クラウド需要に対応してモバイル機器からデータセンターへと移行するArmチップ (2021/06/30)
クラウド需要に対応してモバイル機器からデータセンターへと移行するArmチップ (2021/06/30)
https://www.oracle.com/news/connect/arm-chips-move-into-cloud-data-centers.html
クラウドコンピューティングやハイパフォーマンス・コンピューティング・センターでは、低コスト、柔軟性、スピードに優れたArmチップが活躍しています。
投稿者：Aaron Ricadela
スマートフォンアプリの開発において、ソフトウェアを市場に投入するということは、インドで天気を確認する農家の人と、地下鉄で通勤するロンドンの銀行員との間で、プログラムが同じように動作するかどうかを検証することを意味します。
フランス系アメリカ人の企業であるGenymobile社は、これらの異なる環境をエミュレートするクラウドベースのプラットフォームを提供しており、大手アプリケーション開発者は、携帯電話が使用しているネットワーク、位置情報、移動速度などの要素を考慮してAndroidアプリをテストすることができます。Genymobile社のCEOであるティム・ダンフォードは、Armマイクロプロセッサを採用したOracle Cloud Infrastructure上のサーバーを使用することで、従来のチップを使用したサーバーと比較して、1台のサーバーに最大10倍の数のテストデバイスを搭載し、大きなパフォーマンスを得ることができると述べています。
Genymobile社のCEOであるTim Danford氏は、「従来のチップを使用したサーバーと比較して、1台のサーバーに何倍もの数のテストデバイスを詰め込むことができ、大きなパフォーマンスの向上が期待できます。また、Armのチップは世界中の携帯電話やタブレットを動かしているので、ビット単位で互換性があることは信頼できます」と語っています。
今日のサーバーの大部分を占めるx86互換チップに代わるArmは、デバイスからデータセンターへと普及が進んでいます。省電力設計のArmチップは、数十億台のモバイル機器やアップル社の最新デスクトップおよびノートブックMacに採用されており、その低コスト、柔軟性、高速性により、クラウドコンピューティングやハイパフォーマンスコンピューティングセンターでの利用が拡大しています。2000年代のスマートフォンの隆盛を支え、自動車やフィットネス機器、ドローンなどにも採用されてきたこのアーキテクチャーは、最近ではクラウドコンピューティングの高負荷な処理にも支持されています。最近では、何億人ものユーザーにウェブページを提供したり、何十億ものデータを持つ機械学習モデルが新しいデータを推論するのを支援したり、空気の流れや水、生体分子システムの影響をシミュレーションするハイパフォーマンス・コンピューティング・ソフトウェアを実行したりするなど、負荷の高いクラウド・コンピューティングの仕事で支持されています。
オラクルのハイパフォーマンス・コンピューティング・クラウド・アーキテクトであるKevin Jorissenは、「気象予測、製造業、金融サービス、ライフサイエンス、画像認識など、あらゆる分野で注目されています。コストを20%削減できるものはすべて天の恵みであり、Armはそれを実現します。クラウドプロバイダーは長年コストに悩まされてきましたが、今でもそうです。Armを利用することで、これらのサービスの運用コストを下げることができます」と述べています。
英国のArm社は、「Advanced RISC Machine」の略語で、自社ではチップを製造していない。その代わりに、日本のソフトバンクが所有する31年の歴史を持つ企業であり、NVIDIAが400億ドルの買収を提案している企業でもあります。この企業は、半導体、コンピュータ、デバイスメーカーにプロセッサ設計のライセンスを提供しています。この春、Arm社は10年ぶりに新しいアーキテクチャを発表しました。このアーキテクチャは、データの処理や転送が行われている間でも、機密性の高いビジネスデータやコードをコンピュータシステムの他の部分から保護するのに役立ちます。
オラクルは5月25日、Armをベースにしたクラウドコンピューティングサービスを導入した最新のクラウドプロバイダーとなりました。Oracle Cloud Infrastructureを利用する企業は、チップ設計者であるAmpere Computing社のAltra CPUを搭載したサーバーを利用することができます。Altra CPUは、1台のマシンに最大160個の処理コアと4テラバイトのメモリを搭載することができます（オラクルのマシンには、1台のサーバーに最大1TBのメモリが搭載されます）。オラクル社は、このArmサービスの「1コアあたり1セント」という価格設定と、Ampere社製のマシンは、ユーザーがアプリケーションに処理コアを追加しても、予測可能なスケールアップが可能であることをアピールしている。
オラクルは、Oracle DatabaseのArm版の認証にも取り組んでおり、Oracle Linuxの認証も取得しています。これにより、企業はデータベースのパフォーマンスを向上させることができます。
ハイパフォーマンスコンピューティングでは、1回あたりの計算コストを下げることで、解決可能な問題の範囲を広げることができます。ビジネスコンピューティングにおいても、Armの低コスト化の恩恵を受けることができます。
チップメーカーやクラウドプロバイダーは、プログラマーが携帯電話やその他のデバイスでArmのアーキテクチャに慣れ親しんでいることを利用して、これまでほとんどがx86互換チップ用に書かれていたデータセンター用ソフトウェアの開発に拍車をかけようとしています。Moor Insights & Strategy社の主席アナリストであるPatrick Moorhead氏は、「Armを活用している企業は、Fortune 500企業ではなく、Webやクラウドネイティブ企業である。我々は、Armがエンタープライズデータセンターに進出したと見ています。データベースは大きなキャッシュと多くのコアを必要としますが、このチップはそれを備えています。オラクルのお客様は、良いパフォーマンスでコストを削減できるでしょう」と述べています。
ムーアの法則の後で
コンピューター業界が何十年もの間、発明の原動力としてきた半導体の処理能力が2年ごとに2倍になるという法則が崩れつつある中、Arm社はその法則に立ち向かっています。Arm社のチップにはシングルスレッドのコアが多数搭載されており、これらのコアが独立してタスクを実行するため、コードの追加を待つ必要がありません。クラウドコンピューティングのデータセンターで増えている機械学習や計算流体力学など、コンポーネントが互いに並行して実行されるコンピューティングの仕事に適しています。このようなチップは、x86設計に基づくサーバーチップと同じ価格で、より優れた性能を提供することができます。Jorissenは、「ハードウェアの多様化は、我々が利益を得るところです。クラウドユーザーは、それぞれのタスクを最適なプロセッサで実行することで、パフォーマンスとコスト効率を向上させることができます」」と言います。
オラクルのクラウド・インフラストラクチャ・エンジニアリング担当エグゼクティブ・バイス・プレジデントであるClay Magouyrk氏は、最近のブログで、「クラウドコンピューティングにおけるArmの台頭は、コンピュータ業界が、ハードウェアプラットフォームとそれをサポートするアプリケーションとの組み合わせの時代に部分的に戻りつつあることを示しています。この10～20年の間、サーバーではx86が完全に主流となり、ほとんどのアプリケーションやライブラリが複数のアーキテクチャで動作する必要がなくなりました。業界としては、Armの開発・運用環境に投資し、過去のマルチプラットフォームのスキルを再発見しなければなりません」と述べています。オラクルはAmpere社に出資しており、同社のCEOであるRenée James氏はオラクルの取締役に就任しています。
Arm社の価格性能面での優位性は、同社のチップと実行中のソフトウェアとの相互作用の仕方にあります。x86プロセッサーでは、マルチスレッドと呼ばれる技術を使用しています。これは、CPUコアが複数のタスクを処理し、実行する命令を取得する間に一時停止するというものです。これは、CPUコアが複数のタスクを並行して処理する手法です。Armでは、各コアが1つのスレッド（スケジュールされた命令群）を処理し、それが完了するまで実行します。その結果、エラーの数が非常に少なく、予測可能なプロセッサを実現することができます。クラウドプロバイダーは、コスト削減分を顧客に還元することができます。
「私たちは、これをArm社の企業データセンターへの進出と見ています。データベースは大きなキャッシュと多くのコアを必要としますが、このチップはそれを備えています」と述べています。
ムーア・インサイト＆ストラテジー社主席アナリスト Patrick Moorhead氏
一般的に使用されているアプリケーションをArmに対応させるには、まだまだハードルがあります。財務データや人事、顧客情報などを管理するアプリケーションの多くは、20数個のプロセッシングコア以上で動作するようには書かれていません。Ampere社のシニアソリューションディレクターであるSean Varley氏は、「1台のマシンの160コアを想定して書かれたものはほとんどありません」と述べています。
企業のソフトウェアメーカーも、大抵の場合、Arm上で動作するようにソフトウェアを書き換えていません。また、ユーザーが実行するコア数に応じてライセンス料が決まるアプリケーションなど、コアあたりの性能を最大限に必要とするコンピューティング業務には、Armが必ずしも最適ではありません。
Armのパイの一部
世界のサーバーのごく一部にしか搭載されていないとはいえ、Arm社のCPUが台頭してきています。このチップを搭載したコンピューターは、2019年には0.3％以下だったが、2024年には世界のサーバー支出の3.7％を占めるようになると予想されています。市場調査会社IDCのWorldwide Quarterly Server Trackerによると、これは年率67％の成長率です。この予測には、ストレージやネットワーク機器を制御する補助的なアクセラレータ・プロセッサは含まれていません。IDCのアナリストであるAshish Nadkarni氏は、「この成長は、企業のデータセンターではなく、パブリッククラウドサービスが牽引しています。Webサービス、シリコンに依存しない移植可能なアプリケーション、ハイパフォーマンス・コンピューティングは、クラウド・サービス・プロバイダーがパイの一部を求めているところです。」と述べています。
人工知能やクラウドベースのスーパーコンピューティングなど、成長著しい市場のニーズに応えるためには、専用のハードウェアを利用することがますます重要になっています。Arm社の設計を採用することで、クラウド事業者は、エネルギー予算内でより多くのサーバーをデータセンターに設置することができます。600億ドルを超えるクラウドコンピューティングインフラ市場では、性能や消費電力のわずかな向上が、大きな節約につながります。また、Armの設計図はカスタマイズが可能なため、クラウド事業者は、必要のない機能を搭載した既製品を購入することなく、自社のニーズに合わせてチップをカスタマイズすることができます。
このような採用の流れは、既存のチップメーカーと、Armベースのチップやコンピュータを開発する多くの資金力のある新興企業との間で、明日のアプリケーションのためのシリコンを供給するための争いを引き起こしています。
NVIDIAは、ハイパフォーマンス・コンピューティングとAIに向けたArm CPU「Grace」を2023年までに発売する予定で、スイス国立スーパーコンピューティングセンターと米国エネルギー省ロスアラモス国立研究所が最初の顧客となります。このプロセッサーは、言語の理解、スーパーコンピューター上でのAIジョブの実行、ニューラルネットワークの推奨などにおいて、現在のCPUとGPUの組み合わせに比べて10倍以上のスピードアップを約束します。NVIDIA社によると、Graceは、最大1兆個の変数を持つ将来の大規模な言語モデルを、現在は1ヶ月かかると予測されているのに対し、3日で学習できるようになるとのことです。
神戸の理化学研究所計算科学センターに設置されている世界最速のスーパーコンピュータ「富嶽」は、760万個以上のArmコアを搭載しています。また、アップルが最新のデスクトップPC、ノートPC、タブレット端末に搭載しているArmベースのM1チップは、最新のPCチップの2倍の性能を発揮し、同じピーク性能であれば消費電力は4分の1になります。これにより、さらに多くの開発者がArmに引き寄せられる可能性があります。
インテル社も、Pat Gelsinger新CEOのもと、業界の変化に対応しています。同社は、他社の設計したチップを製造するための工場を建設しており、Gelsinger氏は、顧客がインテルのx86設計とArmやオープンソースの命令セットであるRISC-Vの設計を組み合わせることができると述べている。
これらの動きは、自動車やコンピューターなどの業界に影響を与えているチップの供給不足の中で行われています。バイデン大統領が発表した広範囲にわたるアメリカのインフラ整備計画には、アメリカの半導体産業への生産奨励策や研究投資として500億米ドルが含まれています。
アームに注目する起業家たち
Armの勢いは、起業家やベンチャー投資家を魅了しています。4月に3億ドルを調達したシリコンバレーの新興企業Groqは、毎秒1兆回の演算が可能なAIの意思決定を目的としたチップを設計しました。また、メモリ容量を重視したAI専用チップを開発しているGraphcore社は、年初の1億5,000万米ドルのラウンドに加え、12月に2億2,200万米ドルを調達しました。カナダのTenstorrent社は今年、AMD、Intel、Teslaの元幹部でチップ設計者を社長兼最高技術責任者に採用し、5月20日に2億カナダドルの資金調達を発表しました。AIコンピュータシステム開発のSambaNova Systems社は、4月に6億7,600万米ドルを調達しました。
3月、クアルコムは、Arm CPUのスタートアップであるNUVIA社の14億米ドルの買収を完了したことを発表しました。クアルコムとマイクロソフトは5月24日、Armを搭載した開発者向けのコンパクトなWindows 10 PCを構築したと発表しました。
最大のハードル 大企業のワークロードをクラウドに移行する際には、データベースが最重要となります。そこでオラクルは、Oracle Databaseに接続するアプリケーションを作成・実行するための「Oracle Instant Client」と、Arm上で動作する「Oracle Linux」を認定しました。データベース製品管理担当副社長のジェニー・ツァイ＝スミスによると、オラクルはさらに先、Linux上で動作するOracle DatabaseのサーバーコードもArm向けに認証する予定だという。
IDCのアナリストであるNadkarni氏は、「今回の動きは企業がArmを採用する理由を増やすことになるだろう。エンタープライズアプリケーションの話をするなら、Oracle Databaseを抜きにしては語れません」と語ります。それは大きな旅の始まりなのです。"
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