超高速データベース専用サーバ

SSDを搭載するだけでは速くならない

Disclaimer
本資料の内容はすべて執筆者の個人的な見解であり、株式会社インサイトテクノロジーの公式な見解を示すものではありません。

本資料内で使用されている社名、ロゴ、製品、サービス名およびブランド名は、該当する各社の登録商標または商標です。
本資料内でベンチマークプログラムの一部を流用して性能測定していますが、データベースのベンチマーク目的ではありません。
本資料の一部あるいは全体について許可無く複製および転載することを禁じます。

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自己紹介
• 石川 雅也 (いしかわ まさや)
• 現職
o 株式会社インサイトテクノロジー 取締役 CTO
FB: MasayaIshikawa• 職歴

o 外資系HWベンダーにて、ミニコンOS, UNIX OS担当SE. 社内SE向け技術
情報発信、トラブルシュート。crash dump解析、UNIX SCSI Device
Driverの改造なども。
o 1993年 日本オラクルに入社。DBインフラ系テクニカルサポート、コンサルティング、トラブルシュート。

o 1995年 インサイトテクノロジー設立
Oracleパフォーマンス管理ツール Performance Insight開発 (1995~)
Oracleアクセスログ取得管理ツール PISO開発 (2004~)
SQL Server版、富士通Symfoware版 PISO開発 (2005~)
DB コンサルティング、トラブルシュート
2009年 SSDのR&D開始
2011年1月 DB向けHW Insight Qube R&D開始。
2012年3月 Insight Qube発売
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会社概要
•社名

• 事業内容 （後頁に詳細）– 株式会社インサイトテクノロジー•設立– ソフトウェア事業– 1995年7月•– ハードウェア事業

資本金• 主要取引先– 1億円（2013年7月）••

役員– 株式会社アシスト– 代表取締役

小幡 一郎

– 取締役

石川 雅也

– 新日鉄住金ソリューションズﾞ
株式会社

– 取締役

永見 和平

– 取締役

森田 俊哉

– 富士通株式会社

– 取締役

張統

本社
– 東京都渋谷区恵比寿1-19-19
恵比寿ビジネスタワー5F•– コンサルティング事業– 日本電気株式会社– 株式会社日立ソリューションズ– 伊藤忠ﾃｸﾉｿﾘｭｰｼｮﾝｽﾞ株式会社– 三井情報株式会社

大阪支店– 日本オラクル株式会社– 大阪府大阪市北区大深町3番1号
グランフロント大阪
ナレッジキャピタルタワーC 11F– マイクロソフト株式会社– デル株式会社– 日本HP株式会社

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事業詳細
コンサルティング事業
対象データベース：Oracle, SQL Server, MySQL など
支援内容：データベースの設計、構築、運用支援、パフォーマンス改善など
ソフトウェア事業
データベースのセキュリティ保全ツール（自社開発）

6年連続シェアNo1

大規模システムの統合監視ツール（自社開発）
データベースのパフォーマンス監視・分析ツール（自社開発）
マルチデータベースのリアルタイムレプリケーションツール
Oracle Standard Edition向け DR構築ツール
次世代型データウェアハウス向け 超高速データベース
ハードウェア事業 （2012年～）
世界最速のデータベース専用高速マシン（自社開発）
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5データベーステクノロジーイベントの主催••••

No Sales Talk
年2回開催(東京・大阪)
3日間で 50+セッション
毎回、延べ3000人以上の技術者が参加• 11月に秋葉原で第6回目を開催。国内DB関連会社
20社以上が協賛
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HWもわかるDBエンジニアにHWまで理解している DBエンジニアって、重宝されるゾ♪

このセッションでは、DB専用ハードウェア
Insight Qubeの開発を通じて得た知見を、SSD, Infiniband, 大容量Memory という 3つの最新技術と共にご紹介します。

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OS, HWも含めた知識• OS, HWも含めて設計、チューニングするべし
o カーネルパラメータチューニングはよく行うが、HWとなるとせいぜいシーケン
シャルIOとランダムIOを物理的に異なるデバイスに割り振るとか、データとインデックスを別々に格納するとか、その程度。
もっとHWの特性を理解することで、より良いシステムを作ることが出来る• 異なるHWの性能を比較できる知識をつけるべきo 特にフラッシュ系ストレージ製品で顕著
o SSDタイプ、PICeタイプ、フラッシュ・ストレージなどの性能を客観的に比較し、自分のシステムで、どの構成が必要でコストパフォーマンスが良いのかを正しく判断できるようにする• 最新HWでは今までと異なるチューニング知識が必要
o シーケンシャルとランダムでデバイスを分けるのは、HDD時代の知識であり、SSDを使用するのであれば、その知識は役立たない
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Agenda of SSD• HDD, SSD, PCIe Flash の比較• SSDのパフォーマンスを考える••••

書き込み速度劣化、Client/Enterpriseモデルの違い
IOサイズ別パフォーマンスとデータベースカタログスペックに騙されないためにはアライメント、OSチューニング、IOスケジューラー など• SSDの寿命を考える• 寿命とは• Client/Enterpriseモデルの違い• カタログから寿命を読む• Flashベースの製品を比較する
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Storageの性能比較
Throughput

MB/s
700~2GB/s

PCIe SSD
SSD~500MB/s

HDD~200MB/s

0500

1000

1500

2000

IOPS(k)

IOPS

70K~500k

PCIe SSD
SSD

20k~70k

HDD

~300

0100

200

300

400

500

* コンシューマー向け製品を含む。 HDDは 2.5”
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Storageの仕様比較

Capacity

GB
300MB~2.4TB

PCIe SSD
SSD

1.6TB

HDD

1TB

0500

1000

1500

2000

消費電力

2500
Watt
Idle:20w RW:50w

PCIe SSD
SSD

Idle:~1w RW:数w

HDD

Idle:4w RW:8w

0204060

価格

80円/GB2000 ~ 6000円

PCIe SSD
SSD

100 ~ 1200円 [3000円]

HDD

60 ~ 300円

02000* コンシューマー向け製品を含む。 HDDは 2.5”

4000

6000

8000

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SSDのパフォーマンスを考える

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SSDのパフォーマンスを考える

FOB
Steady State

http://www.snia.org/sites/default/files/UnderstandingSSDPerformance.Jan12.web_.pdf

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SSDのパフォーマンスを考える

http://www.snia.org/sites/default/files/UnderstandingSSDPerformance.Jan12.web_.pdf

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SSDの書き込み速度低下
Write Amplification
NAND Flash Chipの特性で、データの上書きは出来ず、一度消去してから書き込むしかない。また消去の単位は書込みの単位より大きい。そのため余計な読み込み・書込みが発生。
1. データが書き込まれていな
い場合は、

2. そのまま書き込める

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SSDの書き込み速度低下
Write Amplification
NAND Flash Chipの特性で、データの上書きは出来ず、一度消去してから書き込むしかない。また消去の単位は書込みの単位より大きい。そのため余計な読み込み・書込みが発生。
1. データが書き込まれている場合、2. 1箇所だけ変更しようとしても、3. 消去するサイズのデータをコピーし、4. データを消去し、5. 1箇所を変更して、

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SSDの書き込み速度低下Write Amplification
NAND Flash Chipの特性で、データの上書きは出来ず、一度消去してから書き込むしかない。また消去の単位は書込みの単位より大きい。そのため余計な読み込み・書込みが発生。
1. データが書き込まれている場合、2. 1箇所だけ変更しようとしても、3. 消去するサイズのデータをコピーし、4. データを消去し、5. 1箇所を変更して、• read: 数10μs• write: 数10μs ~ 数100μs• erase: 数ms

6. 全て書き戻す。

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SSD製品別 速度劣化率 2011
100%

80%
Rnd. Read

60%

Seq. Read
Rnd. Write

40%

Seq. Write

20%
最大速度を100として、速度劣化時の速度の割合。

0%ABC

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D20

SSD製品別 速度劣化率 2012
100%

80%
Rnd. Read

60%

Seq. Read
Rnd. Write

40%Seq. Write

20%
最大速度を100として、速度劣化時の速度の割合。

0%A

BECCopyright © 2012 Insight Technology, Inc. All Rights Reserved.

D21

DBの典型的なIOサイズ• Oracleo Sequential Read – block size 4KB, 8KB,… の Random Reado Scattered Read – block size x multiblock_read_count = 128KB,
256KB … の Sequential Reado Direct Path Read – Scattered Readと同じ• SQL Servero Clustered Index Seek – block size 8KB の Random Reado Clustered Index Scan – extent size 64KB の Sequential Reado 起動オプション設定などの調整で 最大512KB まで可能

• Vectorwiseo スペック上は 1MB、実測値は 512KB? の Sequential Read

• Filesystemo 512B ～Copyright © 2013 Insight Technology, Inc. All Rights Reserved.

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カタログ・スペックに騙されるな• Th. R/W 500MB/500MB (大体はIOサイズ128KB~の性能)• IOPS R/W 2万~7万 (大体はIOサイズ4KB の性能)
中には 512Bの性能を載せている製品もあるので注意• 前のチャートで見たとおり製品により特性が異なるので4Kの性能から 8Kの性能は推測できない。
• 自分の使用するDBのIOサイズを見極めて、そのサイズの性能値をメーカーに聞くべきである。
• これらの値は、(大体は) FOB(Fresh Out of Box)の性能と思え。なので、Steady (Sustained) Performanceを聞け。(心あるメーカーは Steady Performanceを載せている。)• だめなら検証するしか無い
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SSD本体以外の考慮点
アライメント•••••

NAND Flush Memory Blocks
RAID Stripe Size, Chunk Size
Partition Alignment
FileSystem Blocksize
DB Blocksize

http://www.smartstoragesys.com/pdfs/AN001_Benchmarking_and_Performance.pdf

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SSD本体以外の考慮点
OS関連• IOスケジューラ (Linux)
o HDDの場合は cfq
o SSDの場合は noop (or deadline)• Kernel options, FileSystem Options, …

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SSDの寿命を考える

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SSDの寿命を考える
SSDの寿命とは?
ビットエラーが多発したブロックを不良ブロックとして切り離し、予備領域を使う。予備領域がなくなった時が寿命で、SSDはリードオンリー
またはアクセス不能!! になる。
MLCで3千回から5千回、eMLCで3万回、SLCで10万回がNAND Flash Chipとしての書込み寿命(P/E 回数)
MLCは、このままではEnterpriseに使用できないので、いかに寿命を延ばすかが、各社の技術!!
Enterprise向けSSDはS.M.A.R.T機能で寿命の予測が可能

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SSDの寿命を延ばすにはWare Leveling
書込みを並列化させ、書込み速度の向上を図るとともに、特定のチップに書込みが偏らないように調整する。
すべてのチップが同時に書込み寿命を迎えるのが理想的
予備領域 (Over Provisioning)
一般的なコンシューマー向けSSDの場合 Binary GiB(ギビバイト) (1024 ^ 3)と Decimal GB (1000 ^ 3)の違いを利用している。
例えば 256GBの製品の場合 274.88GiB(256 x 1024 ^ 3) なので、その差18.8GBが予備領域 (約 7%)

エンタープライズ向けの場合、25%程度を予備領域として確保している製品が多い。製品によっては 40%～200%以上を予備領域としている製品もある。

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SSDの寿命を延ばすにはECCエラー訂正
512byte毎に数ビット(1年前は 4~8bit)のエラーが訂正出来る。
Flashメモリのプロセスルールが微細になると、エラー発生率も上がるため、プロセスルールが進化すると ECCの bit数も大きくする必要がある。

ECCで訂正できるビット数を増やすと、その分チップを長く使うことが出来るので、結果として寿命が延びる。
Fusion-ioの ioDriveは 512byteあたり 39bit
SandForce SF-2500は 512byteあたり 55bit

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寿命をスペックから読む• WA – Write Amplification
Flashに書き込まれたデータ量
WA =Hostから書き込んだデータ量

通常1.1～10程度。圧縮機能付きコントローラの場合は 0.2 ～ 7.5
アクセスメソッドやデータの種類などにより異なる。が、コントローラー(ファームウェア)の良し悪しが一番影響するところ。
小さいほうが良い• Sequential Access: WA値が小さい
Random Access: WA値が大きい• 圧縮機能付きコントローラの場合、未圧縮データは WA値が小さい
圧縮済みデータは WA値が大きい
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寿命をスペックから読む• TBW – Total Byte Written 書き込み可能 総容量
Capacity 容量 ∗ (1 + 𝑂𝑃) ∗ PE可能回数
TBW =WA𝑂𝑃 = 𝑂𝑣𝑒𝑟𝑃𝑟𝑜𝑣𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛𝑖𝑛𝑔 =𝑃ℎ𝑦𝑠𝑖𝑐𝑎𝑙 Capacity−1𝐿𝑜𝑔𝑖𝑐𝑎𝑙 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑡𝑦• DWPD – Data Write per Day
1日に容量の何倍書き込みして、何年保証するか
DWPD =TBW
1 + 𝑂𝑃 ∗ PE可能回数=保証期間 日 ∗ Capacity(容量)WA ∗ 保証期間(日)Copyright © 2013 Insight Technology, Inc. All Rights Reserved.

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SSD製品別 書き込み寿命
TB
35302510 DWPD/5y20

Write Endurance
TB / GB15

容量1GBあたり、何TB書き込むと寿命になるか。

1050A

B

EC

D32

SSD まとめ• エンタープライズ市場で使えるMLC SSDが多数。
• HDDと比較すると、台数削減が見込めるため、HWコスト、スペースコスト、運用コスト、消費電力コストの削減が実現可能。性能向上による業務へのプラスのインパクトも考えるべき。

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SSD まとめ• 性能劣化は、ほとんどのSSDで発生する。
• どれ位劣化するかはカタログには書いていない !!!!
劣化の度合いは値段には比例しない !!!
• Steadyなパフォーマンスを教えてもらおう！
• 寿命もWA値の設定次第でどうにでも見せられる。
• こちらも理論武装して、WA値がいくつで計算した寿命なのか教えてもらおう！
• 複数の製品を比較できる知識を養おう• その他、性能を引き出すため、寿命を延ばすために、正しい使い方を。
• 困ったらインサイトテクノロジーに相談 
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Insight Qube 概要

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Insight Qube とはDBパフォーマンス課題

コンサルティングで解決

効率の悪いテーブル設計
アプリケーションの問題、バインド変数の使い方など
効率の悪いSQL文ロック、ラッチなどの データベースリソース競合
不適切な データベースパラメータ
システムリソースのボトルネック

待機イベントの発生回数や待機時間による問題点の特定
各種データベース統計情報の取得(v$表、オブジェクト統計情報)
OSリソースの使用状況調査とボトルネック特定

DBパフォーマンス課題

Insight Qubeで解決アンバランスなシステムボトルネッ
ク(特にDisk I/O)により、本来のCPU性能を発揮できない
DBに不利なHWアーキテクチャ

Disk I/O「制約」からの解放 と大容量メモリによる低レイテンシー処理
DB向きなHWアーキテクチャ

データ量増加に伴うパフォーマンスの問題は、単なるチューニングでは解決できない

システムリソースのボトルネックを解消することで大幅な性能向上。
DWH専用 RDBMSの提供

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⇒ インデックス作成、データベースパラメータ変更、アプリ改修…

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Insight Qube とは
たった4つしかないデータベースのボトルネック要素(システムリソース)の帯域を拡げ CPU性能を最大限に発揮するよう設計されたサーバーである

Low PerformanceHigh Performance

メモリの容量が少ないためI/Oが多発し、またI/Oの制約によって全体性能は制限されていたI/O制約を取り除き、さらに大容量メモリによりLatency向上とI/O自体を抑制し、CPU性能を最大限に発揮

CPU/Mem≦

CPU/Mem

NFS/SAN/iSCSI＜InfiniBandHDD＜SSD

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Insight Qubeの特徴
マルチDB対応 Oracle DB (SE One/SE/EE)

データベースに合わせて 2つのタイプを提供
どちらも High Throughput & Low Latency
スケールアウト (クラスター) 構成

スケールアップ (シングル) 構成

 SQL Server Oracle RAC, Actian Matrix,
MySQL Cluster Oracle, SQL Server,
Actian Vector, MySQL, その他

 Actian Vector / Matrix(DWH専用RDBMS) Oracle最小構成(ストレージノード3台)
で10GB/sのスループットを実現

 1台で10GB/sのスループットを実
現 MySQL, MySQL Cluster

 2CPUサーバー(DBノード)で最大768GBメモリをリーズナブルな価格で提供し、低Latencyを実現。

 2CPUサーバーで最大768GBメモリ
4CPUサーバーの場合 3TBメモリをリーズナブルな価格で提供し、低Latencyを実現。

 ノードの追加により、キャパシティとパフォーマンスのスケールアウトが可能(ストレージ、DBノード共)

OracleDB node: Large Memory & Scale Out
SQL ServerVector
Matrix

Network: InfiniBand

DB node:Large Memory
Full SSD &Scale UpMySQLMySSQL Clust

Storage node: Full SSD & Scale Out
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他社DB専用機と同等性能 ~ OLTP処理
実顧客での PoCテスト内容：
約30GB相当のデータをRAC2ノードからinsert (シーケンシャル/ランダム ライト)のテストを実施
Insight Qube 構成

処理時間（秒）<DBサーバ 2台>
Oracle 11gR2, RAC構成(2node)
CPU: Xeon5690 (3.46GHz/6core)
Memory: 48GB

<ストレージサーバ 3台>
5.8TB(実効容量2.9TB)
1ストレージサーバあたり: 240GB SSD × 8枚

OracleDBアプライアンス
IAサーバー +製品
SSDキャッシュ ストレージ

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他社DB専用機より高性能 ~ Batch処理
処理時間（秒）4000

実顧客での PoCテスト内容：
元データ 約800GBに対する各種日次/月次バッチ処理の処理時間を比較

3606
3287

3500

Insight Qube 構成
3000<DBサーバ 2台>
Oracle 11gR2, RAC構成(2node)

2500

CPU: Xeon E5-2680 (2.7GHz/8core)
Memory: 512GB

2122<ストレージサーバ 3台>
4.3TB(実効容量2.15TB)
1ストレージサーバあたり: 240GB SSD × 6枚

93191

375

日次バッチ A

Oracle100

105

日次バッチ B

511

448

1500

1043

807

314

2000

1599

1000
516500174 174142

日次バッチ CInsight Qube

0
日次バッチ D

日次バッチ E

DB専用機 (国内メーカー)

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月次バッチ全体

DBアプライアンス製品
40

DB専用機では許されないマルチテナント
DB node: Large Memory & Scale Out
DBノードはマルチテナント
Oracle RACを構成することも、SE, SE/One も利用可能

Aシステム

Cシステム

Bシステム

EE/SE RAC

SingleSE/OneNetwork: InfiniBand

ASM

Storage node: Full SSD & Scale Out

Oracleストレージリソースは共有されるので無駄がない
ストレージノードを増やすことで全体のパフォーマンスが向上！

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41圧倒的なコストパフォーマンス！
Oracle DB SEを利用していてパフォー
マンスに課題がある・・
某DB専用機器はOracle DB EE・・
イニシャル

保守（5年分）Oracle SEが使える Insight Qubeで、パフォーマンスの課題を解決！

ソフトウェアソフト保守（5年分）¥300,000,000¥250,000,000¥200,000,000

トータルコストは1/5以下¥150,000,000¥100,000,000¥50,000,000¥0Oracle

某DB専用機器

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Insight Qube

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SQL Server®とハードウェアを知り尽くしたプロフェッショナルが作るSSD Appliance

Insight Qube® for SQL Server®

高価で高速なフラッシュストレージを使用しても、ファイバーチャネルで接続したアンバランスなシステムではもったいない。SQL Server®を最先端のハードウェアで高速化する2つのポイントを押さえ、OSやSQL Server®の設定をベストチューンすることで、高性能かつコストパフォーマンスに優れたSSD Applianceを実現！

SQL Server は大容量メモリマシンの時代へ。
コストパフォーマンスならInsight Qube2014
対応■SQL Server ®2014 で新たに追加されたインメモリOLTPエンジン(コードネーム: Hekaton) を効果的に利用するには大容量メモリが必要です。

8KBのランダムIO および 64KBのシーケンシャルIOを高速化■DWH向けの｢クラスター化列ストアインデックス｣を高速に動作させるために64KBのシーケンシャル/ランダムIOで 7.7GB/sのスループットを実現しました。
■耐久性、コストパフォーマンスに優れたMLC SSDを、寿命も含め5年間完全保証。
■8KBランダムIOも高速化し、OLTP, DWHどちらのシステムでも性能を発揮します。
8k Random Read

インテル® Xeon® プロセッサー
E7-4890v2×4CPU 60コア

■全国どこでも安心の24時間365日、最長5年サポート

エントリーモデル
マシンスペック■CPU：32Core（E7-4820v2)■Memory：1TB■Disk:6.4TB（実効3.2TB）

Insight Qube

64k Sequential Read

3,703 MB/sec

7.7GB/sec

製品A（PCIe フラッシュ）
製品B（フラッシュストレージ）

Light OLTP+DWH向け
キャンペーン価格
2014年12月末まで

定価1,533万円⇩

980万円(税抜)

ハイスペックモデル
マシンスペック■CPU：60Core（E7-4890v2)■Memory：3TB■Disk:25.6TB（実効12.8TB）

Heavy OLTP向け

定価 5,613万円(税抜)
詳しくはお問い合わせください。

詳細、お問い合わせはこちらから http://www.insight-tec.com/products/insight-qube/iq-for-sqlserver.html

SQL Server®とハードウェアを知り尽くしたプロフェッショナルが作るSSD Appliance

Insight Qube® for SQL Server®

高価で高速なフラッシュストレージを使用しても、ファイバーチャネルで接続したアンバランスなシステムではもったいない。SQL Server®を最先端のハードウェアで高速化する2つのポイントを押さえ、OSやSQL Server®の設定をベストチューンすることで、高性能かつコストパフォーマンスに優れたSSD Applianceを実現！

SQL Server は大容量メモリマシンの時代へ。
コストパフォーマンスならInsight Qube2014
対応■SQL Server ®2014 で新たに追加されたインメモリOLTPエンジン(コードネーム: Hekaton) を効果的に利用するには大容量メモリが必要です。

8KBのランダムIO および 64KBのシーケンシャルIOを高速化■DWH向けの｢クラスター化列ストアインデックス｣を高速に動作させるために64KBのシーケンシャル/ランダムIOで 7.7GB/sのスループットを実現しました。
■耐久性、コストパフォーマンスに優れたMLC SSDを、寿命も含め5年間完全保証。
■8KBランダムIOも高速化し、OLTP, DWHどちらのシステムでも性能を発揮します。
8k Random Read

インテル® Xeon® プロセッサー
E5-2697v2×2CPU 24コア

■全国どこでも安心の
24時間365日、最長5年サポート

エントリーモデル
マシンスペック■CPU：24Core（E5-2697v2)■Memory：512MB■Disk:6.4TB（実効3.2TB）

Insight Qube

64k Sequential Read

3,703 MB/sec

7.7GB/sec

製品A（PCIe フラッシュ）
製品B（フラッシュストレージ）

Light OLTP+DWH向け
キャンペーン価格
2014年12月末まで

定価1,133万円⇩790万円(税抜)

ハイスペックモデル
マシンスペック■CPU：24Core（E5-2697v2)■Memory：768GB■Disk:8.8TB（実効4.4TB）

Heavy OLTP向け

定価 1,880万円(税抜)
詳しくはお問い合わせください。

詳細、お問い合わせはこちらから http://www.insight-tec.com/products/insight-qube/iq-for-sqlserver.html

大容量メモリでの価格比較• 大容量メモリを搭載するには32GB LR-DIMMが必要。
例えば Xeon Sandy Bridge
で最大の768GBメモリを搭載するには 32GB x 24枚 必要• 某ベンダーと価格を比較すると、Insight Qubeは 1/4のコストで導入可能(同じコストでは5枚 160GBしか買えません…)
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32GB LR-DIMM
24枚の価格
万

1,920

2,000
1,500
1,000
432

5000

某社

InsightQube45