512GBのメモリスティックを想像できますか？IntelのApache Pass DIMMは、Lenovoの新しいThinkSystem SD650サーバーでそれを実現します。このサーバーは、この新しいデバイスをサポートする最初のサーバーです。これらの新しいDIMMは、RAMスロットで通常のシステムメモリとしてアドレス指定される3D XPointメモリを搭載しますが、まだ市場には出ていません。新しいDIMMには特別な調整が必要ですが、Lenovoによると、SD650は来年、サーバーとドロップイン互換性のあるCascade Lake Xeonが市場に投入された時点で、これらのDIMMをサポートする予定です。
RAMは、デスクトップPCであれサーバーであれ、システムにおいて最も重要なコンポーネントの一つですが、容量とコストの関係は長年深刻な問題となってきました。例えば、最も高密度のメモリスティックには、かなりの価格差があります。市販されているDDR4メモリスティックの最大容量は128GBで、なんと4,000ドルという高額です。複数のDIMMに分散させれば、同じ容量をはるかに少ないコストで実現できるため、コストの観点からは、そのような高密度は魅力的ではありません。
Intelの3D XPoint DIMMは、この状況を根本的に変えるように設計されています。LenovoのSD650サーバーは、サーバーノードあたり最大4枚の512GB 3D XPoint DIMMをサポートします。つまり、わずか4つのスロットに最大2TBのメモリを搭載できるということです。これらのDIMMはメモリマップドデバイスとして機能し、オペレーティングシステムはこれをメモリとして扱います。これにより、システムメモリ容量が飛躍的に増加します。Intelは以前から、3D XPoint DIMMは標準的なシステムメモリよりも安価になると述べており、このことが新しいメモリが容量とコストの両方の障壁を打破するのに役立つとしています。
Optane DIMMパッケージを初めて目にしたのは、2016年初頭のStorage Visionsでした。しかし、デバイスは予想された期間内に市場に投入されませんでした。そのため、高負荷メモリアプリケーションにおける3D XPointの耐久性が問題になるのではないかという憶測が広まりました。
しかし、電力と熱の要件も課題であると聞いています。ThinkSystem SD650は温水冷却システムを採用しており、冷却液ではなく最大45℃の水を使用します。これにより、より多くの高温コンポーネントをより小さな設置面積に収めることができ、最大限の密度を実現しています。このシステムは、シャーシ内で発生する廃熱の最大90%を回収できます。
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この設計により、Lenovoは2台のフルサーバーと最大4基の205W Skylake Xeonプロセッサーを1Uトレイに搭載できます。LenovoのSD650ウォークスルービデオでは、冷却システムが「将来の設計に向けて、より高いTDPのプロセッサー、3D XPoint、その他の高電力メモリの冷却を最大化するように設計されている」と明記されています。
サーバーのドキュメントには、2ソケットサーバーノードごとに4つの3D XPoint互換スロットが明記されています。これらの専用スロットについて、Lenovoのスコット・ティース氏（Lenovoデータセンターグループ、HPCおよびAI担当エグゼクティブディレクター）に問い合わせました。
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「3D DIMM[...] は電力プロファイルが高く、幅がわずかに広いため、ほとんどのサーバーでは、ボードに特別な変更を加えない限り、標準の DDR4 スロットに 3D DIMM を受け入れることができません。」
4つの3D XPointスロットはDDR4にも対応しており、JEDEC規格に準拠しているため、通常のメモリも使用できます。ただし、3D XPoint DIMMはほとんどのサーバーの標準メモリスロットでは機能しないという重要な違いがあります。つまり、DIMMを搭載するには専用のマザーボード設計が必要になる可能性が高いということです。
LenovoはSD650を、効果的な熱管理によって密度を最大化することを目的として設計しました。そのため、システムの他の部分と同様に、DIMMも水冷式です。このシステムでは、DIMMに接触するサーマルパッドであるギャップパッドがウォーターブロック（上図参照）の上に重ねられています。他の水冷式サーバーでも同様の技術が採用されていますが、3D XPoint DIMMでも水冷が必須要件となるかどうかは不明です。DIMMの間には、4つの厚い黒いインサートが見えます。これらのフィラーは、パッドに挟まれた3D XPoint DIMMスロットと一致しています。
Lenovo の熱設計者 Vinod Kamath 博士も、電力消費に関する私たちの質問に答えてくれました。
3D Xpointメモリは、標準的な8/16GB DDR4 DIMMの約3倍の電力を消費します。実際の値はワークロードに応じて15～18Wの範囲になります。このメモリの冷却には、次世代デバイスを温水冷却技術を搭載したサーバーでサポートできるように、冷却ループに特別な配慮と最適化が必要でした。メモリ冷却ループは、水流路から重要なデバイスへの最短伝導経路により、3D XPointメモリのすべての伝熱面から効率的に熱を抽出します。
データセンターにおいて消費電力は大きな考慮事項であり、消費電力を3倍に増やす代わりにメモリ容量を32倍に増やすのは劇的な改善と言えるでしょう。Intelの最初のプロトタイプには、基盤となるメディアを管理するFPGAも搭載されていました。FPGAの消費電力と512GBの3D XPointを15W～18Wの消費電力に収めたのは驚異的です。
また、Apache Pass DIMMはNVDIMMと同様にDRAMの「シャペロン」を必要とすることも分かりました。つまり、3D XPoint DIMMは、同じメモリチャネルに少なくとも1枚の標準DDR4メモリを併用する必要があります。ブロック図は、4枚のApache Pass DIMM（AEPとも呼ばれます）が標準DDR4 DIMMと同じチャネルに搭載されている様子を示しています。
予想通り、このマザーボードにはC624 PCHを搭載したLewisburgチップセットが搭載されています。Lenovoはこのプラットフォームに、プロセッサに直接接続できるインターポーザーを備えた100Gb/s Omni-PathをサポートするXeon「F」モデルのサポートなど、数々の先進機能を搭載しています。Lenovoはまた、空冷と水冷の両方のオプションを備えた標準的なPCIe x16ネットワークソリューションも提供しています。
Lenovoのビデオでは、水冷システムは「Intelがより高いTDPのプロセッサをリリースした場合」にも対応できる余裕があると述べられています。サーバーのドキュメントによると、システムは最大240WのTDPをサポートしていることがわかりました。Intelがさらに高いTDPのプロセッサをリリースする可能性を示唆する兆候がいくつか見られているため、この機能は役立つかもしれません。
考え
Apache Passをサポートするプラットフォームの登場は大きな前進ですが、Intelの新しい3D XPoint DIMMが市場に投入されるにつれ、多くの疑問が浮上しています。IntelのCEO、ブライアン・クルザニッチ氏は先日、3D XPoint DIMMが今年の売上に大きな影響を与えることはないと述べました。LenovoがCascade Lake Xeonは来年まで自社のサーバーに搭載されないと述べていることを考えると、このDIMMは今年、早期パートナーとの認定目的でのみ出荷される可能性が高いと考えられます。Intelはサーバー用シリコンをクラウドサービスプロバイダーに早期に出荷していますが、Cascade Lakeが広く普及するのは来年初めになるようです。
多くのアナリストは、通常NAND型DRAMで構成されるNVDIMMの短期的な売上高を数十億ドル規模と予測しています。IntelのApache Pass DIMMは、この市場を席巻する可能性を秘めています。単一のデバイスでデータの永続性と指数関数的な容量拡張を実現するという、はるかに高度なソリューションだからです。3D XPoint DIMMはDDR4ベースのNVDIMMよりもはるかに低速ですが、バッテリーを必要とせず、NVDIMMエコシステムを支えるソフトウェアとプログラミングモデルをそのまま利用できます。これにより、普及が加速するはずです。
耐久性と価格が、Apache Passの成否を左右する重要な要素となるでしょう。Apache Passの登場が比較的遅かったのは、Intelが求める耐久性の閾値を満たすために、より耐久性の高い第2世代の3D XPointを必要としていたためではないかという憶測もありますが、Intelがこの噂を裏付けるとは考えにくいです。
いずれにせよ、DIMMの寿命には限りがあるため、SSDと同様に耐久性評価が付与される可能性が高いでしょう。また、耐久性の低下を緩和するために、DDR4プールをApache Pass DIMMの高速フロントエンドキャッシュとして使用するなど、様々な手法が登場すると予想されます。また、ブロックストレージとしても使用できるとの情報もあります。
LenovoのThinkSystem SD650は、最高のパフォーマンス密度を提供するように設計されていますが、最新のサーバーテクノロジーを搭載した先進的なプラットフォームであり、将来への対応も備えています。IntelのApache Passをサポートする他のサーバーもLenovoのThinkSystem SD650に追随すると予想されるため、今後数か月でさらに詳しい情報が明らかになるはずです。
ポール・アルコーンはTom's Hardware USの編集長です。CPU、ストレージ、エンタープライズハードウェアに関するニュースやレビューも執筆しています。
