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» 2016年07月25日 07時00分 UPDATE

SYSTEM DESIGN JOURNAL:クラウドに生まれる新たなレイヤーの形 (1/4)

IoTやビッグデータコンピューティングの圧力により、クラウドには「層化」とも呼べる現象が起こっています。それはアプリケーションデータフローと実際の帯域幅、そしてレイテンシ制約という競合する課題への対応です。

[Ron Wilson,(Editor-in-chief,Altera),MONOist]

 1つの巨大な雲として現れる気団(air mass)は、風や温度、気圧、湿度の複雑な相互作用の下で、異なる特性を持つ幾つかの別個の層に分かれることがあります。

 同様に、現在の一見すると均一なクラウドデータセンターも、ビッグデータコンピューティングやIoTの新たな圧力により、データセンターの中心から現実の世界に分散された無数のセンサーやアクチュエータに至るまで、複数の別個のコンピューティング、ネットワーキング、ストレージレイヤーに変容しつつあります。このクラウドスタックの開発については、2016年4月にカリフォルニア州サンタクララで開催されたOpen Server Summitで発表された論文で独自の断面図が示されています(図 1)。

図1. 大気条件によっては、雲は複数の独立した層に分かれることがある 図1. 大気条件によっては、雲は複数の独立した層に分かれることがある

 この「層化」とも呼べる現象の特徴は、通常、アーキテクチャ変化の背後に存在するコンピューティング能力の集中化ではなく、データの移動に対する制約が原動力となっていると思われることです。そのため、単純な計算能力より、帯域幅やレイテンシがますますクラウドの全体構造を決定する要因となってきています。

自己再調整するストレージ

 最も急激な変化の幾つかは、データセンターの奥深くにあるメモリやストレージの領域で生じています。単純なアーカイブテープの階層として始まり、大量のディスクアレイ、そしてDRAMのバンクと発展してきましたが、デバイスタイプ、配置、インタコネクト技術は霧のように細かく細分化されてきました。現在、その混沌とした霧は、幾つかの別個のレイヤーとして再び凝結しつつあります。

 その原動力となっているニーズは、なるべく多くのデータを可能な限りサーバCPUの近くに置くことです。memcachedの重要性までさかのぼることができるこの流れは、SparkやRedisなど、データセット全体をディスク常駐ではなくメモリ常駐にしようとするソフトウェアからの強力な後押しを受けています。こうした圧力の下、集中型RAIDアレイをイーサネット経由でサーバに接続するというレガシー構成は、サーバカード上の小型高速ドライブをSATAによってDRAMアレイにリンクするという構成に取って代わられました。

 同様に、これらのドライブはサーバカード上の大容量かつ高速なSSDに取って代わられようとしています。つまり、今やNVMeプロトコルを介してPCIe経由でCPUクラスタに接続された高密度NANDフラッシュのアレイを実装するか、あるいはサーバカードのDRAMバス上のDIMMに常駐させているのです。

 MicronのRob Pelgar氏(アドバンスト・ストレージ担当バイスプレジデント)は、Open Server Summitの基調講演にて、同社の3D XPointメモリが将来、最善の選択肢になるとしています。不揮発性、NAND フラッシュの数千倍のスピード、そしてDRAMをはるかに超える高密度を持つ3D XPointは、ラック内の大容量共有SSDとブレード上のDRAMの間に最適であると述べています(図 2)。

photo 図 2. IntelとMicronの3D XPointメモリは、メモリ/ストレージ階層内のSSDとDRAMの中間に新たなレイヤーを生み出している

 実装された3D XPointは、Sparkのようなシステムにとって、ブレード上のローカルメモリをDRAMに似た1つの大容量プールへ拡大するのに役立つだけでなく、その他にも幅広い影響をもたらします。

 不揮発性メモリによるCPU内の広大なアドレス空間は、デバイスの仮想化やIoTによって生み出されているレイテンシを重視するアプリケーションへの対応に大いに役立つ可能性がある、とPelgar氏は指摘しています。

 また、不揮発性メモリを採用すれば、OSカーネルの基本原則も変わります。つまり、ファイルシステム、メタデータ、キー値ストア、アプリケーションデータなどの構造は、プロセスを新たに呼び出すごとにリロードするのではなく、常駐型にすることが可能になります。

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