ドーム型マイクロデータセンター

マイクロデータセンターは、コンピューティング、ストレージ、電源、冷却、ネットワークを非常に小さな容積に収めたもので、「箱型データセンター」とも呼ばれます。この用語は、過去 20 年にわたってこのアイデアのさまざまな形態を説明するために使用されてきました。2017 年後半には、SuperComputing カンファレンス 2017 で非常に緊密に統合されたバージョンである DOME マイクロデータセンターが発表されました。^{[ 1 ]}主な特徴は、温水冷却、完全なソリッドステート、および汎用コンポーネントと標準のみを使用して構築されていることです。

DOMEは、 IBMとASTRONが官民パートナーシップの形でオランダ政府の資金援助を受けて実施しているプロジェクトで、世界最大の計画電波望遠鏡であるスクエア・キロメートル・アレイ（SKA）を対象とした技術ロードマップの開発を目的としています。^{[ 2 ] [ 3 ]} 2010年代後半から2020年代前半にかけてオーストラリアと南アフリカで建設される予定です。7つのDOMEプロジェクトの1つは、小型で安価かつ計算効率の高いマイクロデータセンター（以前はマイクロサーバーと呼ばれていました）です。^{[ 4 ]}

マイクロデータセンターの目標は、SKAアンテナ付近でデータの初期処理を行うとともに、ビッグデータ分析を行うスーパーコンピュータ内部でも使用できるようにすることです。これらのサーバーは、冷却されたデータセンターだけでなく、アンテナが設置される砂漠のような過酷な環境下にも、非常に多数配備することが可能です。

よくある誤解として、マイクロサーバーは低性能しか提供しないというものがある。これは、最初のマイクロサーバーがAtomや初期の32ビットARMコアをベースにしていたことが原因である。DOME MicroDataCenterプロジェクトの目的は、低コストかつ低消費電力で高性能を実現することである。マイクロデータセンターの重要な特徴は、そのパッケージングである。非常に小型のフォームファクタにより、通信距離を短縮できる。これは、マイクロサーバーを使用し、従来のコンピューティングサーバーから可能な限り多くのものを単一のSoC（Server on a chip）に統合することで、不要なコンポーネントをすべて排除することに基づいている。マイクロサーバーは、可能な限り最高のシングルスレッド性能を提供するのではなく、中～高性能を実現するエネルギー最適化設計ポイントを提供する。2015年には、いくつかの高性能SoCが市場に登場し始め、2016年後半には、Qualcomm Hydraなど、より幅広い選択肢が利用可能になった。^{[ 5 ]}

サーバーレベルでは、28  nm T4240 ベースのマイクロサーバーカードは、エネルギー最適化された 22  nm Finfet XEON-E3 1230Lv3 ベースのサーバーと比較して、ジュールあたりの演算回数が 2 倍になり、総合的なパフォーマンスは 40% 向上します。比較はサーバーボードレベルで行われ、チップレベルでは行われません。^{[ 6 ]}

2012年、ロナルド・P・ルイテン率いるIBMリサーチ・チューリッヒのチームは、Linuxを実行する汎用部品をベースとした、非常に計算密度が高くエネルギー効率の良い64ビットコンピュータの設計に着手した。^{[ 7 ] [ 8 ]}必要なコンポーネントのほとんどが1つのチップに収まるシステムオンチップ（SoC）設計がこれらの目標に最適であり、基本的に完全なマザーボード（RAM、ブートフラッシュ、電源変換回路を除く）がチップに収まる「マイクロサーバー」の定義が生まれた。ARM 、x86、Power ISAベースのソリューションが調査され、2012年の決定時点では、FreescaleのPower ISAベースのデュアルコアP5020 / クアッドコアP5040プロセッサをベースとしたソリューションが最有力となった。

このコンセプトはIBMのBlue Geneスーパーコンピュータに似ているが、DOMEマイクロサーバーは市販のコンポーネントを中心に設計されており、開発とコンポーネントのコストを抑えるために標準的なオペレーティングシステムとプロトコルを実行する。^{[ 9 ]}

完全なマイクロサーバーは、標準のFB-DIMMソケットと同じフォームファクタに基づいています。128枚のこれらの計算カードを、外部ストレージと通信用のネットワークスイッチボードとともに、 19インチラックの2U引き出し内に収めるというアイデアです。冷却は、ドイツのスーパーコンピュータSuperMUCで先駆的に採用されたAquasar温水冷却ソリューションによって行われます。^{[ 10 ]}

最初のプロトタイプの設計は、2014 年 7 月 3 日に DOME ユーザー コミュニティに公開されました。P5040 SoC チップ、16  GB のDRAM、およびいくつかの制御チップ (監視、デバッグ、ブートに使用されるCypressのPSoC 3など) で構成された完全なコンピューティング ノードは、133×55 mm の物理的寸法です。カードのピンは、 SATA、5ギガビットおよび 2 つの10 ギガビットEthernetポート、1 つのSD カードインターフェイス、1 つのUSB 2インターフェイス、および電源に使用されます。コンピューティング カードは、最大 70 W のヘッドルームを備えた 35 W の電力範囲で動作します。単一のプロトタイプの部品表は約 500 ドルです。^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 11 ] [ 12 ]} 

2013年後半、2番目のプロトタイプ用に新しいSoCが選ばれました。Freescaleの最新の12コア/フル24スレッドT4240は大幅に強力で、 43W TDPでP5040と同等の電力範囲で動作します。この新しいマイクロサーバーカードは24GB のDRAMを備え、銅製ヒートスプレッダから電源供給と冷却の両方を受けることができます。2017年初頭にフル2Uドロワーでの大規模展開に向けて構築および検証中です。ネイティブ10GbEシグナリングをサポートするために、DIMMコネクタはSPD08コネクタに置き換えられました。

2016 年後半、T4240 ベースのマイクロサーバー カードの量産バージョンが完成しました。同じフォーム ファクタとコネクタ (つまりプラグ互換性) を使用して、NXP (旧 Freescale) LS2088A SoC (8 つの A72 ARMv8 コアを搭載) をベースにした 2 番目のサーバー プロトタイプ ボードがほぼ同時期に完成しました。^{[ 9 ] [ 12 ] [ 10 ] [ 13 ]}