ホワイトペーパーCisco Unified Computing System 拡張メモリ テクノロジーの概要 
このドキュメントの内容データセンターの運用コストの上昇とワークロードの増大に対処するために、サーバ コンピューティング プラットフォームの効率を高める手段としての統合と仮想化に注目が集まっています。Line-Of-Business（LOB; 業務用）アプリケーション、社内データベース、Online Transaction Processing（OLTP; オンライン トランザクション処理）、および Web サーバ アプリケーションが進化を続けるなかで、サーバ システムのメモリ容量が果たす役割は非常に重要です。 メモリ所要量の増加の要因としては、64 ビットのアプリケーションやオペレーティング システム、および仮想化の普及があります。その結果、中央集中型のスケールアウト コンピューティングが可能な、シンプルなサーバ アーキテクチャが求められるようになりました。高度な管理機能と革新的な x86 サーバ メモリ アーキテクチャを備えたこのようなサーバは、大量のメモリを必要とする新しいアプリケーションをサポートするために不可欠です。アーキテクチャがシンプルになれば、継続的な取得、運用、およびメンテナンスのコストの削減に役立ちます。 Cisco® 拡張メモリ テクノロジーは、x86 ベースのコンピューティング環境におけるこのような必要性に対処するために開発されたテクノロジーです。Cisco Unified Computing System における重要なイノベーションの 1 つであるこのテクノロジーによって、従来型の 2 ソケット サーバの 2 倍を超える（384 GB）メモリが使用できるようになり、仮想化や大量のデータセットを扱うワークロードのパフォーマンスとキャパシティが拡大します。逆に、リソースをそれほど要求しないワークロードの場合も、コストに見合ったメモリ容量の確保が可能です。 イントロダクションサーバのサブシステムの中では、プロセッサ、メモリ、I/O の 3 つが最も重要です。どれが欠けても、サーバのワークロードのパフォーマンスと信頼性は維持できません。この 3 つのサブシステムのどれもが、パフォーマンス ボトルネックとなる可能性があります。アプリケーションを表す言葉として「CPU バウンド」、「メモリ バウンド」、「I/O バウンド」という言葉が使われているときは、そのサブシステムがそのアプリケーションのボトルネックとなる可能性があります。 メモリは、大規模な社内データベース、仮想化、オンライン トランザクション処理のサポートや、重要な業務用アプリケーション、たとえば Enterprise Resource Planning（ERP）、Customer Relationship Management（CRM）のビジネス復元力維持の中心的役割を果たします。したがって、使用可能なシステム メモリの大きさが全体的なシステム パフォーマンスに大きく影響します。オペレーティング システム、ミッションクリティカルなアプリケーション、およびデータの信頼性とパフォーマンスは本質的に、メモリ容量と切っても切れない関係にあります。 サーバがシングルコアからマルチコアへと進化した結果、プロセッサの処理能力とエネルギー効率が向上しました。しかし、さまざまなオペレーティング プラットフォームを対象として Mindcraft Labs が実施した調査によれば、プロセッサよりもメモリの増設のほうが、Web サーバおよび Database Management System（DBMS; データベース管理システム）サーバのパフォーマンスを高めるという課題に対する、コスト効果に優れた解決策であることが判明しています。この観点から言えるのは、コスト効果に優れたメモリ拡張テクノロジーはデータセンターにおけるサーバ ワークロードの規模拡大とプロセッサ使用率向上の鍵ということです。このメモリ サブシステムは、最新のプロセッサが必要とするアクセス時間の短さと、今日のアプリケーションが必要とする大容量を実現できるものでなければなりません。 サーバ ワークロードの増大への対処方法サーバ ワークロードの増大は今後も続くため、データセンターはワークロードの増大に対処すると同時に価格、パフォーマンス、電力供給、冷却、信頼性、およびアベイラビリティのバランスを取る必要があります。このような課題へのアプローチとしては、次のようなものがあります。
サーバ数の増加は、Operating Expense（OpEx; 運用コスト）と管理およびメンテナンスのコストの大幅な増加につながります。電力供給と冷却の所要量が増え、必要なインフラストラクチャも増大するからです。結果的に Total Cost of Ownership（TCO; 総所有コスト）が上昇するため、今日の企業にとって最善の策とは言えません。 サーバあたりのソケット数を増やすと、使用可能なメモリの大きさが拡大します。ソケットが増えるたびに、アドレス指定可能なメモリも増えるからです。ただし、ソケット数を増やすと、サーバ アプリケーション環境をサポートするための Capital Expenditure（CapEx; 資本コスト）と OpEx の増加に加えて、隠れたソフトウェア ライセンス コストが発生する可能性もあります。この方法の場合も、TCO が上昇します。 対照的に、サーバあたりのメモリ容量拡大は現実的で、コスト効果と拡張性に優れた解決策です。サーバの Return On Investment（ROI; 投資回収率）の向上と TCO の低下が可能であり、ミッドレンジおよびハイエンドのエンタープライズ サーバ ワークロードという目標を達成する、あるいはそれ以上の成果を挙げることができます。 仮想サーバ上のメモリサーバの仮想化は多くの企業に導入されており、多数のサーバ ワークロードが仮想マシンとしてカプセル化されて 1 台の物理サーバ上で実行されています。1 台のサーバにインストールされる一般的なメモリの大きさは、仮想環境では不十分なこともあります。複数の仮想マシンのどれもが、同じサーバ上のメモリを必要とするからです。仮想マシンはそれぞれ、設定された大きさのメモリを消費しますが、さらに仮想化のために少量のオーバーヘッド メモリが必要です。 仮想化管理ソフトウェアには、仮想マシンあたりのメモリの最小量と最大量を指定する機能があります。最小量とは、使用できることが保証されている大きさであり、仮想マシンが使用するメモリの大きさは、他の仮想マシンのメモリ使用状況に応じて最大量まで拡大することができます。 実際の稼働環境では、仮想マシンあたり 2 〜 4 GB が使用されるのが一般的です。この前提に基づいて、図 1 にメモリ コストと総システムメモリの関係、および仮想マシンあたりの平均メモリ量に対するコストの急上昇を示します。このグラフは 2 ソケット Intel Xeon 5500 シリーズ プロセッサとさまざまなサイズの DDR3（Doubledata-Rate-3）メモリの推定価格に基づいて、システム メモリ 36 GB を基準として作成されています。仮想マシンの数が増えると、サーバあたりのメモリ所要量も増加します。最新のメモリ テクノロジーがサーバに導入されていても、目的の大きさのメモリ構成はすぐにコストの点で実現不可能になるか、存在しなくなります。結果として、仮想化ワークロードを処理するには物理サーバの数または規模を大きくするのが一般的となっています。 
図 1 2 ソケット メモリの経済性 Cisco 拡張メモリ テクノロジーのイノベーションCisco Unified Computing System における Intel Xeon 5500 シリーズ プロセッサのパワーを生かして開発された、シスコの特許取得済み「拡張メモリ テクノロジー」によって、最大 384 GB のメモリが 1 台のサーバで使用できるようになります（Cisco UCS B250 M1 ブレード サーバと Cisco UCS C250 M1 ラックマウント サーバで利用可能です）。このメモリの大きさは、Xeon 5500 シリーズのプロセッサをベースとする他のシステムで使用される標準的なメモリ容量の 2 倍を超えます。Cisco 拡張メモリ テクノロジーならば、従来のようなコストをかけずにメモリを拡大することが可能です。コストが削減されると共に、メモリ容量がかつてないほどに拡大するので、より多くのアプリケーションおよび仮想マシンの統合を経済的に実施することができます。図 2 に、2 ソケット システムへの Cisco 拡張メモリ テクノロジーの導入によって実現する容量の増加とコスト削減を示します。このグラフは 2 ソケット Intel Xeon 5500 シリーズ プロセッサとさまざまなサイズの DDR3 メモリの推定価格を基に、システム メモリ 36 GB を基準として作成されています。 
図 2 Cisco 拡張メモリの経済性 サーバ ワークロード処理のコストの削減という Cisco 拡張メモリ テクノロジーの効果は、具体的には次のように実現されます。
Intel Xeon 5500 シリーズ プロセッサ システム：メモリ アーキテクチャ新たに発表された Intel Xeon 5500 シリーズ プロセッサ マイクロアーキテクチャには、新しいシステム アーキテクチャ「Intel QuickPath Technology」が採用されています。このアーキテクチャでは、メモリ コントローラが各マイクロプロセッサに統合され、システム メモリの特定の領域が各プロセッサ専用になり、プロセッサと他のコンポーネントとは新しい高速インターコネクトによって接続されます。 クアッドコア Intel Xeon 5500 シリーズ プロセッサ CPU に統合されたメモリ コントローラには、3 個のチャネルと 2 本の Intel QuickPath Interconnect（QPI）があります。Intel QPI とは、プロセッサと I/O デバイスとの通信を可能にするために Intel が発表したコヒーレント ポイントツーポイント プロトコルです。このプロトコルを使用すれば、CPU 間の通信も CPU と I/O コントローラ ハブとの通信も可能です。ソケットあたり 3 個の DDR3 チャネルがサポートされ、2 つのソケットは Intel QPI を介して接続されます。Intel QPI リンク 1 本あたりの転送能力は最大 25.6 Gbps、つまり 6.4 ギガトランスファー/秒（Gtps）です。 Intel Xeon 5500 シリーズ プロセッサ システムには、ソケットあたり 3 個の DDR3 チャネルがあります。デュアルソケット アーキテクチャの Intel Xeon 5500 シリーズ プロセッサでは、メモリ コントローラが 1 セットではなく 2 セットとなるため、帯域幅はこれまでの Intel プラットフォームの 3.4 倍に拡大します。また、メモリ コントローラがチップ上に統合された結果、遅延が 40% 短縮されます。さらに、DDR2 の動作電圧が 1.8 V であるのに対し、DDR3 は 1.5 V であるため、電力消費も削減されます。図 3 に、Intel Xeon 5500 シリーズ プロセッサの 18 DIMM メモリ システムを示します。 
図 3 Intel Xeon 5500 シリーズ プロセッサの 18 DIMM メモリ システム Cisco 拡張メモリ テクノロジーCisco 拡張メモリ テクノロジーによって、RDIMM 8 個で最大 32 ランクの接続が可能になり、DDR3 チャネルあたりの容量は最大 64 GB となります。ソケットあたり 3 個のチャネルがあり、両方のソケットが使用されていれば、業界標準の DDR3 8 GB DIMM を使用する場合のメモリ容量は最大 384 GB になります。DDR3 チャネルのそれぞれにバッファがあり、拡張されて 4 つの DDR3 サブチャネルを持ちます。1 つの DDR3 チャネルをメモリ コントローラに直接接続するのではなく、4 つの DDR3 サブチャネルが間接的にメモリ コントローラに接続されます。DDR3 サブチャネル 1 つにつき、シングル、デュアル、またはクアッドランクの DDR3 RDIMM 2 個がサポートされます（図 4 を参照）。この拡張されたメモリは、ソフトウェアに対して透過的です。 DIMM の数を増やすと電気面での問題が発生しますが、Cisco 拡張メモリ テクノロジーでは、この問題を解決するためにシスコの Application-Specific Integrated Circuit（ASIC; 特定用途向け集積回路）がプロセッサとメモリ DIMM の間に挿入されます。このテクノロジーを利用すれば、従来の 2 ソケット システムのメモリ容量を、業界標準の DDR3 メモリを使用して最大 384 GB まで増加させることができます。 シスコは、このようなメモリ容量の拡張を実現するために、カスタム ASIC を使用して DDR3 チャネルあたりの DIMM ソケット数を増やすと共に、Intel Xeon 5500 シリーズ プロセッサ標準設計に存在する制御シグナルの制限をバイパスしました。このメモリ拡張は電気回路レベルで行われるので、オペレーティング システムやそのアプリケーションがメモリ拡張を意識することは一切ありません。BIOS には、ASIC の初期化と監視、およびエラー報告の機能が追加されます。 
図 4 Cisco 拡張メモリ テクノロジーのアーキテクチャ ローカル メモリにアクセスするときの遅延は、メモリ拡張を行わないシステムに比べるとわずかに増えますが、隣のソケット上のメモリにアクセスするときの遅延よりは大幅に小さくなります。この特性によって、メモリ アクセスのパフォーマンスが大幅に向上し、ディスク アクセスの遅延も大幅に短縮されます。これは、サーバのメモリ容量拡大の結果であるパフォーマンス向上とは別の効果です。遅延が短縮されれば、全体的なシステムのパフォーマンスが向上し、アプリケーション応答時間も短縮されます。 1 Gb DRAM を Cisco UCS B250 M1 または C250 M1 拡張メモリ サーバ上で使用する場合の最大メモリ構成は 384 GB です（表 1）。 表 1 Cisco 拡張メモリ テクノロジーのキャパシティ
Cisco UCS B シリーズ ブレード サーバ業界標準のサーバ テクノロジーに基づいた Cisco UCS B シリーズ ブレード サーバは、Cisco Unified Computing System の非常に重要なビルディング ブロックであり、現在と将来のデータセンターにスケーラブルで柔軟なコンピューティングを提供しながら、TCO も削減します。 Cisco UCS B シリーズ ブレード サーバには、Cisco 拡張メモリ テクノロジーの効果を最大限に引き出す多数の技術革新が取り入れられています。また、これらの革新的な機能により、データセンター管理者は、少ない数のよりコストのかからないサーバを購入して運用し、ワークロードを適切かつ簡単に割り当て、それらのコンピューティング キャパシティを最大化することができます。最終的にこのシナリオは、TCO を削減し、急速に変化する需要に対する IT の応答性を向上させる役に立ちます。 純粋なコスト削減の観点から、Cisco UCS B250 M1 は、取得、管理、電源供給、および冷却に必要なデバイスとコンポーネントの数が、特に、メモリを多く必要とするワークロードに対して減っています。メモリバウンド アプリケーションに対する一般的な解決策は、追加の 2 ソケット デバイスにワークロードを分散するか、より高価な 4 ソケット サーバを取得することです。Cisco UCS B250 M1 は、どちらのシナリオに対しても最適です。B シリーズ ブレード サーバは、それぞれ最大で 2 個の Intel Xeon 5500 シリーズ マルチコア プロセッサをサポートします。これにより、アプリケーションのニーズに基づいたインテリジェントなパフォーマンス、自動化されたエネルギー効率性、および柔軟な仮想化サポートが提供されます。 ユニファイド コンピューティング システムの統合コンポーネントとしての Cisco UCS B250 M1 は、ネットワークと計算サポートのインフラストラクチャを従来のブレード サーバ環境と比較して 50% 以上削減できます。 2 つのデュアルポート メザニン カード接続を介した最大 40 Gbps までの冗長 I/O スループットで、システムのユニファイド ファブリック機能は、「Wire-once（配線は初回のみ）」の展開モデルを実現します。I/O 設定の変更は単純化され、アダプタとドライバの再インストールやラックとスイッチのケーブルの再配線が不要になります。 計算スケールは、拡張メモリをオプションの VN-Link 機能および I/O 仮想化と組み合わせることにより、仮想化環境内で最大化できます。VN-Link では、追加のスイッチング レイヤを仮想化環境に導入しなくても、SAN と LAN の接続を一元的に設定および管理できます。現在、ネットワーク ポリシーと設定は、仮想マシンが物理ホスト間で移動されるときに一緒に移動します。それにより、ポリシー適用の一貫性と整合性が向上しています。より多くのデータをメモリに保持できることにより、特にトランザクションの多いシナリオで重要な、プロセッサのアベイラビリティがさらに向上します。 統合され、組み込まれた管理により、Cisco UCS Manager ソフトウェアでメモリを多く使用するアプリケーション向けに定義されたポリシーは、選択されたブレードにサービス プロファイルを介して簡単に適用できます。したがって、さまざまなタイプのワークロードを最適なハードウェアに割り当てることができます。320 台ほどの独立したサーバに共通の管理ドメインを与えることにより、IT 管理者は、固有の特性とポリシーを持つ拡張メモリ サーバのプールを作成できます。それにより、大規模な仮想化されていないオペレーティング システムとデータベースの展開が単純化されます。 図 5 に、Intel Xeon 5500 シリーズ プロセッサベースの Cisco UCS B シリーズ ブレード サーバに Cisco 拡張メモリ テクノロジーを組み合わせた場合（具体的には Cisco UCS B250 M1 拡張メモリ ブレード サーバ）のボード レイアウトと DIMM 配置を示します。このブレード サーバと拡張メモリの組み合わせは、仮想化または大規模データベースを扱うアプリケーション環境におけるコンピューティングのコスト効果を高めます。このような環境では、規模を拡大してもアプリケーション パフォーマンスを維持するためにメモリが重要な役割を果たします。 
図 5 Cisco UCS B250 M1 拡張メモリ ブレード サーバ Cisco UCS C シリーズ ラックマウント サーバCisco UCS B250 M1 ブレード サーバと同様に、Cisco UCS C250 M1 ラックマウント サーバは、仮想化や大量のデータセットを扱うワークロードのパフォーマンスとキャパシティを拡大できます。2 ソケット、2RU ラックマウント サーバは、スタンドアロン環境および Cisco Unified Computing System のどちらでも動作するように設計されています。 Cisco UCS C シリーズ ラックマウント サーバは、アーキテクチャに関する追加の選択肢をユニファイド コンピューティングへの組み込み移行パスによって IT 企業に提供します。これにより、IT 企業は、Cisco 拡張メモリ テクノロジーと次のような他のイノベーションを利用できます。
図 6 に、Intel Xeon 5500 シリーズ プロセッサベースの Cisco UCS C シリーズ ラックマウント サーバに Cisco 拡張メモリ テクノロジーを組み合わせた場合（Cisco UCS C250 M1）のボード レイアウトと DIMM 配置を示します。このラックマウント サーバと拡張メモリの組み合わせは、コスト効率の良いコンピューティング環境を設計するときの柔軟性を高め、アプリケーションのパフォーマンスをスケーリングするためにメモリが重要な要因となる仮想化または大規模データベースに対応します。 
図 6 Intel Xeon 5500 シリーズ プロセッサベースの Cisco UCS C シリーズ ラックマウント サーバと Cisco 拡張メモリ テクノロジーの組み合わせ メモリ コストの分析RDIMM の GB あたりの価格は、2 GB でも 4 GB でもそれほど変わりませんが、8 GB RDIMM はかなり高価です。前述のとおり、Cisco Unified Computing System では、現在の Intel Xeon 5500 シリーズ プロセッサを使用するときのメモリ容量を拡張するために、価格も手頃で入手しやすい 1 GB の RDIMM を使用して 4 GB の容量を作り出すことが可能です。 メモリのコストは時と共に大きく変化します。比較のために、このドキュメントの執筆時点で計算したメモリ コストは表 2 のとおりです。GB あたりの RDIMM のコストも重要です。このコストは、RDIMM の容量に比例して増加するわけではありません。 表 2 DDR3 DIMM の定価
まとめCisco 拡張メモリ テクノロジーを Intel Xeon 5500 シリーズ プロセッサと共に使用すると、資本的支出と運用支出が削減されると共に、サーバ パフォーマンスが向上するため、大量のリソースを必要とするアプリケーションのサポートも可能になります。サーバの価格対性能比が向上し、最終的には多くの ROI を短期間で得られ、TCO が低下します。 Cisco 拡張メモリ テクノロジーと、Intel Xeon 5500 シリーズ プロセッサの電力効率の高さを組み合わせることで、次のような効果が得られます。
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