ストレージ向けインテル® FPGA

ストレージ市場は成長し続けており、保存されたデータの移動、管理、保護に新しい機能が必要とされています。仮想化、データ保護、データ・セキュリティー (暗号化)、データ圧縮といったストレージの処理機能は、ストレージの容量を増やすために不可欠です。さらに、PCIe* をベースにした non-volatile memory express (NVMe*) がストレージ・ソリューションに急速に採用されるようになり、シリアル相互接続の移行が継続しています。ファイバーチャネル、Serial Attached SCSI (SAS)、シリアル ATA (SATA) などのプロトコルと NVMe* は、ストレージプロトコル分野でその重要性を増しています。

概要

コストを抑えながら生産性を向上するには、機能の強化が必要です。SoC ソリューションによって、機能を単一シリコン・ソリューションに統合できます。インテル® FPGA の高速トランシーバー、高集積ロジック、深層メモリーをインテルおよびパートナーの Intellectual Property (IP) ソリューションと組み合わせると、オンライン、ニアライン、オフラインのストレージに最適なソリューションを容易に構築できます。インテル® Stratix® シリーズ、インテル® Arria®、インテル® Cyclone®、インテル® MAX® の各デバイスは、ストレージ・システム・アーキテクトにとって高い価値があり、 極めて柔軟性の高いアプリケーションを迅速、効率的、低コストで開発できます。SAN および NAS アプライアンス向けに、スケーラブルで最適化された独自のアプリケーション中心の処理ソリューションを構築できます。

FPGA は、データセンターの分野で、データ分析、人工知能、スマート・ネットワーキング、ハイパーコンバージド・ストレージなど、機能の高速化に必要な低レイテンシーなオフロードを実現します。インライン処理とルックアサイドの両方に対応し、複雑なボトルネックを解消して CPU ワークロードをオフロードします。

NVMe*

ソフトウェアデファインド・ストレージ (SDS) は急速に業界のトレンドになりつつあります。ソフトウェアデファインド・ネットワークは、リモート・ストレージ・システムの管理において、ストレージ・ネットワークを仮想化する他のタスク間のレプリケーションとバックアップを担います。FPGA を搭載したハードウェアを使用すると、リモート・ストレージ・システムでありながら、ネイティブ SSD に近いレイテンシー、スループット、IOPS が得られ、ネットワークの向上が可能です。PCIe* を通じた NVMe* (non-volatile memory express) では、SSD 帯域幅のパフォーマンスは、SAS 経由の約 3 倍、SATA 経由の約 4 倍向上します。インテルが提供するこの FPGA ソリューションは、NVMe* over RoCE を活用しています。インテル® FPGA は SDS ネットワークに必要なホスト・インターフェイスとストレージ・コントローラーの両方として機能し、ストレージ構造を改善し、リモート SSD にネイティブ・レイテンシーを実現します。

RoCE の実装では、ストレージ・エリア・ネットワークはサーバー・ネットワークの処理を FPGA にオフロードし、CPU ワークロードとメモリーの負担の両方を軽減します。RoCE を使用すると、サーバー間のデータストレージ転送に CPU が不要になり、極めて低いネットワーク・レイテンシーでプロセスを実装できます。このため、CPU メモリーのバッファーを必要性の高い処理に解放し、サーバーの全体的な機能を高めることができます。

製品名

対応デバイス プロバイダー
Attala High Performance Composable Storage Infrastructure インテル® Arria® 10 SX Attala Systems
IntelliProp NVMe* Host Accelerator IP Core (IPC-NV164-HI) Arria® V SoC、Cyclone® V SoC、Stratix® V、インテル® Arria® 10 SoC、Cyclone® V、Arria® V、インテル® Arria® 10 IntelliProp, Inc.
IntelliProp NVMe* Target IP Core (IPC-NV163A-DT) Stratix® V、Arria® V、インテル® Arria® 10 IntelliProp, Inc.
IntelliProp NVMe*-to-NVMe Bridge (IPC-NV171A-BR) Arria® V SoC、Stratix® V、インテル® Arria® 10 SoC、Arria® V、インテル® Arria® 10 IntelliProp, Inc.
NVMe* IP core Cyclone® V SoC、インテル® Arria® 10 SoC、Cyclone® V、Arria® V、インテル® Arria® 10 DesignGateway Co., Ltd.
NVM-Express インテル® Stratix® 10、Stratix® V、インテル® Arria® 10、インテル® Arria® 10 SoC Mobiveil, Inc.

オフロードエンジン

FPGA は、ハイパフォーマンス・コンピューティング (HPC) に対して、設計モデリング、石油と天然ガスの探査、原子力のシミュレーションなどの機能を高速化するために必要な低レイテンシーのオフロードを提供します。インライン処理に対応し、複雑なボトルネックを解消して CPU ワークロードをオフロードします。さらに、FPGA には Secure Hash Algorithm (SHA)、重複排除機能、イレージャー・コーディング、gzip など各種圧縮形式の機能もあります。このインライン処理は、限られたプロセッサーのメモリーを解放し、同時にプロセッサーにかかるコンピューティングの負荷も軽減するため、二重の意味でシステム・アーキテクチャーにメリットがあります。したがって、FPGA は電力消費量を削減するとともに、データセンターのパフォーマンスを最大化するうえでも最適です。

製品名

対応デバイス プロバイダー
10G TCP オフロードエンジン インテル® Arria® 10、インテル® Arria® 10 SoC、Stratix® V Algo-Logic
UDP/IP ハードウェア・プロトコル・スタック・コア インテル® Arria® 10、Arria® V、インテル® Arria® 10 SoC、Arria® V SoC、Cyclone® IV、Cyclone® V、Stratix® IV、Stratix® V CAST Inc.
UDPIP-40G: 40G UDP/IP ハードウェア・プロトコル・スタック インテル® Arria® 10、Arria® V、インテル® Arria® 10 SoC、Arria® V SoC、Stratix® V CAST Inc.
10GbE TCP オフローディング・エンジン IP コア (TOE10G-IP) インテル® Arria® 10 SoC DesignGateway Co., Ltd.
TCP オフローディング・エンジン IP コア (TOE1G IP) インテル® Arria® 10、Arria® V、インテル® Arria® 10 SoC、Arria® V SoC、Cyclone® V、Cyclone® V SoC、Stratix® IV DesignGateway Co., Ltd.
UDP10G/1G-IP コア インテル® Arria® 10、Arria® V、インテル® Arria® 10 SoC、Arria® V SoC、Cyclone® IV、Cyclone® V、Cyclone® V SoC DesignGateway Co., Ltd.
UDP/IP イーサネット IP コア インテル® Arria® 10、Arria® V、インテル® Arria® 10 SoC、Arria® V SoC、Cyclone® IV、Cyclone® V、Cyclone® V SoC、Stratix® IV、Stratix® V Enclustra GmbH
10G TCP/IP + MAC イーサネット IP コア インテル® Arria® 10、Arria® V、インテル® Arria® 10 SoC、Arria® V SoC、Cyclone® IV、Cyclone® V、Cyclone® V SoC、Stratix® IV、Stratix® V Enyx
10G 低レイテンシー TCP/IP + MAC + PCS イーサネット IP コア インテル® Arria® 10、インテル® Arria® 10 SoC、Stratix® V Enyx
10G UDP/IP + MAC イーサネット IP コア インテル® Arria® 10、Arria® V、インテル® Arria® 10 SoC、Arria® V SoC、Cyclone® IV、Cyclone® V、Cyclone® V SoC、Stratix® IV、Stratix® V Enyx
TCP オフロードエンジン - TOEFX101 Stratix® V Skytechnology S.r.l.

SmartNIC

SmartNIC テクノロジーは、通常 CPU コアが実行するインフラストラクチャーの機能を SmartNIC 自体にオフロードして、サーバーのオーバーヘッドを削減します。SmartNIC はホストをベースにしたアプリケーションよりもパフォーマンスが高く、ソフトウェアの速度でネットワーク・テクノロジーを変更できます。インテル® FPGA を SmartNIC テクノロジーに使用すると、vSwitch、ストレージ、暗号化、ネットワーク機能仮想化 (NFV) をオフロードして、CPU コアを解放できます。インテルは長年にわたり、イーサネット接続ソリューション分野で業界をリードしてきました。例えば、インテル® FPGA、ASIC テクノロジー、インテル® Xeon® プロセッサー D ファミリーの優れたコンピューティング・パワーを組み合わせて、イーサネットを介したストレージについて CPU の負荷が高いストレージプロトコルを SmartNIC にオフロードしてメリットを提供しています。これによりサービス・プロバイダーの総保有コスト (TCO) は大幅に低下します。IaaS および SaaS アプリケーションにサーバーの CPU コアが効率的に使用されるためです。このように、インテルの高度な FPGA テクノロジーは、コスト削減と効率性の最大化を目的とした SmartNIC のユースケースを促進しています。

パートナー・ソリューション

Attala Systems はインテル® FPGA をベースにしたファブリックを活用して、解析ワークロードとマルチテナント・クラウド・アプリケーションに使用されるハードウェアのパフォーマンスとコストを最適化しています。この結果、クラウド・インフラストラクチャー・テクノロジーにおけるクラウド・インフラストラクチャーのパフォーマンス、コスト、俊敏性、拡張性が大きく変化しました。

インテルは Attala Systems と連携し、現在のデータセンターのニーズに、フラッシュ・ストレージ・アレイと NVMe-oF で対処が可能なことを実証しようとしています。ソリッドステート・ドライブ (SSD) と non-volatile memory express (NVMe*) を組込んだ Attala Composable Storage インフラストラクチャーは、競合製品よりもスループットを高めて、レイテンシーを短縮できます。remote direct memory access (RDMA) と NVMe* over Fabric (NVMe-oF) を組み合わせ、イーサネット・ファブリックを使用してイーサネット経由でデータを送信できます。NVMe-oF Attala Composable Storage のターゲットは、業界標準の RoCEv2 RDMA NIC (RNIC) や Attala のインテル® Arria® 10 FPGA を搭載した Host NVMe-oF Adapter (HNA) を使用するアプリケーションです。この分野のテクノロジーの進歩により、NVMe-oF は、NVMe* でのローカル I/O 処理と同程度の効率になるように、RDMA 全体で NVMe* コマンドをカプセル化しています。Attala Composable Storage はこの方法でビッグデータ・クラウド・テナントの独立した拡張を可能にします。

  • アプリケーション・プログラミング・インターフェイス (API) によって、ワークロード用永続ボリュームをカスタマイズして、作成、接続、再接続を安全に実行できます。
  • QoS とレイテンシーの監視を適用して検証します。パフォーマンスのアラートを作成し、問題を診断してオーバーハングを解消します。
  • Attala Host Adapter は、任意のオペレーティング・システム (OS) と任意のハイパーバイザーで動作可能なドライバーを使用して、NVMe* SSD のフル・ハードウェア・エミュレーションを実行します。
  • 仮想 SSD に直接アクセスして仮想マシンに直接エクスポートでき、IOPS の低下と予測不能なパフォーマンスを回避します。
  • ネットワーク・リンク冗長化によってすべてのデータノードまたは単一のデータノードのデータ保護が可能です。
  • RoCEv2 に完全に対応したソリューションなので、NVMe-over-fabric、RoCEv2、イーサネット標準と完全に相互運用可能です。データノードに NVMe* SSD を柔軟に選択できます。さらに、インターフェイスは HTTP RESTful 管理 API と完全に互換性があります。

ソリューション概要


NVMe over Fabric と、Attala Systems、Supermicro、インテルの共同ソリューションを使用して NVMe* を共有する方法をご確認ください。ローカルと同程度の NVMe* パフォーマンスを提供し、クラウドの弾力性によって Hadoop*、Spark* など、膨大なデータを処理するワークロードを実行するビッグデータの顧客を複数サポートしています。

コンピューターとストレージの参照リンク

その他のリソース

インテル® FPGA の産業機器アプリケーション

アプリケーション別ソリューションを活用し、デザインの課題を解決する方法を紹介します。

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インテル® FPGA とプログラマブル・デバイス

重要なワークロードの高速化を可能にし、規格の進化または要件の変更への適応を支援するカスタマイズ可能なデバイスです。

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