クラウドの加速：クラウドネイティブになります

（ampereコンピューティングシリーズの記事がクラウドコンピューティングを加速し、パート1）

従来、Webアプリケーションの展開とは、企業のエンタープライズデータセンターのX86アーキテクチャに基づいてサーバーを使用して大規模なモノリシックアプリケーションを実行することを意味します。クラウドリソースをリアルタイムの要件に基づいて割り当てることができるため、クラウドへのアプリケーションの移行は、データセンターを過剰に構成する必要性を排除します。同時に、クラウドへの移行は、コンポーネントアプリケーション（マイクロサービスとも呼ばれる）への移行も意味します。このアプローチにより、アプリケーションは、潜在的に数万人または数百万人のユーザーに簡単にスケーリングできます。

クラウドネイティブアプローチを使用して、アプリケーションはクラウドで完全に動作し、クラウドの一意の機能を活用できます。たとえば、分散アーキテクチャを使用して、開発者は、別のデータベースを追加せずに別のアプリケーションサーバーを追加するのと同じように、より大きなアプリケーションを実行するのではなく、アプリケーションコンポーネントのインスタンスをより多く作成することでシームレスにスケーリングできます。多くの大企業（Netflix、Wikipediaなど）は、アーキテクチャを次のレベルに分配し、アプリケーションをスタンドアロンのマイクロサービスに分けています。これにより、設計、展開、負荷分散の規模が簡素化されます。モノマーアプリケーションの分解の詳細については、Phoenixプロジェクトを参照してください。Cloud-Nativeアプリケーションの開発におけるベストプラクティスについては、Twelve Elementアプリケーションを参照してください。

x86ハイパースレッド非効率性

従来のX86サーバーは、主にパーソナルコンピューティングプラットフォームで使用されている共通のアーキテクチャに基づいて構築されており、ユーザーはさまざまなタイプのデスクトップアプリケーションを単一のCPUで同時に実行できる必要があります。この柔軟性により、X86アーキテクチャは、デスクトップアプリケーションに役立つ高度な機能と容量を可能にしますが、多くのクラウドアプリケーションではこれらの機能は必要ありません。ただし、X86ベースのクラウドでアプリケーションを実行している企業は、たとえそれらを使用していなくても、これらの機能に支払う必要があります。

使用率を向上させるために、X86プロセッサはハイパースレッジングテクノロジーを使用して、1つのコアが2つのスレッドを実行できるようにします。ハイパースレッドにより、コア容量をより完全に利用できるようになりますが、コアのリソースが過剰に使用されている場合、あるスレッドが別のスレッドのパフォーマンスに影響を与える可能性があります。具体的には、これらの2つのスレッドが同じリソースを競うたびに、これは操作に重要かつ予測不可能なレイテンシをもたらします。コアを共有するアプリがわからない（そして制御できない）ときにアプリを最適化することは困難です。ハイパーレディングは、請求書を支払い、スポーツゲームを同時に見ようとすると見なすことができます。法案は完了するまでに時間がかかりますが、ゲームを本当に感謝していません。最初に法案を完了し、次にゲームに焦点を当てるか、2人にタスクを割り当てることで、タスクを分離して隔離することが最善です（そのうちの1人はサッカーファンではありません）。

別のスレッドのアプリケーションは、サイドチャネル攻撃を実行しようとするマルウェアである可能性があるため、

HyperThreadingはアプリケーションのセキュリティ攻撃面を拡張します。互いに分離されたさまざまなスレッドにアプリケーションを維持すると、プロセッサレベルでオーバーヘッドと追加のレイテンシが導入されます。

クラウドネイティブ最適化

効率を向上させ、シンプルさを設計するために、開発者は特定のデータを効率的に処理するために特別に設計されたクラウドリソースを必要とします（他のすべてのデータではありません）。この目的のために、効率的なクラウドネイティブプラットフォームは、クラウドネイティブアプリケーションの典型的な操作タイプを加速できます。全体的なパフォーマンスを改善するために、クラウドネイティブプロセッサは、ますます複雑なデスクトップアプリケーションを実行するためにハイパースレッドを必要とするより大きなコアを構築するのではなく、マイクロサービスの実行を最適化するように設計されたより多くのコアを提供します。これにより、より一貫した決定的な遅延が得られ、透明なスケーリングをサポートし、アプリケーションが独自のコアで実行されたときに自然に孤立しているため、ハイパースレッドによってもたらされるセキュリティ問題の多くを回避します。

クラウドネイティブアプリケーションを加速するために、AmpereはAltraおよびAltra Max 64ビットクラウドネイティブプロセッサを開発しました。単一のICで最大128のコアの前例のない密度を提供する単一の1Uシャーシには、単一のラックに最大256コアを収容できる2つのスロットが付属しています。

Ampere AltraおよびAmpere Altra Maxコアは、ARM命令セットアーキテクチャ（ISA）の周りに設計されています。 X86アーキテクチャはもともと汎用デスクトップ用に設計されていましたが、ARMは、決定論的な行動と電力効率がより懸念される埋め込みアプリケーションの伝統から進化しました。これから、アンペアプロセッサは、消費電力とコア密度が重要な設計上の考慮事項であるアプリケーション向けに設計されています。全体として、Ampereプロセッサは、多くのクラウドネイティブアプリケーションに非常に効率的な基盤を提供し、高性能、予測可能で一貫した応答性、およびより高い電力効率を可能にします。

開発者にとって、AmpereプロセッサがARM ISAを実装するという事実は、ソフトウェアと開発用のツールの幅広いエコシステムがすでにあることを意味します。このシリーズの第2部では、開発者が既存のアプリケーションを、主要なCSPが提供するAmpere Cloudネイティブプラットフォームにシームレスに移行して、クラウド操作をすぐに加速し始める方法について説明します。

クラウドネイティブの利点

クラウドネイティブプラットフォームで実行することの重要な利点は、レイテンシが低いため、より一貫した予測可能なパフォーマンスが発生します。たとえば、マイクロサービスアプローチは、現在のモノマークラウドアプリケーションと根本的に異なります。したがって、サービスの品質と利用効率を最適化するために、根本的に異なるアプローチが必要であることは驚くことではありません。

マイクロサービスは、大きなタスクを小さなコンポーネントに分解します。利点は、マイクロサービスを専門とすることができるため、必要なすべてのタスクを達成しようとする一般的なモノリシックアプリケーションよりも、操作間でより高いキャッシュ利用を達成するなど、より高い効率を提供できることです。ただし、マイクロサービスは通常、コンポーネントごとのコンピューティングリソースを使用しますが、レイヤーごとのレイテンシ要件は、一般的なクラウドアプリケーションよりもはるかに厳しいものです。言い換えれば、各マイクロサービスは、完全なアプリケーションに使用できるレイテンシ予算のごく一部しか取得しません。

最適化の観点からは、最適化の観点から重要です。最悪の場合は、各マイクロサービスの応答性が、高度なマイクロサービスの組み合わせの最悪のシナリオの合計と同じくらい異なるためです。良いニュースは、マイクロサービスレイテンシをわずかに改善しても大幅な改善をもたらす可能性があることを意味することです。

図1は、Intel IcelakeやAmd Milanと比較して、Ampere Altra Maxのようなクラウドネイティブプラットフォームで典型的なクラウドアプリケーションを実行することのパフォーマンスの利点を示しています。 Ampere Altra Maxは、より高いパフォーマンスを提供するだけでなく、パフォーマンス/ワットの効率を高めることもできます。また、この図は、Ampere Altra MaxがIntel Icelake（13％）よりも優位性を持ち、クラウドネイティブアプリケーションに必要な安定したパフォーマンスを提供する方法を示しています。

図1：Ampere Altra Maxなどのクラウドネイティブプラットフォームは、Intel IcelakeやAmd Milanと比較して、優れたパフォーマンス、電力効率、およびレイテンシを提供します。

持続可能性

CSPがデータセンターの消費電力を処理したとしても、多くの開発者は、企業が持続可能性の問題にどのように対処するかを公的および企業の利害関係者の懸念を高めていることを認識しています。 2022年、クラウドデータセンターは、データセンターの消費電力の80％を占めると推定されています1。 2019年のデータによると、データセンターの消費電力は2030年までに2倍になると予想されています。

クラウドの長期的な発展にとって持続可能性が重要であり、クラウド業界はより効率的なエネルギー技術を採用し始めなければならないことは明らかです。消費電力を削減すると、運用コストも削減されます。いずれにせよ、今日の二酸化炭素排出量を削減した最初の企業は、そのような措置が義務付けられたときに準備されます。

表1：従来のX86雲と比較したAmpere Cloud-Nativeプラットフォームを使用したクラウドネイティブ処理の利点。

Ampereなどのクラウドネイティブテクノロジーにより、CSPはデータセンターのコンピューティング密度を増加させ続けることができます（表1を参照）。一方、クラウドネイティブプラットフォームは、魅力的なパフォーマンス/価格/電力のメリットを提供し、開発者はパフォーマンスを改善しながら毎日の運用コストを削減できます。

このシリーズの第2部では、既存のアプリケーションをクラウドネイティブのプラットフォームに再配置し、操作をスピードアップするために必要なものを詳しく説明します。

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