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Server and Infrastructure Engineering

PowerEdge xsモデル・標準モデル・xaモデルの違い
テックノート byAndrew Pack
Naveh Malihi
Rick Sellers
Todd Mottershead概要
デル・テクノロジーズは多様化するお客様のニーズにお応えすべく、最新の第3世代インテル® Xeon® スケーラブル・プロセッサーの発表に合わせ、機種の異なる2種類のPowerEdge R650と、3種類のPowerEdge R750を発表しました。この文書では、各機種ごとの設計上の違いに焦点をあてると共に、今回のポートフォリオ拡張に至った背景をご説明します。
以下の3タイプのシャーシは、それぞれ異なるワークロードに向けて最適化されています。

• R750xaは高負荷環境のコンピュートニーズを想定して設計されており、前面に配置したGPU専用のスロットと最大270WTDP（Thermal Design Points）の40コア CPUをサポートするための最高レベルの冷却機構を持っています。

はじめにサーバー製品の設計において、コスト、パフォーマンス、そして拡張性のバランスを取ることは容易ではありません。仮想化などの主要な環境では、CPUコア数、メモリ容量、そしてストレージ密度における理想的な構成の実現が、製品設計における重要なポイントでした。一方、パーシステント・メモリーなどの新技術の登場は、製品設計における新たな需要を生み出し、さらにその傾向は、人工知能（AI）/機械学習（ML）などの新興アプリケーションにより加速されています。
様々なワークロードや環境で最大のパフォーマンスを発揮しつつ、必ずしも使われない機能によって不必要なコスト負担がお客様に生じることは、極力避ける。このバランスを最も効果的に取ることが、サーバー設計部門の課題です。これを説明するため以下の表を用意しました。インメモリDBで最高のパフォーマンスを発揮するにはメモリの搭載密度が重視されます。一方、AI/MLではGPUの搭載密度が大きな違いを生みます。他方、ソフトウェアデファインドストレージを活用する仮想化サーバーでは、ドライブ本数が重要です。これを表にしました。いずれのテクノロジー分野でも、最新のサーバープロセッサーとそのメモリアクセスの重要性は変わりませんが、それぞれで、最適化への異なるアプローチが必要になります。

• R650およびR750は高負荷のコン
ピュート環境向けに設計されていることに加え、優れた柔軟性も併せ持っています。
ストレージ容量を最大化する強力なドライブ搭載数や、TDP 270Wの40コアCPUを活用可能です。
• R650xsおよびR750xsは、従来型の仮想化環境に向けて設計されています。
最大32コア、TDP 220WのCPUが利用でき、vSANに代表されるソフトウェア デファイン
ド ストレージで抜群のパフォーマンスを発揮します。どちらの機種も64GB DIMMをサポートしており、システムあたり最大1TBのメモリを搭載できます。

仮想化

AI/ML

データベース

メモリ容量
GPU サポート
ストレージ容量

単一のシステムで上記のニーズを全て満たす製品を設計することは、もちろん技術的に可能です。ただ最終的に出来る製品は、かなり高額で、物理サイズも大きくなると考えられます。例えば、400WクラスのGPUを複数稼働しそれを冷却できるシステムには、より大容量のパワーサプライと、より強力な冷却ファン、さらに物理的な内部スペース（ダブルワイドGPUなら特に）、そしてコアの多いCPUが必要です。逆に、これらの要素は仮想化向けのサーバーノードには求められません。すべての領域で要件を満たそうとするとどうしても、各分野で看過できないトレードオフが生じます。

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デル・テクノロジーズは、各ワークロードに完全に最適化したシステムを提供するため、新たに3通りの製品ラインをPowerEdgeサーバーのラック型モデルに投入しました。それが、「xa」モデル、「スタンダード」モデル、そして「xs」モデルです。「xa」モデルは、電力、冷却、そしてGPUサポートの面で、AI/ML環境向けに最適化されています。
「スタンダード」モデルはストレージ容量の強化や、DRAMとパーシステント・メモリー（PMEM）によるメモリ容量の最大化など、大規模仮想化やデータベース環境に対応可能な高い柔軟性を持ちます。「xs」モデルは、大容量内蔵ストレージ、最大32コアCPUのサポート、そしてコスト効率に優れたDIMM構成による最大1TBのメモリ容量といった、従来型の仮想化ワークロードに最適化されています。

最適な製品設計
上述の通り、「xa」モデルはGPU搭載に、「スタンダード」モデルは高性能なコンピュートに、そして「xs」モデルは一般的な仮想化環境に、それぞれ最適化されています。以下は、主要な機能差の一覧です。

高さCPU
最大CPUコア数1
メモリスロット
サポートされるドライブ

インテル® OptaneTM
GPU サポート*
ブート専用デバイス
冷却ファン
パワーサプライ
奥行寸法

R650xs1U
Up to 220W

R650
1U
Up to 270W

R750xs2U
Up to 220W

32164032

32
16

Up to 10
SAS/SATA or
NVMe
None

R7502U
Up to 270W

R750xa2U
Up to 270W

4032Up to 24
Up to 10
SAS/SATA or
SAS/SATA or
NVMe or mixed
NVMe + 2
Up to 24 with 16 + 4 optional
optional rear
SAS/SATA + 8rear mount
mount drives
NVMedrives

Up to 8
SAS/SATA or
NVMe

Full Support

Full Support

None

Full Support

40322

Up to 2 DW or up to 4 DW2 or 6None
Up to 3 SW
None
6 SW3
SW3Boss2
Hot Plug Boss 2 Hot Plug Boss 2 Hot Plug Boss 2 Hot Plug Boss 2
Cold Plug Fans Hot Plug Fans Hot Plug Fans Hot Plug Fans Hot Plug Fans
Redundant
Redundant
Redundant
Redundant
Redundant
1400W to600W to 1400W 800W to 1400W 600W to 1400W 800W to 2400W
2400W
749mm
823mm
721mm
736mm
837.2mm1

第3世代インテル® Xeon® スケーラブル・プロセッサーファミリーをサポート

2

DW=Double Wide GPU

3 SW=Single Wide GPU

機種によってカギとなるスペックに違いがある一方で、共通点も多くあります。以下のようなPowerEdgeの主要な機能は、機種を超えた共通の製品特長です:

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Copyright © 2021 Dell Inc. or its subsidiaries. All Rights Reserved.
Dell Technologies and other trademarks are trademarks of Dell Inc. or its subsidiaries-iDRAC 9およびOpenManage
OCP3.0 Networking アダプタ―カード
PCIe 4.0スロット︓R650xxシリーズは最大3スロット、R750xxシリーズは最大8スロット
PERC 11世代RAIDコントローラー（NVMe ハードウェアRAID対応）
転送速度3200MT/sのメモリ
標準的ラックに搭載可能な奥行寸法「xa」モデルの製品設計
上記の解説の通り、R750xaはGPUのサポート強化に最適化されたサーバーです。一般的にシャーシ後部に配置されるPCIeライザーケージを2つ、下記の図のように前面に移動しました。当該ライザーケージ1つで2基のダブルワイドGPUを搭載(1システム合計4GPU)でき、またNVIDIA A100の場合はGPU 2基をNVLinkブリッジで連結できます。他のPCIeスロットは、システムの後部に配置されます。一般的にGPUワークロードでは、メインストリーム用途のサーバーほどの内蔵ストレージ容量は必要とされないため、このサーバーは、ストレージを前面の中央に配置し、最大8本のSAS/SATA、NVMe SSDあるいはその組み合わせを提供します。上記いずれの構成でも、最新のPERC11世代のRAIDカード、PERC H755（SAS/SATA）とH755N（NVMe）を利用できます。これらのコントローラはサーバー本体のドライブケージの背面に直接装着するタイプですので、内部のスペースが節約され、同時にマザーボードへの直接接続でPCIe 4.0の転送速度が確保されます。最新テクノロジーを最大活用するため、このサーバーのシャーシ寸法は「スタンダード」モデルのR750よりは奥行が101.2mm深いものの、標準的なラックに搭載可能です。最高レベルのパフォーマンスを実現するため、本製品では第2世代のインテル® Optane™ パーシス
テント・メモリーがオプョンでサポートされており、32本のDIMMスロットと、最大40コアのCPUの搭載をサポートします。

「スタンダード」モデルの製品設計
R650/R750は「スタンダード」の位置づけとして、多岐に渡るワークロードへの対応には欠かせない「柔軟性」を備えた設計になっています。搭載ドライブ本数の強み（R650で最大12本、R750では最大28本）に加えて、2機種ともPERC H755（SAS/SATA）とH755N（NVMe）をサポートします。また複数のコントローラーによる「デュアルPERC構成」も可能となっており、最新のPERC 11世代ならではの性能と冗長性が提供されます。これらのコントローラは、サーバー本体のドライブケージの背面に直接装着するタイプのため、内部スペースが節約され、さらにマザーボードへの直接接続でPCIe 4.0の転送速度が確保されます。最高レベルのパフォーマンスを実現するため、この製品は第2世代のインテル® Optane™ パーシステント・メモリーをサポートし、また32本のDIMMスロット、最大40コアのCPUもサポートします。 さらに2機種とも、「xa」シリーズのような枚数ではないにせよ、GPUをサポートします。

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Copyright © 2021 Dell Inc. or its subsidiaries. All Rights Reserved.
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仮想化環境の構築にあたっては、カギとなる要素が何点かあります。ソフトウェアデファインドストレージのスキーマ（例︓vSAN）を支えるストレージ面の要件や、メモリの分割やCPUコアの分割に関わるハイパーバイザーの機能など、複数の要件でバランスが求められます。今回新たに登場した「xs」シリーズは、このニーズに対応すべく、16本のDIMMスロットによる最大1TBのメモリ容量（64GB DIMM使用時）と、最大32コアのCPU、最大24本のストレージドライブ（R750xsでの16 SAS/SATA + 8 NVMe）または最大10本のドライブ（R650xsでのSAS/SATAまたはNVMe）を、設計に含めました。また、メモリは1DIMMあたり1チャネルの提供となるため、バランスの取れた構成でシステムをスケールアウトできます。
この2機種は、調達コストの低減という意味での最適化も提供します。DIMMスロット1本あたりのコストは微々たるものに聞こえるかもしれませんが、DIMMスロットの本数削減は大きな違いを生みます。明白なのは電力と冷却です。
電力に関しては、どんなサーバー構成でも十分なヘッドルーム（バッファー）が必要となる中、DIMMスロットの数が上位機種の半分となった「xs」シリーズでは、サーバーあたりの電力バジェットが低減されます。これは必要な冷却量の低減も意味しますので、結果として、よりコスト効率の良い冷却ファンを採用したり、エアバッフルなどの筐体内のエアフロー関連部材の必要性も下がるなど、コストの削減につながります。なぜ「xs」シリーズの最小パワーサプライが600Wで、「スタンダード」モデルのパワーサプライ提供は800W以上なのかも、こういった話で説明がつきます。
コストに影響を与える別の側面として、メモリスロット本数が増えれば製品設計は複雑化するという事実もあります。
1枚のDDR4 DIMMには288本ものピンがあるため、設計からDIMMスロットを16本取り除けば、計4,608本の電気トレースを割愛できます。電気トレースの本数がこの規模で減れば、より「階層」の少ないマザーボードの設計が可能になり、それはコストに直接反映されます。
近年のメモリの価格変動は、傾向として、より少ないメモリ数でより大きなシステム容量を組める方向に動いています。
具体的には$/GB比率で見た場合、64GB DIMMの価格容量比は以前より、32GB DIMMに近づいています。
つまり、前のサーバー世代よりも少ないメモリ本数で、同じ価格容量比を実現しつつある、ということを意味します。

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結論
最新世代のインテル® Xeon® スケーラブル・プロセッサー・ファミリーのリリースにあわせ、お客様の要件により広範囲に対応出来るようになりました。「xa」モデルとそのGPU搭載密度。堅牢なプラットフォームを多様なワークロードに提供する「スタンダード」モデル。そして、「xs」シリーズならではの強力な価格パフォーマンス比。デル・テクノロジーズ
は従来以上に、ワークロードに応じた高いレベルの最適化を、お客様に提供してまいります。

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