クラウドの加速：クラウドネイティブになるときに何を期待するか

ampereクラウドネイティブプラットフォーム：パフォーマンス、持続可能性、費用対効果の完璧な組み合わせ

この記事は、Ampere Computingの「Accelerating Cloud Computing」シリーズの4番目の部分であり、クラウドネイティブのプラットフォームに移行することの多くの利点を探ります。前の記事では、X86アーキテクチャとクラウドネイティブプラットフォームの違いと、クラウドネイティブの移住に必要な投資について説明しています。この記事では、クラウドネイティブのプラットフォームがもたらす利点に焦点を当てます。

クラウドコンピューティングにおけるクラウドネイティブプロセッサの利点：

• ラックごととドルあたりのパフォーマンスを向上させます
• 予測可能性と一貫性の強化
• 効率を改善
• 最適化されたスケーラビリティ
• 運用コストを削減します

クラウドネイティブプロセッサは、ピークパフォーマンスを実現します

多数のレガシー機能を搭載したX86アーキテクチャとは異なり、Ampere Cloudネイティブプロセッサは、一般的なクラウドアプリケーションタスクを効率的に実行するように設計されています。これにより、企業が最も依存している重要なクラウドワークロードのパフォーマンスが大幅に向上します。

図1：Ampere Cloudネイティブプラットフォームは、X86プラットフォームよりも重要なクラウドワークロードで大幅に高いパフォーマンスを発揮します。 「クラウドネイティブプロセッサのコアの持続可能性」からの画像。

クラウドネイティブは、より高い応答速度、一貫性、および予測可能性をもたらします

ネットワークサービスを提供するアプリケーションの場合、ユーザーリクエストの応答時間は重要なパフォーマンスメトリックです。応答速度は、負荷とスケーラビリティに依存します。

ピークパフォーマンスは重要ですが、多くのアプリケーションは、2秒以内に応答するなど、特定のサービスレベル契約（SLA）を満たす必要があります。したがって、クラウドオペレーションチームは通常、P99レイテンシを使用して応答速度を測定します（つまり、リクエストの99％がその間に満足のいく応答時間を取得します）。

P99の遅延を測定するために、サービスへのリクエストの数を増やして、必要なSLA内でトランザクションの99％がまだ完了している場所を決定します。これにより、SLAを維持しながら可能な最大スループットを評価し、ユーザーの数が増えるにつれてパフォーマンスへの影響を評価できます。

一貫性と予測可能性は、全体的なレイテンシと応答速度に影響を与える2つの主要な要因です。タスクのパフォーマンスがより一貫している場合、応答速度はより予測可能です。言い換えれば、レイテンシとパフォーマンスの違いが小さくなればなるほど、タスクの応答速度はより予測可能です。予測可能性は、ワークロードのバランスを簡素化するのにも役立ちます。

このシリーズの最初の部分で述べたように、X86 Coreはハイパースレッドテクノロジーを使用してコア利用を改善します。 2つのスレッドがコアを共有するため、SLAを保証することは困難です。他のX86アーキテクチャの問題におけるオーバーヘッドと固有の矛盾を過剰に読み直すと、アンペアクラウドネイティブプロセッサと比較して、タスク間の遅延の違いが大きくなります（図2を参照）。したがって、X86ベースのプラットフォームは高いピーク性能を維持できますが、遅延の違いによりSLAをすぐに上回ります。さらに、SLA（つまり、秒対ミリ秒）が厳しいほど、この違いがP99の遅延と応答速度に与える影響が大きくなります。

図2：ハイパースレッドおよびその他のX86アーキテクチャの問題は、スループットとSLAに悪影響を与えるレイテンシの違いの増加につながります。 「クラウドネイティブプロセッサのコアの持続可能性」からの画像。

この場合、レイテンシを減らす唯一の方法は、要求率を下げることです。言い換えれば、SLAを確保するには、各コアがより低い負荷の下で実行されることを確認するために、より多くのX86リソースを割り当てる必要があり、したがって、高負荷の下でのスレッド間の応答速度の大きな違いの問題を解決する必要があります。したがって、X86ベースのアプリケーションは、SLAを維持しながら管理できるリクエストの数をより多くの制限の対象とします。

Nginx、Redis、H.264メディアのエンコーディングとMemcachedのパフォーマンスとエネルギー効率の比較チャート

クラウドネイティブは、より高い費用対効果をもたらします

クラウドネイティブメソッドは、SLAに一貫した応答速度とより高いパフォーマンスを繰り返し可能な方法で提供できます。これは、より高いコストパフォーマンスも意味します。これにより、より少ないコアでより多くの要求を管理できるため、これにより運用コストが直接削減されます。要するに、クラウドネイティブプラットフォームにより、アプリケーションはSLAに影響を与えることなく、より少ないコアでより多くのことを行うことができます。より高い利用率は、X86ベースのプラットフォームと比較して同じ負荷を管理するためにクラウドネイティブコアが少ないため、より低い運用コストに直接変換されます。

それで、あなたはいくら節約できますか？クラウドコンピューティングの基本的なコンピューティングユニットはVCPUです。ただし、X86ベースのプラットフォームの場合、各X86コアは2つのスレッドを実行するため、ハイパースレッドを無効にしたい場合は、X86VCPUをペアでレンタルする必要があります。それ以外の場合、アプリケーションはX86コアを別のアプリケーションと共有します。

クラウドネイティブプラットフォームでは、VCPUをレンタルするときにコア全体が割り当てられます。 1）クラウドサービスプロバイダー（CSP）の単一のアンペアベースのVCPUは、完全なアンペアコアを提供し、2）アンペアはスロットあたりのコアを提供し、それに応じてワットあたりのパフォーマンスが高く、3）アンペアVCPUの1時間あたりのコストは通常​​低くなりますコア密度が高く、運用コストが低いため、クラウドネイティブのワークロードについては、アンペアクラウドネイティブプラットフォームの4.28倍のコスト/パフォーマンスの利点が得られます。

より高いエネルギー効率、より良い持続可能性、および運用コストの削減

消費電力は世界的な問題であり、消費電力管理は急速にクラウドサービスプロバイダーが直面する主な課題の1つになりつつあります。現在、データセンターは世界の電力の1％から3％を消費しており、この割合は2032年までに2倍になると予想されています。 2022年には、クラウドデータセンターがこのエネルギー需要の80％を占めると予想されています。

そのアーキテクチャは、異なるユースケースで40年以上進化しているため、Intel X86コアは、ほとんどのクラウドベースのマイクロサービスベースのアプリケーションよりも多くの電力を消費します。さらに、ラックの電力予算とこれらのコアの熱放散により、CSPがX86サーバーでラックを埋めることが不可能になります。 X86プロセッサの電力と熱の制限を考えると、CSPはラックにスペースを残す必要があり、貴重なスペースを無駄にする必要があります。実際、2025年までに、従来の（x86）クラウドコンピューティングアプローチは、データセンターの電力需要を2倍にし、不動産の需要を1.6倍増加させると予想されます。

図7：データセンターの予想される成長を継続するために必要なパワーとスペース。 「クラウドネイティブプロセッサのコアの持続可能性」からの画像。

コストとパフォーマンスを考慮すると、クラウドコンピューティングは、汎用X86コンピューティングから、よりエネルギー効率が高く、より高いパフォーマンスのクラウドネイティブプラットフォームに移行する必要があります。具体的には、データセンターではコア密度が高いだけでなく、より効率的でエネルギー効率が高く、運用コストが少ない高性能コアが必要です。

アンペアクラウドネイティブプラットフォームはエネルギー効率のために設計されているため、アプリケーションはパフォーマンスや応答速度を損なうことなく、より少ない電力を消費します。以下の図8は、X86ベースのプラットフォームとアンペアクラウドネイティブプラットフォームで実行される大規模なワークロードの消費電力を示しています。アプリケーションに応じて、ワットごとのアンペアのパフォーマンス（ワットあたりのパフォーマンスで測定）は、X86プラットフォームよりも大幅に高くなっています。

図8：Ampere Cloudネイティブプラットフォームは、X86プラットフォームよりも重要なクラウドワークロードのエネルギー効率が大幅に高くなっています。 「クラウドネイティブプロセッサのコアの持続可能性」からの画像。

クラウドネイティブプラットフォームの低電力アーキテクチャにより、ラックごとのコア密度が高くなります。たとえば、Ampere®Altra®（80 Cores）とAltra Max（128 Cores）の高いコアカウントにより、CSPは信じられないほどのコア密度を実現できます。 Altra Maxを使用すると、2つのスロットを備えた1Uシャーシが1つのラックに256コアを持つことができます（図8を参照）。

クラウドネイティブプロセッサを使用すると、開発者と建築家が低電力と高性能のいずれかを選択する必要がなくなりました。 Altraシリーズのプロセッサアーキテクチャは、ラックごとに2.5倍のパフォーマンスを上回るコンピューティングパワーと、従来のX86プロセッサと同じコンピューティングパフォーマンスを取得するために必要なラックの3倍の数を提供します。クラウドネイティブプロセッサの効率アーキテクチャは、ワットあたりの業界最良のコストも提供します。

図9：X86プラットフォームの非効率性により、アイドルラック容量が生じ、Ampere Altra Maxの高エネルギー効率は利用可能なすべてのスペースを最大限に活用しています。

利点は印象的です。 2025年までに、アンペアベースのクラウドデータセンターで実行されるクラウドネイティブアプリケーションは、電力需要を現在の使用量の推定80％に減らすことができます。一方、不動産の需要は70％減少すると予想されます（上記の図7を参照）。 Ampere Cloud Native Platformは、ワットあたり3倍のパフォーマンスを提供し、データセンターの容量を効果的に3倍にしながら、同じままです。

このクラウドネイティブの方法では、高度な液体冷却技術は必要ないことに注意してください。液体冷却はラック内のx86コアの密度を増加させますが、新しい価値なしでより高いコストをもたらします。クラウドネイティブのプラットフォームは、CSPが既存の不動産と電源容量により多くのことを可能にすることにより、この高度な冷却の需要をさらに将来に遅らせます。

クラウドネイティブプラットフォームのエネルギー効率は、より持続可能なクラウドの展開を意味します（以下の図10を参照）。また、企業は、投資家や消費者などの利害関係者によってますます評価される要因である二酸化炭素排出量を削減することができます。一方、CSPは、より多くのコンピューティングパワーをサポートして、既存のプロパティ能力と電力の制約内での需要の高まりを満たすことができます。追加の競争上の優位性を提供するために、CSPはクラウドネイティブ市場を拡大しようとしているため、クラウドネイティブプラットフォームに競争上の利点を提供するリソース価格の計算における電力支出が含まれます。

図10：クラウドネイティブコンピューティングが持続可能性に不可欠である理由。 「クラウドネイティブプロセッサのコアの持続可能性」からの画像。

クラウドネイティブは、より高い応答速度とスケーラビリティパフォーマンスを達成します

クラウドコンピューティングにより、企業は大規模なモノリシックアプリケーションを取り除き、スケーリングのために需要の高いコンポーネントのコピーをより多く作成できるアプリケーションコンポーネント（またはマイクロサービス）に移動できます。これらのクラウドネイティブアプリケーションは本質的に配布され、クラウドの展開用に設計されているため、クラウドネイティブプラットフォームで100,000人のユーザーにシームレスにスケーリングできます。

たとえば、

複数のMySQLコンテナを展開する場合、各コンテナが安定した性能を確保する必要があります。 Ampereを使用すると、各アプリケーションには独自のコアがあります。別のスレッドからの分離を確認する必要も、ハイパースレッドの管理のオーバーヘッドも確認する必要はありません。代わりに、各アプリケーションは、シームレスなスケーラビリティを備えた一貫した、予測可能な、再現可能なパフォーマンスを提供します。

クラウドネイティブに変えることのもう1つの利点は、線形スケーラビリティです。要するに、すべてのクラウドネイティブコアは、X86パフォーマンスと比較して線形方法でパフォーマンスを向上させ、X86のパフォーマンスは利用が増加するにつれて減少します。以下の図11は、H.264エンコーディングを示しています。

図11：ampereクラウドネイティブコンピューティングが直線的に拡張されます。 「クラウドネイティブプロセッサのコアの持続可能性」からの画像。

クラウドネイティブの利点の概要

概要

現在のX86テクノロジーが、ますます厳しい電力制限と規制を満たすことができないことは明らかです。その効率的なアーキテクチャのおかげで、Ampere Cloudネイティブプラットフォームは、X86アーキテクチャよりもコアごとに2倍のパフォーマンスを提供します。さらに、レイテンシの差が低いと、一貫性が高まり、予測可能性が高く、応答速度が向上します。また、クラウドネイティブプラットフォームの単純化されたアーキテクチャは、より高いエネルギー効率をもたらし、より持続可能な運用と運用コストの削減をもたらします。

クラウドネイティブの効率とスケーラビリティの証明は、100,000人のユーザーにサービスを提供するなど、高い負荷期間に最もよく反映されています。これは、アンペアクラウドネイティブプラットフォームの一貫性が大きな利点をもたらし、顧客SLAを維持しながら、大規模なクラウドネイティブアプリケーションでX86を4.28倍高くする価格/パフォーマンスをもたらします。

このシリーズの5番目の部分では、投資やリスクを最小限に抑えながら、クラウドネイティブのプラットフォームをすぐに活用するためにパートナーと協力する方法について説明します。

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この記事をAmpere Computingと協力して書きました。 SitePointを可能にしたパートナーをサポートしてくれてありがとう。

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