバに提供されたバックアップサーバーやWebサーバー、FTPサーバー、電子メールサーバーなどのサービスをより少ないスペースとコストで提供することができるようにする。特に既存のエントリレベルの1U 1ソケットサーバー程度で提供されたサービスであれば、NUCサーバーは同じ空間と電力量で数倍のサービス提供能力を期待することができる程度であり、仮想化が実装されたインフラであれば、利用効率と可用性はさらに上がることができる。

また、このNUCサーバーを効果的に活用することができる分野がある場合は分散処理を基本とするスケールアウトアーキテクチャベースのレンダーファームや分析システム、HPCなどが考えられる。ノードあたりの性能と効率、スペース効率と電力消費を全部考えなければならないこれらの用途では、NUCサーバーベースのクラスタ構成は高い空間効率とコア密度、電力効率、構築コスト面などで非常に魅力的であり、NUCの信頼性の側面も欠陥が許容される分散処理アーキテクチャであればそれほど問題にならない。

NUCサーバーのユニット当たりの価格は提供される性能と管理性を考慮するとクラスのラックタイプサーバと比較して非常に合理的であり、小さなフォームファクタと低消費電力特性に上面コストと消費電力のコストなどの一般的なx86サーバーと比較して明らかに高効率を提供する。また、NUCサーバーが提供するvProベースのリモート管理技術は、NUCサーバーを単にサイズが小さいサーバまたは変形されたマイクロサーバー程度にとどまらず、「次世代のコンピューティングユニット」という意味のままNUCをサービスインフラの次世代単位ユニットで扱うようにした。

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