ラトナーCTO基調講演レポート

会場:米San Francisco Moscone Center West
会期:9月26日～28日(現地時間)

Intel CTOのジャスティン・ラトナー氏

　IDF初日は、ポール・オッテリーニCEOによるオープニング基調講演に引き続き、Intel CTOのジャスティン・ラトナー氏によるR&Dに関する基調講演が行なわれた。「Over The Horizon:THE MEGA-CENTER」と名付けられた講演では、将来予想されるデータセンター像と課題を基に、Intelが開発中の技術が紹介された。

●メガデータセンターが抱える課題と解決へのアプローチ

　基調講演のタイトルとなっているMEGA-CENTERとは、100万台以上のサーバーを抱えるデータセンターのことだ。1日に1億以上のビデオ視聴が行なわれるYouTubeや、1日に30億のページビューに達しているYahoo!に代表されるように、オンラインサービスへの人気が高まっており、今後はさらに新しいオンラインサービスへの需要が発生する。

　とくに現在ニーズが高まっているのが、アプリケーションやデータをオンライン上で保持するようなサービスで、このニーズが継続したならば、今後5年間で9倍もサーバーの数が増える。メガ・データセンターは現在でこそ小さな市場だが、将来的には膨れ上がる可能性を秘めた市場といえるわけだ。そして、このデータセンターという潜在的大規模市場は、プロセッサだけでなく、ストレージ、電力、セキュリティといった幅広い分野へインパクトを及ぼすことになる。

　ここで、実際に大規模データセンターを運用しているGoogleのDistinguished Engineerであるルイズ・バローソ氏を招待。Googleではデータセンターにおけるコストの予測として、ローエンドサーバーにおいて、将来的には電気代がハードウェアにかかるコストを上回ると予測している。

　現在の一般的な電源ユニットは、55～70%の電力効率であり、システムでもっとも電力を消費している。さらに、データセンターにおいては、UPSや配電装置などで何度もAC/DC変換が繰り返されているため非常に電源効率が悪化している点の2つを指摘。

　そこでIntelは、DCを入力する電源ユニットを利用することで電源変換の回数を減らし、電力効率を上昇させるアイデアを発表した。これはすでに大規模データセンターでの実験も進められており、今回は実際にデモも実施され、14%の改善を見せた。

　もちろん、この技術の実現においては、電力周りの装置がこれまでのACを前提としたものから、DCを利用するものへと変革しなければならない。こうした装置の規格化などについて関係コミュニティの協力を求めている。

　また、データセンターにおける別の課題の1つとして、ファイアウォール内のデータセキュリティについても言及。こちらを改善するアプローチとして「Linksec」と呼ばれる技術を紹介した。従来より利用されているIPSecではサーバー－クライアントの2カ所で暗号化/復号化が実施されているが、Linksecは経路上の装置ごとで暗号化/復号化を行なう仕組みである。

Googleによるローエンドサーバーにおけるコスト予測。将来的には電力コストがハードウェアそのもののコストを上回ると予想している	現在のデータセンターでは、UPS、配電装置、電源ユニットの各部分で頻繁にAC/DC変換が行なわれており、その都度、一定の電力をロスしてしまう効率の悪い仕組みとなっている	そこで、DCを入力した電源ユニットを利用し、それを中心としたデータセンターを提案。この場合はAC/DC変換を最低限に抑えられるので効率が良い
このDCを利用した電源ユニットは実験段階に入っており、基調講演でもデモが実施された。このデモで使用されたサーバーにおいては、AC入力を利用した電源ユニットに比べ、DC入力を利用した電源ユニットでは約14%の省電力を実現している	セキュリティ向上のアプローチとして提案されたLinksecの概念。サーバー－クライアントで暗号化/復号化を行なっているので、管理者は経路上のパケットを確認することはできない。Linksecでは経路上の装置ごとで暗号化/復号化を行なうので、適切なキーを持っていればパケットの流れを把握することができる。悪意ある行動が取られた場合などでも状況を知り、対策をとりやすくなる	基調講演内では、ハッカーがファイアウォール内に侵入してパケットの読み取りを図ったデモが実施された。写真に示したような仕組みでLinksecを導入し、クライアントからメールを送信。当然ながらハッカーはメールを読むことができず、監視サーバー上ではメールを見ることができている

●メガ・データセンターを現実にするテラスケール・コンピューティング

　とはいっても、メガ・データセンターは現在5%にも満たないうえ、実現するためにはデータセンターに必要な面積は80万平方フィートに達し、必要な電力は5億ワットと27万8千件の家庭に相当するほどになる。そのため、より実現可能な状態へ近づけるには、サーバー性能密度の向上や、電力効率のさらなる向上が求められることになる。そこで言及されたのが、Intelが取り組んでいるテラスケールリサーチプログラムだ。

　テラスケールリサーチプログラムでは現在、Tera OPS(FLOPS)のパフォーマンス、TB/secのメモリバンド幅、TbpsのI/O転送速度を実現しようとしている。

　まず、Tera OPS/FLOPSの実現にあたっては、オッテリーニ氏の基調講演でも触れられた80個のコアを持つシリコンを紹介。3.1GHzで動作するこのチップは、浮動小数点演算に特化したインストラクションセットのみを持つ簡単なものだが、Tera FLOPSの性能を出せ、1Wあたり10GFLOPSの性能になるという。

　そして、こうしたTera FLOPSの性能を持つチップは、それだけメモリのバンド幅への要求も大きくなる。そこで取られたアプローチが、プロセッサコアとメモリをスタック化する手法だ。今回の試作品ではSRAMを利用しているが、プロセッサとメモリが1対1で、しかも数千の電気的接続が発生するので、そのバンド幅は1Tbpsを超える。

　そして、最後の課題である1TbpsのI/転送速度を実現するのは、先週発表されたハイブリッド・シリコンレーザーだ。これは、リン化インジウムによって発光されたレーザーと、レーザーを導くウェーブガイドを設けたシリコンを、酸化膜によって接着し、1つのチップに形成するものだ。リン化インジウムによる発光、シリコンによるウェーブガイド、酸化膜による接着は、いずれも従来技術の延長線上にあるので、大量生産への移行が簡単であることをメリットとして挙げている。

　この、ハイブリッド・シリコンレーザーを利用し、25本のレーザーをマルチプレクサを利用して1本に集積。光ファイバーによって送受信を行ない、受信側は同様にデ・マルチプレクサ、レーザーによる転送を行なう仕組みとなる。

　こうしたテラスケール技術が現実のものとなってきたことで、メガ・データセンターも現実的なものになってきた、というのが、ラトナー氏による今回の基調講演のまとめとなった。

　R&D関連の話題で、しかもデータセンターを題材とした講演であるため、こうした技術が将来的にはPCでも利用される可能性があるとしても、いまひとつピンと来ないという印象を受けるかも知れない。ただ、テラスケール技術によってメガ・データセンターを持つサービスプロバイダが増えれば、それだけオンラインサービスも充実してくるはずだ。それは、間接的に一般ユーザーへのメリットとして享受できるのではないだろうか。

基調講演で紹介されたテラスケールプロセッサの詳細。浮動小数点演算を行なうだけのインストラクションセットと、コア間接続を行なうルーターのみを持ったシンプルなものだが、紛れもなく80個のコアを持つメニーコアプロセッサである	テラスケールプロセッサのウェハを紹介するラトナー氏。右端が今回紹介されている80コアプロセッサとメモリスタックを施したウェハ。中央は同じものの試作品。左端はコアとメモリを繋ぐバンプ層である	ウェハを拡大した写真。横方向に8個、縦方向に10個のコアを持っていることが確認できる。脇には用途は不明だがSRAMらしきものも実装されている
コアとメモリをスタックすることで、多数のピンによって接続でき、結果、1Tbpsの帯域幅を実現できる	ハイブリッド・シリコンレーザーをIntelと共同開発し、壇上でチップの説明を行なっている、カリフォルニア大学サンタバーバラ校、電子/コンピューター工学教授のジョン・バウワーズ氏	ハイブリッド・シリコンレーザーの仕組みを紹介した3Dモデル。オレンジ色の部分がリン化インジウム、グレーと緑の部分がシリコンで、2つの素材を接着しているのが特徴。リン化インジウムに電気を加えることで発生したレーザーの流れをシリコンによって制御する
基調講演で実施されたハイブリッド・シリコンレーザーのデモ。4本のレーザー光を赤外線カメラによって読み取らせている。基調講演では間にカードを通してレーザーが遮られる様子を見せることで、レーザーが発せられていることを証明していた	デモで利用されたハイブリッド・シリコンレーザー。先端の金色の部分にハイブリッド・シリコンレーザーチップが備わっている	ハイブリッド・シリコンレーザーを利用した、I/Oリンクの例。25本のレーザーをマルチプレクサによって1つの信号にまとめ、1本の光ファイバーケーブルで送信受信を行なう

□IDF Fall 2006のホームページ(英文)
http://www.intel.com/idf/us/fall2006/
□IDF Spring 2006レポートリンク集
http://pc.watch.impress.co.jp/docs/2006/link/idfs.htm

(2006年9月28日)

[Reported by 多和田新也]