各種アクセラレーター内蔵で消費電力を抑えつつ性能を向上、未来のネットワークを支える
第4世代 インテル® Xeon® SPが5G／ネットワークのイノベーションを加速させる
“ワークロード特化型”のアクセラレーターやテクノロジーを搭載した「第4世代 インテル® Xeon® スケーラブル・プロセッサー」（第4世代 インテル® Xeon® SP）。本特集では第1回記事で「AI／データ分析ワークロード」、第2回記事で「HPCワークロード」における、第4世代 インテル® Xeon® スケーラブル・プロセッサーの具体的な“強み”を見てきた。
今回のテーマは「5G／ネットワーク」領域のワークロードだ。この領域では近年、急速にソフトウェア化（Software-Defined化）の動きが進んでおり、汎用プロセッサーにもネットワークワークロードへの対応が求められている。最新の第4世代 インテル® Xeon® スケーラブル・プロセッサーは、そのニーズにどう応えているのだろうか。詳しく見てみよう。
オープンな汎用ハードウェア＋ソフトウェア化がもたらすメリット
かつてのモバイルネットワークやデータセンターネットワークは、専用ハードウェアを組み合わせた構成が主流だった。最も重要な要件は「信頼性」や「安定性」であり、通信処理に特化したプロセッサーやOSを搭載した専用ハードウェアがそうした要件を満たしていた。
しかし、近年では汎用プロセッサーや仮想化技術が急速に進化し、ネットワーク領域でも徐々に汎用ハードウェア（具体的にはx86サーバーなど）による構成が増えつつある。信頼性と安定性の要件を実用上十分なレベルで満たせるならば、より安価な汎用ハードウェアで構成したいと考えるのは当然だろう。
汎用ハードウェアとソフトウェアによる構成は、コスト以外にもさまざまなメリットを生む。たとえば「ネットワーク構成の柔軟性」「拡張性」「管理性」といったものだ。そうしたメリットを享受すべく、各種ネットワーク機能を仮想化する「NFV（Network Function Virtualization）」や、4G/5GモバイルネットワークのRAN（無線アクセスネットワーク）を仮想化する「vRAN（仮想RAN）」などが生まれた。
そして何より、最大のメリットは「イノベーションの加速」だろう。通信キャリアやサービスプロバイダーでは、新たなサービスやビジネスを他社に先駆けて展開できる能力を求めている。しかし、専用ハードウェアの更新サイクルは年単位であり、大きな機能追加などは難しい。一方で汎用ハードウェアやソフトウェアの進化は速く、新機能の開発も展開もスピーディに行いやすい。そのため通信ビジネスのイノベーションを加速させるインフラとして、大きな期待が寄せられているのだ。
5G領域において、インテルではOpenRAN（オープンRAN）の取り組みに早期から参画している。これまで単一ベンダーの専用ハードウェアで構成されてきたRANを、汎用ハードウェアとソフトウェア技術で実現し、複数ベンダーの製品が相互接続できる標準化されたオープンな世界に変える。これによりエコシステムを拡大し、5Gのイノベーション加速を目指すものだ。
5G／ネットワーク処理を効率化するアクセラレーターを内蔵
これまでの記事でお伝えしてきたとおり、第4世代 インテル® Xeon® スケーラブル・プロセッサーの特徴は、特定のワークロード性能をさらに大きく向上させるアクセラレーターやテクノロジーの搭載だ。上述した背景から、5G／ネットワークも注力するワークロード領域の1つとなっている。
第4世代 インテル® Xeon® スケーラブル・プロセッサーでは、特定のワークロード／目的に応じたアクセラレーターを搭載して、より効率的な処理を可能にしている
具体的には、「インテル® Network Engines」と総称される次のようなアクセラレーター／テクノロジーをプロセッサーに内蔵している。
●インテル® DLB（Dynamic Load Balancer）：ネットワーク処理を複数のCPUコアに効率良く分散させ、全体のパフォーマンス低下を抑えるテクノロジー。
●インテル® QAT（Quick Assist Technology）：トラフィックデータの圧縮、暗号化／復号化、公開鍵交換などの処理をオフロードし、処理を高速化するアクセラレーター。
●インテル® DSA（Data Streaming Accelerator）：ストリーミングデータの移動／変換処理を高速化するアクセラレーター。
さらに、5G vRAN向けには次のようなアクセラレーター／テクノロジーも搭載されている。
●インテル® vRAN Boost：通信信号の前方誤り訂正（FEC）処理を効率化するアクセラレーター。
●vRAN向けのインテル® AVX-512（Advanced Vector Extention for vRAN）：MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）処理など、RAN特有の信号処理を効率化するために拡張された命令セット。
5G vRANやUPF、SASE、CDNなどのワークロード性能が大幅向上
これらのアクセラレーター／テクノロジーは、実際にどの程度のパフォーマンス向上をもたらすのか。
たとえばインテル® QATは、第4世代 インテル® Xeon® スケーラブル・プロセッサーで新たにプロセッサーに内蔵された。インテルによるパフォーマンステストでは、データ圧縮処理が前世代比で2倍以上高速になり、なおかつ処理に使われるCPUコア数は95％削減されるという。処理をオフロードすることで、CPUコアはまた別の処理に充てることができ、ワークロード全体のパフォーマンス向上にもつながる。
また、インテル® vRAN向けAVXによって、前世代プロセッサーと同等の消費電力で最大2倍の容量のvRANが実現するという。一方でインテル® vRAN Boostでは、アクセラレーターカードを外付けする必要がなくなるため、消費電力が20％削減できるという。5Gネットワーク／vRANの設置場所は多様であり、消費電力を抑えつつパフォーマンスを向上させるこうした技術は重要だ。
個々のアクセラレーター／テクノロジーがもたらすインパクトを総合して、インテルが重視する「実環境のワークロード性能」はどの程度向上するのか。まず、以下のベンチマークテスト結果を見ると、前世代比でおよそ1.5～2倍のパフォーマンスが実現している。
第4世代 インテル® Xeon® スケーラブル・プロセッサーのベンチマークテスト結果（前世代比の性能倍率）
そのほかのワークロードでは、5GコアネットワークのUPF（User-Plane Function）スループットが前世代比1.88倍となり、全体で30％のパフォーマンス向上を実現する。またセキュリティゲートウェイのSASEワークロードではスループットが1.71倍に、コンテンツ配信のCDNワークロードではインテル® DLBなどの効果でスループットが1.46倍に向上している。
＊ ＊ ＊
インテル® Xeon® スケーラブル・プロセッサーを組み込んだ5G／ネットワークソリューションは、日本や米国をはじめとする多くの国の5Gモバイルネットワーク、あるいはデータセンターですでに活用されている。新しいアーキテクチャで性能を大幅強化した第4世代プロセッサーの投入により、採用の動きはさらに加速するだろう。
そうしたインフラの変革に伴って、ネットワークサービスのイノベーションもさらに加速していくはずだ。インテル® Xeon® スケーラブル・プロセッサーが新たな世界を開いてくれることを期待してやまない。
（提供：インテル）
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