[분석정보] 부드러운 데이터 센터를 만드는 Intel의 Software Defined Infrastructure

 

미 Intel은 7 월 22 일에 "Software Defined Infrastructure (SDI) '이라는 데이터 센터의 서버, 네트워크, 스토리지 등에 대한 전략을 발표했다.

　SDI의 큰 특징은 컴퓨팅 (CPU, 메모리), 네트워크, 스토리지 등 데이터 센터를 구성하는 모든 하드웨어 추상화하여 소프트웨어로 자유롭게 설정을 변경할 수 있는 점이다.

　Intel의 SDI는 단순한 개념이 아니라 "Rack Scale Architecture '라는 하드웨어 규격을 제창하여 서버, 네트워크, 스토리지를 통합한 제품을 제공하려고 한다.

　또한 SDI는 Intel 만 제시하고 있는 물건이 아니라 Software Defined Datacenter 같은 키워드로 미국 EMC와 미국 Cisco 등 많은 하드웨어, 네트워크 및 스토리지 벤더가 제창하고 있지만, 이번은 Intel의 SDI의 특징을 자세히 살펴보자.

 

가상화에 의한 서버 통합이 계기로

　클라우드 이전 서버는 응용 프로그램마다 수직 통합 디자인을 채용하고 있었다. 따라서 기업 내부에서는 DNS, DHCP,메일, 인사 시스템 등 하드웨어와 응용 프로그램이 견고하게 결합된 시스템이 다수 존재했다. 이러한 수직형 시스템의 경우 프로세서가 멀티 코어화, 고속화하고 사용할 수 있는 메모리 용량도 비약적으로 늘어난 현재, 서버가 단일 응용 프로그램을 움직이는 것만으로 너무 힘이 남아 버린다. 또한 스토리지도 HDD의 대용량화로 인해 바이트 단가가 급격히 감소하고 개별 서버에 연결된 스토리지의 용량이 남아 버리는 상황이 되었다.

　그래서 등장한 것이 하이퍼 바이저 가상화이다. 가상화는 강력한 프로세서, 대용량 메모리를 여러 OS에서 공유 하자는 개념으로 이전부터 존재했지만, 2000 년대 들어 하이퍼 바이저의 성능이 올라간 것으로, 안정성이 늘어난 것으로, 많은 기업에서 서버를 통합하는 것이 트렌드가 되었다.

　서버 통합이 시작된 것은 프로세서 아키텍처가 바뀐 것도 하나의 원인이다. 클럭 주파수를 올려 성능 향상을 도모 해왔던 프로세서 클럭은 그다지을 오르지 않고, 멀티 코어 화를 수행함으로써 전반적인 성능을 향상하는 방향으로 바뀌었다. 즉, 서버 통합에 의해 하드웨어의 대수를 줄여 가려는 흐름을 향해 쉬워져 간 셈이다.

　그러나 실제로는 서버 통합으로 감소 대수보다 많은 서버가 필요하게 되었다. 이것은 기업의 IT 시스템의 중요성이 늘어난 것으로, 인터넷의 폭발적인 보급 장치의 종류가 다양 해진 것이 큰 이유라고 할 수 있다.

　기업에서도 서버에서 사용하는 IT 시스템이 크게 변화했다. 이전에는 사무실에서 데스크톱 PC에만 서비스를 제공했지만, 노트북 PC, 태블릿, 스마트 폰 등 사용자가 사용하는 디바이스가 증가했다.

　또한 인터넷의 보급으로 Facebook과 Twitter 등의 소셜 네트워킹 서비스 (SNS), 소셜 게임의 등장 등으로 인해 세계의 사용자가 동시에 액세스 하는 20 세기에서는 생각할 수 없었던 서비스가 등장한 것도 원인인 것이다.

　이러한 트렌드를 감안하면 하드웨어와 소프트웨어가 타이트하게 결합되는 것이 아니라 하드웨어를 추상화하고 필요한 경우 소프트웨어에서 설정을 변경하면 서버의 자원 구성을 동적으로 변경할 수 있는 시스템이 필요하게 된 것이다.

　프로세서와 메모리에 관해서는 컴퓨트 에서, 하이퍼 바이저에 의해 추상화가 이루어져 가상 머신 위에서 시스템 리소스를 동적으로 변경할 수 있다. 스토리지 관해서도 Storage Area Network (SAN) 및 가상 디스크의 등장으로 추상화가 진행되었다.

　또한 네트워크에 관해서도 Open Flow 등의 Software Defined Network (SDN)의 등장으로 추상화가 시작되고 있다.

 

지금까지 수많은 서버가 기업이나 인터넷에서 이용되고 있지만,

빅 데이터, 클라우드, HPC 분야에서 앞으로도 강력한 서버가 필요

 

 

컴퓨터가 앞으로 음성과 몸짓, 비디오 미리 예측 분야에 발을 디디는 것으로,

한층 더 성능이 필요하게된다

 

 

클라우드는 동적으로 구성이 변화 할 수 있는 소프트웨어 화가 진행

 

 

클라우드 소프트웨어 화는 서버, 스토리지, 네트워크의 3 개 분야에서 진행된다

 

 

Intel은 하드웨어뿐만 아니라 소프트웨어에서도 SDI를 지원하고 있다

 

 

SDI라는 개념은 오픈이지만 다양한 계층에서 Intel 제품을 채용하고 있다

 

 

Rack Scale Architecture 로 서버를 재 설계

　IT 시스템을 구성하는 서버, 네트워크, 스토리지 등의 하드웨어는 SDI의 흐름에 따라 동적으로 재구성 할 수 있는 것들로 바뀌고 있다. 그러나 현재의 하드웨어에서는 레거시 아키텍처를 끌고있다.

　예를 들어, 일반적인 서버에서는 하나의 케이스에 다수의 프로세서, 메모리를 탑재하도록 설계는 되어 있지 않다. 또한, 네트워크 등 I / O에 관해서는 각 서버에 연결되어있다. 따라서 I / O 의 일괄적인 관리도 실시하기 어려운 (리소스를 추상화 한 SDN 의해 일괄 관리 할 수​​ 있지만, 물리 계층에서 관리 서버 당이 된다).

　따라서 Intel은 Rack Scale Architecture (RSA)라는 개념을 제안했다. 프로세서와 메모리 등 컴퓨팅과 네트워크, 스토리지에 대해 레퍼런스 디자인을 Intel이 제공하는 많은 데이터 센터 및 클라우드 사업자에 채용되게 하려는 것이다.

 

RSA는 랙에서 서버, 스토리지, 네트워크를 보다 유연하게 구성 할 수 있도록 한다.

장기적으로는 패브릭에 의해 모든 모듈이 연결되어 집결 할 수있게 된다

 

 

RSA는 랙 전체 소비 전력을 낮추고 고밀도화 해 성능을 업

　컴퓨팅 부분에 관해서는 미국 HP가 발표 한 Moonshot 미국 AMD의 자회사가 된 SeaMicro 등의 고밀도 서버와 동일한 컨셉으로 디자인 되어 있다.

(한때 SeaMicro가 인텔 협력사로 활동했는데.. AMD가 어느날 인수)

　컴퓨팅 랙은 Xeon 또는 Atom 프로세서와 메모리, 네트워크 등을 탑재한 프로세서 카드를 여럿 탑재한다.

　Intel에서는 RSA 컴퓨팅에 사용되는 프로세서로는 SoC (System on Chip)는 주변 인터페이스 (특히 네트워크)를 통합하여 원칩화 된 것을 사용 할 예정이다.

　현재 제공되는 HP의 Moonshot은 개별 프로세서 카드에 스토리지가 탑재되어 여기에서 OS 부팅이 진행된다. 한편 RSA 컴퓨트는 SSD 등의 OS를 부팅하는 스토리지를 탑재하거나 프로세서 카드에는 스토리지를 탑재하지 않고, 네트워크에서 모든 프로세서 카드를 부팅 할 것인지를 선택할 수 있다.

 

발표회에서 공개 된 RSA 서버. 모듈화 된 Xeon이 6개 탑재되어있다. 서버 내부에 스위치가 탑재되어 랙에 Open Network Platform의 네트워크 스위치가 제공되어 서버와 스토리지는 100Gbps의 광케이블로 연결 (Intel 발표회 Web 캐스트)

 

 

Atom 프로세서를 사용한 RSA 서버. Xeon의 유닛 부분에 5 개의 Atom 서버 장치가 탑재되어 전체 30 개의 Atom 서버 장치가 탑재

 

 

Atom C2000 시리즈를 사용한 RSA 서버의 프로세서 유닛 모형

　컴퓨팅의 케이스에는 프로세서 카드를 연결할 수 있는 네트워크 스위치가 탑재되어있다. 랙에 설치되는 캐비닛 사이의 통신은 Ethernet 대신 Intel이 개발한 광통신 용 반도체 칩 '실리콘 포토닉스'를 사용한다.

　실리콘 포토닉스를 이용하여 얇은 광케이블 1개로 최대 100Gbps의 네트워크를 구축 할 수 있다. Intel이 개발한 실리콘 포토닉스 칩은 기존의 광 인터페이스 칩에 비해 저렴한 비용으로 이용할 수 있다고 한다.

　또한 프로세서의 세대가 진행되면, SoC 안에 실리콘 포토닉스 칩을 가져와 광통신 자체를 패브릭으로 사용할 수 있도록 할 계획이다.

 

Intel은 데이터 센터의 랙 내부 통신에 실리콘 포토닉스를 이용

 

 

광통신 케이블은 랙 뒷면에 붙는 케이블 갯수가 광케이블 1 개로 바뀐다. 이렇게 하면 구성 변경이 용이하게 된다

 

네트워크 레퍼런스 디자인 onP Switch를 제공

　또한 네트워크에 관해서는, Intel은 Open Network Platform (ONP) Switch 라는 레퍼런스 디자인을 제공하고 있다. onP Switch는 Xeon E5-2600과 Cave Creek이라는 네트워크에 특화된 칩셋, 48 포트 10GbE 및 4 포트 40GbE를 지원하는 스위치 칩 (Intel FM6764)를 사용한 네트워크 스위치이다.

　ONP Switch 프로세서를 탑재하고 있기 때문에, SDN 쉽게 구축 할 수 있다. Intel이 개발한 레퍼런스 디자인은 동사가 인수한 미국 Wind River 소프트웨어 스택을 사용하여 SDN을 실현하고 있다.

　또한 Linux 하이퍼 바이저 (KVM)를 탑재하는 것으로,로드 밸런싱, 애플리케이션 가속 등 다양한 네트워크 서비스를 가상화하여 스위치에서 달릴 수 있다.

　물론, onP Switch는 IA 아키텍처 프로세서를 사용하고 있기 때문에 프로세서의 세대가 바뀌고 성능이 업하면 더 많은 네트워크 서비스를 이동하는 것이 가능하게 된다.

　Intel은 프로세서의 성능이 올라가면 스위치를 구성하는 전용 칩을 IA 프로세서로 대체 할 수 있다고 한다. IA 프로세서를 사용하는 것으로, 전용 칩을 사용하여 하드웨어 화 한 다양한 네트워크 기능을 소프트웨어화 할 수있게 된다. Intel 에서는 스위치 등의 데이터 처리를 할 수 있는 SDK (Intel DataPlane Kit)도 제공하고 있다.

 

Intel이 개발한 onP Switch 참조 모델. Xeon 프로세서에 네트워크에 대한 가속 칩과 스위치 칩 등으로 구성되어 있다. IA 프로세서에 의해 제어되므로 소프트웨어는 새로운 기능을 손쉽게 추가 할수 있다.

 

 

ONP Switch의 블록 다이어그램. IA 프로세서에는 Xeon이, 가속 칩으로는 Cave Creek이 이용되고 있다. FM6764는 Intel이 개발한 스위치 칩

 

 

ONP Switch는 Wind River 등의 소프트웨어를 이용하여 가상 머신에 로드 밸런싱이나 SDN 등을 탑재 할 수 있다. 말하자면 소프트웨어로 다양한 기능을 추가 할 수 있는 네트워크 스위치가 된다

 

 

네트워크도 IA 프로세서에 의한 소프트웨어화 하는 것으로 복잡한 기능을 소프트웨어로 구성 할 수 있으므로 구성의 변경도 지금까지 몇 주 걸리던 것이 몇 분만에 종료된다

 

 

액세스 빈도를 고려한 스토리지의 활용이 진행

　스토리지에 관해서는, 서버 전용의 Atom을 기반으로 스토리지 시스템 용으로 특화된 Atom S12x9 (Atom S1289, S1279, S1269) 프로세서 시리즈가 출시되고 있다.

　클라우드 환경에서 데이터는 데이터 갱신 빈도가 높고 빠른 액세스가 필요한 핫 데이터 중간 데이터 업데이트 및 중간 액세스가 필요한 따뜻한 데이터 대부분 데이터 업데이트가 아닌 참조 중심 콜드 데이터 등으로 나누어져 간다.

　앞으로 클라우드 스토리지에서는 3 가지 목적을 가진 스토리지를 지원해 나갈 필요가 있다.

　핫 데이터 용으로는 플래시 메모리가 사용되어 가는 것이다. 그러나 현재의 SATA / SAS 인터페이스의 SSD는 플래시 메모리의 성능을 살릴수 없는 (플래시 메모리의 성능이 SATA 및 SAS 인터페이스의 성능을 초과하는). 그래서 PCI Express에 직접 플래시 메모리를 연결하기 시작했다.

　Fusion IO 등 일부 기업이 PCI Express 연결 플래시 스토리지를 제공하고 있다. 단지, 확장 카드는 서버의 유지 보수가 높지 않아 SFF-8639는 2.5 인치 폼팩터의 SSD와 소켓이 제창되고 있다. SFF-8639은 PCI Express를 최대 4 레인을 사용할 수 있다. PCI Express 2.0 이라면 최대 2GB / s, PCI Express 3.0이라면 최대 4GB / s가 된다.

　또한 플래시 메모리의 성능을 향상하기 위해 SATA가 사용하는 AHCI 프로토콜이 아닌 플래시 메모리 전용 NVM Express 프로토콜을 채용하는 것으로, 현재의 SATA 연결 SSD에 비해 16배 이상의 성능 ( PCI Express 연결)을 실현한다. 클라우드 스토리지의 핫 데이터는 NVM Express를 채용한 SSD에 저장되게 될 것이다.

　핫 데이터는 (자주 접근하는 데이터) 현재의 니어 라인 SAS 스토리지 또는 플래시 메모리 및 SAS 드라이브를 조합한 하이브리드 스토리지가 이용되는 것이다.

　콜드 데이터는 저렴한 SATA 드라이브, HGST 등이 개발하고 있는 콜드 데이터 용 HDD 스토리지 (액세스 성능은 낮아도 1 드라이브 용량이 비약적으로 크게 낮은 비용) 등이 이용 될 수 있다.

　스토리지 시스템에서 중요한 것은 동적 핫 데이터와 핫 데이터 콜드 데이터를 식별하고 필요에 따라 스토리지에 배치해 나가는 것이다.

　이러한 스토리지 시스템을 구축하기 위해 강력한 IA 프로세서를 사용하는 것으로, 복잡한 스토리지 배열에 동적 시스템 소프트웨어를 사용할 수 있게 될 것이다.

　아직 Intel은 복잡한 스토리지 시스템을 구축 할 수 있는 소프트웨어 스택은 공개하지 않지만, 여기에서도 WindRiver의 실시간 Linux 등을 이용하여 높은 성능을 가진 시스템 디자인을 제공하는 것이다.

 

현재 SAN으로 모든 데이터는 고가의 HDD에 저장되어 있지만 앞으로는 데이터의 중요도에 따라 플래시 메모리, HDD 등으로 분리해 저장된다. 이러한 스토리지 시스템을 구축하려면 강력한 IA 프로세서를 이용한다.

 

 

Xeon 프로세서, 플래시 메모리의 새로운 프로토콜 NVM Express, SSD 등 이용하여 고급 스토리지 시스템을 구축

 

 

서버용으로는 SoC의 Xeon 및 Atom을 제공

　Intel은 22nm 제조 공정의 Atom "Silvermont (개발 코드명) '의 서버용 인 "Avoton (개발 코드 명)"와 'Rangeley (개발 코드명)"에 관한 세부 사항을 발표했다.

　Avoton과 Rangeley은 "Atom C2000 '시리즈라는 브랜드로 출시된다. Avoton은 고밀도 서버 전용의 프로세서이지만, Rangeley에는 네트워크 기기의 기능 블록이 추가되어있다.

　Atom C2000 시리즈는 Silvermont 코어가 최대 8 코어 (하이퍼 스레딩은 지원되지 않음)에서 SoC 화로 주변 인터페이스 (USB, 네트워크, 스토리지 암호화)가 일체화 되어있다.

　메모리 용량에 관해서는 최대 64GB로 1세대 서버용 Atom 프로세서 "Atom S1200"에 비해 8 배의 용량을 제공하고 있다.

　또한, 2세대 가상화 VT-x를 지원하는 것으로, Atom에서도 높은 성능으로 하이퍼 바이저를 달릴 수 있다. 물론, 64GB의 대용량 메모리를 지원하고 있기 때문에 여러 가상 머신을 움직여도 충분한 메모리 공간이 확보되어 있다.

　덧붙여서, Atom C2000 시리즈는 9월에 개최되는 Intel 개발자 세미나 IDF에서 정식 출시 될 것으로 예상되고 있다.

　또한 최신 Xeon E3 프로세서 (Haswell 세대)에서도 노트 PC 용으로 출시된 1 칩 (프로세서 + PCH) 솔루션을 제공 할 예정으로 있다. 노트북 PC 용인 것으로, TDP 자체도 13W 이하로 기존의 Xeon 프로세서 비교하면 상당한 저소비 전력화가 이루어지고 있다.

　2014년의 로드맵으로는 14nm로 제조되는 Atom 프로세서 "Denverton (개발 코드 명)"Xeon 프로세서 "Broadwell (개발 코드명) '이 발매된다. Broadwell 내용은 데스크톱과 1 소켓 전용의 Xeon 프로세서가 같은시기에 출시 될 것이다.

　또한 Broadwell 프로세서는 프로세서와 PCH (주변 칩)의 2 칩 솔루션이지만, PCH 기능을 프로세서에 넣은 SoC도 출시된다.

　덧붙여서, Haswell에서도 1 칩 솔루션이 출시되고 있지만, 멀티 칩 모듈 (MCM)에 의해 하나의 패키지에 2 칩을 넣고, 1 패키지화 하고 있다. 따라서 엄밀히 말하면, SoC라 말할 수 없다. 이 의미는 14nm의 Broadwell에서 처음 SoC 화가 진행된다.

 

Atom C2000 시리즈는 Silvermont 코어를 8개 탑재하고 있다 (2,4,6,8 코어의 변형이 계획되어 있다)

 

 

9 월경에는 Atom C2000 시리즈의 Avoton, Rabgeley가 출시된다. 2014 년에는 14nm로 제조되는 Core 아키텍처 Broadwell, Atom 아키텍처 Denverton이 계획되어 있다. 특히 Boradwell은 주변 칩을 코어에 통합한 SoC도 계획되어 있다

　Intel에서는 SDI의 미래상으로서 프로세서, 메모리, 스토리지, I / O 등을 하나의 서버에서 분리 클라우​​드 전체에서 집결 되도록 해 나간다. 다양한 리소스를 집결할 수 있도록하는 기능 블록을 하드웨어 적으로도 모듈화 해 나갈 필요가 있다. 모듈화 함으로써 프로세서가 필요하다면 프로세서 모듈을 추가 메모리가 필요하게 되면 메모리 모듈을 쉽게 추가 할 수있게 된다.

　SDI의 첫 걸음으로 Intel RSA를 데이터 센터 인프라의 설계도 오픈 소스 화를 도모하는 "Open Compute Project"의 주요 멤버 클라우드 사업자의 미국 RackSapce와 미국 Facebook과 공동으로 개발해 공개해 나갈 예정이다. 특히 RackSpace는 RSA의 사양 책정과 함께 자사의 클라우드 서비스 플랫폼에서 적극적으로 채용할 예정이다.

 

Software Defined Infrastructure (SDI)에 의해 새로운 서버, 스토리지, 네트워크가 완성

 

 

모든 기능은 기본 하드웨어 및 IA 소프트웨어는 유연한 구성이 된다

 

 

서버 시스템은 하나의 서버에 프로세서, 메모리, I / O가 탑재되는 박스형에서 각 기능 모듈이 집결되는 방식으로 변화

 

 

데이터 센터는 기업의 서버뿐만 아니라 빅 데이터, HPC 등 향후 더욱 확대가 전망

 

 

클라우드의 기반으로는 OpenStack이 채용된다. Intel도 OpenStack을 추진하고 있다

 

 

서버는 컴퓨팅뿐만 아니라 네트워크 및 스토리지를 가상화 했다. 다음 단계는 소프트웨어 화에 의해 동적으로 구성 및 동작을 변경할 수 있게 된다

 

2013년 7월 30일 기사 입니다.

 

 

 

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