シリーズ #1　X-アーキテクチャーの系譜

第二回 CPUの話前編

CPUの話前編

今回はCPU（プロセッサー）の話をします。なんだかこういう声が聞こえてきそうですね。インテル®のCPUを搭載しているX-アーキテクチャーの中で、CPUの部分になんらかのIBMらしいテクノロジーが入っているかって？当然のことながら、IBMのSystem x®は、コモディティと思われがちなCPUの部分に関しても恐竜の遺伝子を加えています。

まず紹介したいのが、System xのハイパフォーマンス・サーバーにおける恐竜の遺伝子について。

IBMはかなり昔からスケーラブルなx86サーバーを開発しています。 1995年（私が入社した年です）には、インテル® Pentium® プロセッサー（初代！）を6個搭載したPC Server 720を発表しています。当時のx86サーバーは、メインフレームやUNIXサーバーと比べて性能・機能が低いと思われていて、「PCサーバー」や「パソコン・サーバー」と呼ばれていました。ほとんどのハードウェア・ベンダーが2CPUまでのサーバーを出荷していた時代に「6CPU」ですよ！こういうところからも、ファイル・サーバー/プリント・サーバーのような用途に限られていたx86サーバーが、企業で必要不可欠なプラットフォームになると確信して開発していたことが分かります。

スケールするx86サーバー

その後も、8CPUのインテル® Pentium® III Xeon® プロセッサー搭載サーバー・Netfinity® 8500Rなどを経て、 2002年には、インテル® Xeon® MPプロセッサーを16CPUまで搭載可能な xSeries® 440を発表しています。このxSeries 440で、初のエンタープライズX-アーキテクチャー（EXA）を名乗り、エンタープライズ向けの製品であるということをアピールし始めています。エンタープライズX-アーキテクチャーでは、いくつかのIBMの遺伝子が投入されています。

まず、16CPUまでの段階的なスケーラビリティを持つサーバーであること。 2CPUからの構成が可能で、必要に応じてCPUを追加していけるXpandOnDemandという思想を、x86サーバーの世界に初めて投入しています。これは、CEC(Central Electronics Complex）という、CPUとメモリーの単位でリソースを追加していくことで、CPUを増やせる（図1）というものです。それまでのx86サーバーでは、リソースが足りなくなったらサーバー本体を追加するという対応が一般的でしたので、必要に応じてリソースを増強できるXpandOnDemand方式は画期的なことでした。

このCECを追加してリソースを増強するというテクノロジーも、もともとはIBMの zSeries®（現 System z10™）やpSeries®（現 Power Systems™）で使われていたテクノロジーで、それをx86サーバーにも適用したわけです。

（図1）スケーラブルなリソース追加の例
スケーラブルなリソース追加の例を説明している画像

独自開発のチップセット

こうした画期的な機能は、x86サーバーの心臓部である「チップセット」と呼ばれる部分で実現しています。 IBMでは、ハイパフォーマンス・サーバーのチップセットを自社で開発しています。チップセットを自製することにより、本来4CPU構成として設計されているCPUを、16CPU構成などに拡張できるのです。このチップセットという言葉は、この後もちょくちょく登場するので覚えておいてください。

xSeries 440は、エンタープライズ X-アーキテクチャーの第一世代となります。この後、2003年には第二世代のxSeries 445、2004年には同じく第二世代のxSeries 455を発表しています。また、2005年には第三世代のxSeries 460（後のSystem x3950）を発表しています。第三世代のエンタープライズ X-アーキテクチャーでは、インテル® Xeon® プロセッサーで32CPU構成ができるようになるなど、着実な進歩を見せています。

しかし、ただCPUが増えただけでは、きちんと性能をスケールさせることは実際には難しいのです。これらのハイパフォーマンス・サーバーでは、向上したCPU性能を正しく引き出せるよう「レベル4キャッシュ」という独特なキャッシュを持ち、ハードウェア・レベルで補助する仕組みになっていました。これは、エンタープライズ X-アーキテクチャーで開発された成果の1つです。レベル4キャッシュは、各CEC間の間に入るキャッシュとして機能し、メモリー速度の向上に寄与しています（図2）。スケーラビリティの欠如は、CPU、メモリー、そしてI/O能力のアンバランスさから生じることが多いので、メモリーも一緒に機能拡張する必要があったのです。

（図2）L4キャッシュの例
L4キャッシュの例を説明している画像