ロードマップでわかる！当世プロセッサー事情 第634回

ネットワークに特化したIPUのMount Evansでシェア拡大を狙うインテル　インテル CPUロードマップ

　Intel Architecture DayとHotChipsでの情報アップデートの最後はIPUの話だ。そもそもIPU(Infrastructure Processing Unit)とは何？　というところから始めよう。IPUそのものは今年の6月に開催されたSix Five Summitというイベントで初めて発表されたものだが、名前の通りインフラストラクチャー(つまりネットワーク周り)の処理を行なうためのプロセッサーである。

　こう言ってもわかりづらいと思うのだが、実はASCII×TECHの記事にIPUの必要性が余すことなくまとめられている。この記事はマイクロソフトのAzureの内部構成を説明したものであるが、マイクロソフトは以前からAzureの足回りにまずFPGA、ついでASICを自社開発してFPGAを置き換える形で利用している。

　その理由は記事にもあるように「インフラ処理でCPUを使ったら負け」だからだ。ネットワーク周りの処理は、なるべくNICのそばで、しかもCPUを介さずに行なった方が効果的というわけだ。

　ただ、いくら「インフラ処理でCPUを使ったら負け」と言われても、それをFPGAベースに置き換えたり、さらにそれをASICに置き換えたりできるのは、膨大な数のサーバーを運用しているうえ、FPGAやASICの開発エンジニアをかき集めることも含めて、ものすごい金額の開発費を投じられるマイクロソフトクラスの企業だから言える話で、それこそ自社でクラウドサービスを運営しているGAFA(Google/Amazon/Facebook/Apple)やBATH(Baidu/Alibaba/Tencent/Huawei)規模でないと、手が出せない。

　こうした企業の場合、データセンターの運営費(≒電気代＋空調費)をどうやって下げるかが最大の関心事であり、インフラ処理をFPGAやASICで置き換えることで電気代が下げられれば、そう長い期間をかけずに開発費などが回収できてしまう。しかし、これは普通の企業には到底真似できない芸当である。

　そこで、ネットワーク処理に特化したプロセッサーを開発し、これにインフラ処理を行なわせることで、ASICには負けるにしてもFPGAと同程度の効率を実現させようというのがIPUの狙いである。

　もちろんFPGAでも良い(後述するがIPUの第1世代はFPGAベースである)のだが、これだと扱えるエンジニアが限られてしまう。ウェブサービスのエンジニアレベルとまでは言わないものの、普通にCPU向けのコードを書けて、必要ならアセンブラリストを眺められる、つまりインフラエンジニアやデバイスドライバーなどを扱えるエンジニアなら利用できる程度にするためには、汎用プロセッサー＋アクセラレーターの体裁をとることが望ましい。

　このあたりの関係をまとめたのが下の画像である。要するにインフラ回りの処理(主にネットワーク系)は、CPUまで持ち上げる手前でIPUで処理してしまえ、ということだ。

IPUを置くメリット。CSPはCloud Solution Providerの略で、クラウドサービスで必要とされる処理はIPUで行ない、CPUは実際に(クラウドの顧客が)動かしたいコードに専念させる仕組みだ

クラウドサービスというのは計算機の能力を売りに出しているわけで、仮にCSP周りの処理が10%くらいの負荷だとすると、本来得られるはずだったユーザーへの課金が10%減るのと同等である

　IPUのメリットはいくつかある。下の画像はこれをまとめたものだ。

・CSPをユーザーが使うCPUと物理的に分離することで、管理しやすくできるし、セキュリティー面でも強化できる。

物理的に異なるハードウェアで管理やセキュリティー対策ができるから、仮にCPU側で動くコンテナに侵入を許しても、物理的にインフラ側には侵入できないことになる

・CPUの能力をユーザーに100%割り振れる＝ユーザーからそれだけ収入を得やすくなる。

これはFacebookにおけるmicroservice(インフラ側の処理)のCPU利用頻度で、結構これが馬鹿にならないことがわかる

・ストレージ管理処理をIPU側に任せることで、ローカルストレージとネットワークストレージを(CPUから見ると)同じように扱えるようになる。これにより、ローカルストレージを置く必要がなくなる。

IPUの上に仮想SSDを構築。CPUからはローカルSSDと同じようにこの仮想SSDを利用できるが、その実体はネットワークの先にあるSANなりストレージプールという仕組みだ

・CSPをユーザーが使うCPUと物理的に分離することで、管理しやすくできるし、セキュリティー面でも強化できる。

　これはクラウド事業者向けのメリットではあるが、自社サーバーであってもプロセッサーを効率的に使えるほか、ネットワーク関連処理をより高速化できるというメリットもあるので、IPUが実装されることは悪い話ではない。