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인텔(Intel)은 태평양 표준시 기준 3월 2, 3일 양일간 미국 오레곤(Oregon)주 힐스보로(Hillsboro)의 존스 팜 캠퍼스(Jones farm Campus)에서 글로벌 미디어들을 초청, 인텔 제온 E5-2600 v4 시리즈와 플랫폼의 기술적 특징, 전략 등을 소개하는 테크니컬 워크숍을 진행했다.
인텔 제온 E5-2600 v4 시리즈 프로세서는 ‘브로드웰(Broadwell)’ 아키텍처를 기반으로 하는 2소켓급 플랫폼의 서버용 프로세서로, 이전 세대 대비 더 높아진 성능과 함께 다양한 새로운 기능들을 지원하는 것이 특징이다. 인텔은 제온 E5 v4 프로세서와 기반 플랫폼에 대해 스케일아웃 확장되는 소프트웨어 정의 데이터센터와 클라우드 환경에 최적화된 플랫폼으로 소개했으며, 서버 뿐 아니라 스토리지와 네트워크에 이르기까지 플랫폼이 활용 가능한 범위를 넓혔다.
인텔 제온 E5 v4 프로세서와 기반 플랫폼은 이제 네트워크와 스토리지 부분에서도 효율적으로 활용할 수 있는 기반을 마련했다. 네트워크에서는 DPDK를 적극적으로 활용해 가상 스위치에서의 패킷 성능을 비약적으로 끌어올렸고, 스토리지에서는 내부 데이터 처리 성능 향상을 위한 ISA-L과 전달 성능 최적화를 위한 SPDK를 적용, 이전 세대 대비 큰 폭의 성능 향상을 달성했다. 이와 함께 데이터센터 스토리지 성능 최적화를 위한 새로운 SSD 제품도 함께 소개되었다.
▲ SDN과 NFV 지원을 위한 제온 E5 v4의 주요 특징들이 발표되었다.
제온 E5 v4 프로세서와 네트워크에 대한 부분은 인텔의 네트워크 플랫폼 그룹 린 콤프(Lynn Comp) 디렉터와 에드윈 버플랜크(Edwin Verplanke) 엔지니어가 진행했다. 인텔이 네트워크 부분에서 보는 중요한 주제로는 SDN과 NFV가 강조되고 있는 통신사 클라우드 환경이 꼽히며, SLA와 관리성, 자동화된 인프라 운영과 워크로드 최적화 등이 강조된다. 또한 향후 트래픽 증가와 함께 데이터 암호화 수요 증가, 높은 보안성, 더 많은 스토리지 등이 주요 요구 사항으로 꼽혔다.
기존의 네트워크는 목적에 따른 전용 하드웨어와 이에 종속되는 관리 도구로 구성되어 왔다. 하지만 향후에는 유연성과 확장성 등을 극대화할 수 있는 소프트웨어 정의 네트워크(SDN)과 네트워크 기능 가상화(NFV) 등이 범용 서버에서 네트워크에 필요한 주요 기능을 제공하게 될 것이라고 소개했다. 그리고 이를 위한 제온 E5 v4의 기능으로는 DPDK 등의 커뮤니케이션 소프트웨어 최적화 도구와 향상된 가상화 기술, 리소스 디렉터 기술, 압축과 암호화 가속을 위한 퀵어시스트(QuickAssist) 기술 등이 꼽혔다.
기존의 고정 장비들이 수행하던 기능들을 가상화 기반으로 전환하는 NFV에서는 전반적인 성능에 있어 가상화 기술 뿐 아니라 VM과 물리적 네트워크 사이의 가교 역할을 하는 vSwitch 부분이 대단히 중요해진다. 그리고 인텔의 프로세서와 플랫폼 기반에서 vSwitch의 패킷 처리 성능을 극대화하기 위한 기술인 DPDK는 이미 OVS(Open vSwitch)에서의 지원이나 오픈플로우 호환성을 가지는 라고푸스(Lagopus) vSwitch, FD.io 등에서 그 효용성이 입증되고 있다.
▲ OVS의 DPDK 지원과 SR-IOV의 활용은 SDN과 NFV 시대에 새로운 가능성을 제시한다.
리눅스 기반에서 DPDK의 사용 여부에 따른 L3 포워딩 패킷 처리 성능은 대략 25배 정도로 소개되었으며, 오픈소스와 BSD 라이선스 적용으로 사용 측면에서도 제약이 적다. 그리고 가상화 환경에서 DPDK를 사용하지 않은 기존 vSwitch를 사용하는 경우 기본 시스템에서 DPDK 사용시와 비교할 때와 30배의 성능 하락을 볼 수 있는데, 이는 가상화 환경에서 vSwitch를 거치는 데 따른 오버헤드가 추가로 적용된 것으로 해석할 수 있다.
OVS에 DPDK를 적용하는 경우에는 기존의 IP 스택이 가진 한계를 넘을 수 있고, VM의 동작에서도 성능 저하의 원인인 VM 내, 외부간의 인터럽트 등을 줄이는 등으로 패킷 처리 성능을 크게 높일 수 있다. DPDK 적용 OVS에 4코어 정도를 할당하면 NFV 환경에서도 상당한 수준의 패킷 처리 성능을 확보할 수 있으며, 가상화 환경이 가지는 유연성 측면도 함께 가져갈 수 있어 박스 전체를 리눅스 기반 장비로 구현하는 것에 비교해서 효율적인 선택이 된다.
DPDK 적용의 또 다른 시나리오로는 가상화 환경에서 VM과 물리적인 이더넷 컨트롤러를 바로 연결하는 방법이 있다. SR-IOV를 통해 직접 VM이 이더넷 컨트롤러에 접근할 수 있도록 하는 경우 가상화 환경에서도 거의 모든 하드웨어 성능을 낼 수 있다. 이런 구성은 가상화 환경의 유연성과 극대화된 성능 양쪽을 얻을 수 있지만, 다양한 트래픽 유형에 대한 유연성 측면이 제약되는 등의 단점이 있어, 상황에 따라 선택할 수 있는 옵션이라고 소개했다.
▲ 퀵어시스트 기술의 비동기식 OpenSSL 지원은 암호화 처리 성능을 대폭 끌어올린다.
제온 E5 v4 프로세서에서 선보이는 가상화 관련 새 기능들은 NFV 환경에서도 중요하게 활용된다. 포스티드 인터럽트(Posted Interrupts)는 큰 지연시간을 수반하는 vmexit 없이 직접 인터럽트를 VM으로 전달할 수 있도록 해 지연 시간을 크게 줄이고, 패킷 처리량은 최대 41%까지 올릴 수 있는 것으로 소개되었다. 이와 함께 페이지 수정 로깅(Page-Modification Logging)은 VM간의 라이브 마이그레이션과 신속한 장애복구를 구현할 수 있도록 해, 전반적인 가용성을 극대화한다.
인텔 퀵어시스트(QuickAssist) 기술은 암호화와 압축 기술의 가속을 통해 NFV, SDN 환경에서 라이브 마이그레이션 지원과 다운타임 감소, 전송 트래픽 감소 등을 제공한다. 퀵어시스트 기술은 OpenSSL 기반에서 QAT 엔진과 인텔 8900 시리즈 커뮤니케이션 칩셋을 조합, 병렬화 가능한 비동기식 운영을 지원 해 처리량 증가를 기대할 수 있다. 같은 C8920 칩셋 기반에서 OpenSSL의 동기식, 비동기식 동작의 성능 차이는 크게는 7.5배에 이르며, 최신 칩셋 C8955 에서는 그 성능이 크게 높아졌다.
퀵어시스트 기술은 NFV, SDN 환경에서 효율적인 라이브 마이그레이션을 구현하는 데도 효과적으로 활용될 수 있다. 퀵어시스트의 압축 기술은 라이브 마이그레이션 시간을 최대 40% 줄이고, VM 다운타임은 최대 70%까지, 트래픽은 최대 45%까지 줄이는 효과를 기대할 수 있다. 예를 들어, 7GB 정도의 무작위 쓰기 형태 데이터셋을 가진 VM이 마이그레이션 되는 경우, QAT가 적용되면 다운타임은 249ms에서 11ms까지 줄이고, 전체 시간은 7.3초에서 6.7초로 다소 줄일 수 있다.
리소스 디렉터 기술에서 네트워크 쪽에 유용한 기술로는 캐시와 관련된 CMT(Cache Monitoring Technology), CAT(Cache Allocation Technology)가 꼽힌다. 특히 특정 애플리케이션이나 VM을 위해 특정 LLC 영역을 예약할 수 있게 하는 CAT는, 다양한 VM이 구동되는 가상화 환경에서도 캐시의 적중률을 극대화해 단일 용도로 사용할 때에 비견될 정도로 성능을 끌어올릴 수 있도록 한다. 예를 들어, OVS 포트 포워딩에서 LLC 5MB를 써서 12Mpps가 나온다면, 가상화 환경에서 CAT로 LLC 5MB를 파티셔닝해도 11.8Mpps의 성능을 얻을 수 있다.
▲ HPC쪽에서 늘어난 코어와 AVX 최적화는 꽤 고무적인 효과를 만들어 냈다.
HPC 부분에 대한 소개는 앤디 파르마(Andy Parma) 인텔 HPC 플랫폼 그룹 마케팅 매니저가 진행했다. 현재 HPC는 시장에서 통찰력을 위한 투자로 주목받고 있으며, 기존 과학 분석에서의 활용 이외에도 비즈니스 혁신을 위한 측면에서 높은 ROI로 주목받고 있고, 데이터 기반 분석과 머신 러닝 등의 새로운 패러다임 측면에서도 중요해지고 있다. 그리고 이러한 움직임은 HPC 시장에서 데이터센터 기반 시장의 높은 성장세로도 보여지고 있다고 덧붙였다.
IPC가 향상된 브로드웰 아키텍처를 기반으로 하는 제온 E5-2600 v4 제품군은 이전 제품보다 더 많은 최대 22개 코어, 더 높은 동작 속도의 DDR4-2400 메모리로 더 높은 성능을 제공하며, 금융 서비스 워크로드나 지질학 분석 등에서 최대 47% 높은 성능을, 생명과학 분석에서는 최대 35% 높은 성능을 기대할 수 있다고 소개되었다. 그리고 IPC 향상 측면에서 강조된 변화는 벡터 부동소수점 곱셈기(MulPS, PD)의 지연 시간이 5사이클에서 3사이클로 40% 줄어든 것이 꼽혔다.
하스웰 아키텍처부터 적용된 FMA는 기존 16사이클이 걸리던 연산을 10사이클에 해결할 수 있게 했으며, 이전 세대 대비 사이클당 두 배 높은 연산 성능을 제공했던 바 있다. 그리고 이런 향상된 성능은 구조해석, 계산 유체 역학, 우주론 등의 HPC 워크로드에서 더 높은 성능 포텐셜을 제공한다. 새로운 프로세서를 사용하는 슈퍼컴퓨터의 사례로는 NCAR의 새로운 시스템이 소개되었는데, SGI가 만든 이 시스템은 7천개 이상의 제온 프로세서로 5.34PFlops 성능을 구현하고, 2017년 초 운영이 시작될 예정이다.
▲ SSF는 HPC 구성을 위한 표준을 제시하는 의미도 가지고 있다.
HPC 분야를 위한 인텔의 SSF(Scalable System Framework)는 HPC 시장이 성장하면서 겪는 문제이면서 주요 도전 과제이기도 한 시스템 디자인의 최적화, 다양한 워크로드 유형에서의 최적화, 그리고 클라우드로의 확장 등을 위한 전반적인 아키텍처를 제안한다. 그리고 인텔은 HPC 분야에서 이런 당면 과제를 해결하기 위해 시스템 측면에서는 전반적인 아키텍처 측면의 접근과 함께 시스템 구성 요소들의 긴밀한 통합, 소프트웨어 측면에서는 애플리케이션의 현대화 등을 제시했다.
인텔 SSF는 모든 HPC 수요에 대응해, 규모와 목적에 맞춘 시스템 구성을 쉽고 빠르게, 표준 기반 프로그램 모델을 기반으로 제공할 수 있으며, 온프라미스와 클라우드 구성 모두를 지원할 수 있는 기반을 제공한다. 컴퓨트, 메모리와 스토리지, 네트워크 패브릭, 소프트웨어 등 네 가지 부분으로 구성되어 있으며, 인텔의 제온 프로세서와 플랫폼, 제온파이 코프로세서, SSD, 옴니패스 아키텍처와 트루스케일 패브릭, HPC 소프트웨어 스택과 러스터 솔루션 등이 긴밀하게 연결된다.
SSF의 목적으로는 인텔의 플랫폼 기반에서 HPC 시스템 디자인과 구성을 쉽게 할 수 있도록 하고, 소프트웨어 개발과 배포, 관리를 표준화하는 것 등이 꼽힌다. 그리고 이를 위한 레퍼런스 아키텍처와 디자인, 검증을 위한 툴 등이 SSF 디자인 가이던스에 포함된다. 한편 현재 SSF에는 HPE, 델, 레노버 등의 서버 업체 뿐 아니라 크레이(CRAY), sgi, 알테어 등의 슈퍼컴퓨터 업체들과 다쏘시스템 등의 솔루션 업체 등이 참여하고 있다고 덧붙였다.
▲ 차세대 제온파이 ‘나이트 랜딩’은 연산속도가 대폭 올라갈 것으로 알려졌다.
▲ 고성능과 비용 효율적인 네트워크 패브릭 구성을 위한 옴니패스 아키텍처.
SSF의 주요 구성 요소 중 연산 가속을 위한, 코드명 나이트 랜딩(Knight Landing)으로 알려진 차세대 제온 파이(Xeon Phi) 프로세서는 기존 제온 파이 코프로세서보다 2.5배 연산 성능으로 소켓당 최대 3TFlops 이상의 성능을 제공할 수 있으며, 호스트 프로세서와 코프로세서 양 쪽으로의 활용이 가능할 것으로 소개되었다. 또한 메모리 내장으로 대역폭 최대 2.5배 향상, 듀얼포트 옴니패스 패브릭 내장으로 비용 효율과 밀도 향상이 가능하며, 기존 제온 파이, 제온 프로세서와 바이너리 호환이 가능할 것이라 덧붙였다.
HPC 시스템에서 P3700이나 P3600 등 인텔의 새로운 NVMe SSD 제품군은 훌륭한 임시, 캐시 스토리지로의 활용이 기대되며, P3320은 핫 데이터 스토리지에서 기존 하드 드라이브 기반의 스토리지를 대체할 수 있을 것으로 기대했다. 또한 스케일업 측면에서도 NVMe 기반의 SSD는 SAS 기반의 스토리지 대비 높은 성능과 더 낮은 지연시간 등의 이점으로 HPC 시장에서 그 영역을 넓혀 갈 수 있을 것이라 설명했다.
노드간 고속 연결을 위한 고성능 패브릭을 제공하는 옴니패스 아키텍처는 기존 인피니밴드 EDR등의 연결 방식 대비 성능과 비용 대비 가치가 극대화되었다. 제온 E5-2600 v4 기반에서 옴니패스 연결은 이전 세대 대비 24% 높은 메시지 전달 성능을 보이며, 인피니밴드 EDR과의 비용 효율 측면에서는 같은 비용에서 26% 더 많은 서버를 연결할 수 있다고 소개되었다. 또한 차세대 제온 파이 프로세서 등에서 옴니패스 아키텍처를 통합해 다양한 활용이 기대된다고 덧붙였다. | 
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