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制約付きコンピューティング: エッジでのハードウェア最適化の事例

ロリ・マクヴィッティ サムネイル
ロリ・マクヴィッティ
2021年9月20日公開


映画「アポロ13」には、機器を稼働させるための電力の重要性が強調されるシーンがあります。 宇宙船を操作し、その後再起動するために必要な電力は、（ネタバレ注意）宇宙飛行士を地球に帰還させる最終的な成功にとって中心的な役割を果たします。

パワーこそすべて
映画『アポロ13』でジーン・クランツを演じるエド・ハリスは、権力こそがすべてであるということを実証しています。

嵐やその他の外部事象により停電するまで、私たちの多くが無視している現実は、実行するすべてのアプリケーションが電力を消費しているということです。 今日、照明を操作したり、ドアをロックしたり、車を走らせたりするのにアプリケーションに依存しているということは、電力が電力消費と CPU サイクルの両方の形で計算されることを意味します。

今日はブラウザの動作が遅いと冗談を言い、30 個以上のタブを開いているせいかもしれないと恥ずかしそうに認めるかもしれませんが、実際のところ、計算能力は無限ではありません。 エッジのような制約のある環境では、仕事、生活、遊びでほぼ毎日頼りにしている自動化、データ処理、通信を実行するための計算能力はさらに少なくなります。

私たちはエンジニアリングの可能性の限界を押し広げてきましたが、ムーアの法則の終焉を叫ぶ声は、1 平方インチに詰め込めるトランジスタの数には限りがあるということを私たちに思い出させ続けています。 携帯電話に搭載できるコンポーネントの数には限りがあり、携帯電話基地局に設置されたサーバーのラックから期待できる計算能力にも限界があります。

したがって、すべてのデバイス、エンドポイント、制約付きコンピューティング ノードで構成されるエッジでは、サイズとスペースを相補的に増やすことなく、利用可能なコンピューティング能力を高める方法が必要です。 このニーズが、インフラストラクチャ ルネッサンスの背後にあります。インフラストラクチャ ルネッサンスとは、ほとんどの人が気付かないうちに起こっている動きで、特殊な (最適化された) コンピューティング能力を活用して、これらの制約のある環境の全体的な容量を効果的に増やすことに重点を置いています。

ハードウェア最適化コンピューティングの進化

ハードウェア最適化コンピューティングの進化の道筋は、暗号化をターゲットとした特殊なアクセラレーション「カード」から始まり、最終的に GPU (グラフィック プロセッシング ユニット) が生まれ、現在は DPU (データ プロセッシング ユニット) が誕生しました。

それぞれの進化により、シリコン内に文字通りハードコードされる特定の処理タスクが抽出され、データをより高速かつ効率的に処理する能力が飛躍的に向上しました。 これは、2000 年代半ばの暗号化アクセラレーション カードの基礎であり、暗号化と復号化 (暗号化) 処理のパフォーマンスを大幅に向上させることで、最終的に SSL Everywhere の採用を促進しました。 ストレージ処理速度の向上に重点を置いた同様の進歩が隣接市場でも起こりました。 TOE (TCP オフロード エンジン) は、ハードウェア カード上で TCP/IP プロトコルを実装するネットワーク デバイスです。 TOE インターフェイスは、Data ONTAP に 1 GbE または 10 GbE インフラストラクチャへのインターフェイスも提供します。 10GbE PCIe TOE カードは、Data ONTAP のNFS、CIFS、および iSCSI TCPアプリケーションを完全にサポートします。」     

基本的に、制約のある環境で容量を向上させる必要があるたびに（その制約が経済的なものであろうと物理的なものであろうと）、ハードウェア コンポーネントの最適化が導入されてきました。

DPU は、 NVIDIA と AI および ML 関連アプリケーションへの関心の高まりにより現在注目を集めており、コンピューティングに対する物理的な制約を克服するための当社の取り組みの現在の現れです。

エッジにおける DPU の役割

エッジのような環境では、ハードウェアに最適化されたコンピューティングによるパワーブーストが必要です。 IIoT (Industrial Internet of Things) が極めて低いレイテンシ (20 ミリ秒未満) でデータをリアルタイムに処理する必要がある製造業での使用でも、健康データの処理速度が生死を分ける可能性がある医療の場合でも、ハードウェアに最適化されたコンピューティングは必須です。

つまり、組織がエッジを活用できるようにすることを目指すアプリケーション中心のプラットフォームには、ハードウェアに最適化されたコンピューティングが主要な機能として含まれている必要があります。

DPU は、最適化されたコンピューティング能力の民主化を表します。 適切なソフトウェア スタックと組み合わせ、適切なプラットフォームによって実現されるエッジは、現在大規模なハイパースケール プロバイダーが享受しているのと同じ効率性とメリットを企業に提供できるようになります。

だからこそ、私たちはNVIDIA のようなパートナーと協力し続けています。 ソフトウェアがエッジを含めあらゆるものを飲み込んでいる一方で、すべてのものを動かすのは依然としてハードウェアです。 また、ハードウェアの最適化を活用することで、スペースを必要とせずにパワーを増強できます。