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ServerNet

独自のデバイス接続技術により大容量データ転送を実現

HP Integrity NonStop サーバー

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ServerNet
HP Integrity NonStop サーバーの独自技術、ServerNet は最適化されたメッセージ交換システムを使用し、多数のCPUブレードとI/Oデバイスを統合し、仮想的に大きなシングルサーバーとして利用することを可能にします。データ交換の処理はServerNetルーターチップによってハードウェアで処理され、メインのCPUに負荷をかけることがありません。

高速で大容量なデータ転送を実現するServerNet

HP Integrity NonStop サーバーのシェアード・ナッシングアーキテクチャーでは、CPU間の必要なデータ共有はメッセージ交換によって実行されます。多数のCPUブレードを統合するためには、高速で大容量のデータ転送性能が必要なことはもちろん、CPUに負荷がかからないシステム・エリア・ネットワークが必要とされます。また複数のCPUブレードと多数のI/Oデバイスを柔軟に接続できる広帯域のデータ転送機能も必要です。その両方の要件を満たすよう、HPが独自開発したシステム・エリア・ネットワーク技術が「ServerNet」です。
HP Integrity NonStop サーバーの疎結合・超並列アーキテクチャーは、プロセッサー間でメモリーを共有しないため、数千のCPUと数万のデバイスを、性能を直線的に伸ばしながら接続することが可能です。しかしそのためには、CPU間とCPU-I/Oデバイス間の膨大なデータ交換を高速に処理可能なシステム・エリア・ネットワーク技術が必要となります。性能、拡張性の要件に加え、ミッションクリティカル領域での使用を可能とする厳しい要件を満たす汎用技術は存在しなかったため、1996年、HP Integrity NonStop サーバー専用のシステム・アリア・ネットワークとして開発されたのがServerNetです。 その後、プロセッサーの高速化に従い、バージョン2、バージョン3と、更なる高速化と信頼性の向上を実現し、進化を続けています。
ServerNetのハードウェア 構成は、高速なASICルーターチップを核とする光ファイバーによるシステム・エリア・ネットワークです。従来のプロセッサー・I/O接続は固定の広帯域を持ったバスで実装されているのが一般的ですが、ServerNetでは接続するプロセッサーやI/Oデバイス数が増えるごとにルーターチップを増やし、全体のデータ転送帯域を増加させることができるネットワークとなっています。それによりデータ交換のボトルネックを生じること無く、また小規模のシステムから大規模のシステムまで経済的に構築することが可能となっています。
ServerNetルーターチップ(バージョン3)は、64Gbpsのデータ転送能力を持つワンチップルーターです。最大32本の全二重リンクを収容し、同時に16のデータ転送を実行します。このルーターチップを複数カスケード接続することで大規模なネットワークが構成でき、4,080までのプロセッサー、50万を越えるディスクドライブをサポートすることが可能となっています。また、シングルリンク以上の帯域が必要な接続に関しては、複数リンクを束ねることで広帯域のデータ転送路を提供する機能を有しており、将来実用化される高速デバイスまで柔軟に収容することができるようになっています。
システム・エリア・ネットワークという性質から、ServerNetは広帯域という以上に低遅延の実現に注力して開発されています。それを実現する機能の一つがワームホールルーティングです。ServerNetプロトコルでは転送パケットのヘッダーにルーティング情報が含まれていて、ルーターチップはアドレス情報を受信・解析した時点で出力先リンクにパケットの転送を始めます。パケット全体を一旦全て受信・蓄積することなく転送することで遅延を可能な限り削減しています。
また、ServerNetのアドレッシングはHP Integrity NonStop サーバーのハードウェア構成に最適化されているため、ルーティング情報は固定で非常にシンプルになっています。また、パケット長も固定となっており、チップの機能を絞り込むことで、超低遅延と低コスト、さらに故障率の低い堅牢な実装を可能としました。
更にソフトウェアオーバーヘッドを最小化するため、ServerNetプロトコルはHP NonStop OSに統合され、最適化されています。クラスター同期パケット、生死確認パケット(I’m Alive Message)、トランザクション情報交換パケット等のHP NonStop OSで定義されているCPU間メッセージは、直接ServerNetパケットにマッピングされ、余分なヘッダー情報の付与は行われません。ServerNetリンクからのパケットは割り込みルーチンにより直接処理され、通信レイヤーのソフトウェアオーバーヘッドを削減することで他には例を見ないメッセージベースの高速処理を実現しているのです。

信頼性、耐障害性のテクノロジー

データ転送を高速にするほどデータビット化けのリスクは高まります。ServerNetはミッションクリティカル用途を前提に設計されており、データ整合性チェック機能を実装しています。SeverNetチップは内部にチェックサム計算回路を実装しており、従来のバス機構が持つパリティーベースのデータチェック機能を大幅に改善しています。
また耐障害性のために、HP Integrity NonStop サーバーでは完全に独立した2系統のServerNet(X-系、Y-系)が標準で構成され、万一片系のServerNetが障害を起こしても処理を継続することができ、オンライン中に故障パーツを交換することができるようになっています。

ServerNetテクノロジーの進化

HP Integrity NonStop サーバーの独自技術であるServerNetの持つ高速データ転送の技術は、Infinibandにも活かされています。HP(当時Compaq)はInfinibandの仕様策定に深く関わり、ワームホールルーティング技術や複数リンクを束ねる技術などで技術的に貢献しました。汎用の高速データ交換技術としてInfinibandは広く採用されつつあり、技術的に高い評価を受けています。 ServerNetはそのコア技術をHP Integrity NonStop サーバーに特化した形で実装したものであり、今後もHP Integrity NonStop サーバーの中核技術として進化を遂げていきます。


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