Intel® Optane™ DC Persistent Memory のご紹介～実装・設定方法～【第一部】

2019.10.08　新技術

Intel® Optane™ DC Persistent Memory のご紹介～実装・設定方法～

Intel® Optane™ DC Persistent Memory のご紹介

Intel®の最新CPUの第2世代 Intel® Xeon® Scalable Processor(開発コード名：Cascade Lake-SP)で新たにサポートされた機能の1つに、Intel® Optane™ DC Persistent Memory があります。このPersistent Memoryについてご紹介します。そして、Persistent Memory実装と使用までの一連の手順をWindows・Linux両OSの設定方法について知見と合わせてご報告いたします。

Intel® Optane™ DC Persistent Memoryとは

Intel® Optane™ DC Persistent Memory(以下、「DCPMM」という。) は、Intel®とMicron社が開発した3D Xpointという不揮発性メモリ技術を採用した、従来のNANDに比べ、低レイテンシ、高耐久の不揮発性メモリモジュールです。そして、DRAMソケットと互換性があります。
DRAMに比べるとアクセス速度はやや遅いものの、NAND SSDよりも高速です。そのため、DRAMとSSDの中間程度のアクセス速度で低レイテンシを実現しています。DRAMとDCPMMの容量が同じであれば、DRAMに比べ低コストです。1枚当たり最大512 GBのため、大容量化も可能です。
DCPMMのアクセス速度の位置付けは下記の通りです。

●DCPMM動作モードについて
DCPMMには3つの動作モードがあります。

Memory Mode (MM)：メインメモリ(揮発性メモリ)として利用。
App Direct Mode (AD)：ストレージ(不揮発性メモリ)として利用。
Mixed Mode (MM+AD)：メインメモリ部とストレージ部を組み合わせ、どちらも利用。

これら3つのモードを設定、変更するには、BIOS画面から設定をします。

ADモードの付随機能として、Interleaved、Not Interleavedがあります。

Interleaved：連続した物理アドレス空間を作成し、スループットを向上させるためにストライプ読み取り、書き込みします。
Not Interleaved：領域を分け、作成されます。n-wayマッピングを意味しています。

更に、ADモードでは、SSDなどの名前空間に類似した、不揮発性メモリの連続したアドレス範囲が定義されます。その定義にはNamespaceが使用され、永続メモリディスクとして、1つ以上の論理デバイスに分割されます。
イメージは下記の通りです。

DCPMMの使用条件

DCPMMを使用するためには、いくつかの条件があります。

●CPUの選定
Intel® Xeon® Cascade Lake世代のCPUであり、DCPMMに対応する型番。
また、CPUモデル毎に許容できるメモリ容量が異なるため、MMモードを利用する際には注意が必要です。

●マザーボードの選定
Intel® Chipset C62X (Purlay世代) 以降のチップセットを搭載しているマザーボード。メモリスロットが少ないためDCPMMを構成出来ないマザーボードもあるため注意が必要です。
また、BIOS画面から動作モードを設定するため、DCPMMに対応するBIOSのリビジョンである事も必要です。最新のBIOSリビジョンである3.1(現段階)では動作を確認しています。詳しくはBIOSのリリースノートを参照ください。

●DCPMM搭載構成の選定
DCPMMとDRAM(メインメモリ)の構成と配置にはルールがあります。この構成ルールを守らないとDCPMMを使用できず、システムが立ち上がりません。
1 CPU当たりDCPMMは1枚から最大6枚まで搭載が可能です。
DCPMMの搭載枚数、対応配置図は使用するマザーボードによって異なります。配置をする際は、マザーボードのマニュアルを参照してください。
※DCPMMのみでメモリチャネルを埋めることはできません。

●搭載時の注意点

搭載するDCPMMの容量は全て同じ容量(同一型番)を使用してください。
メモリクロックはCPU仕様、マザーボード仕様、DRAM仕様、DCPMM仕様に依存します。例えば、DRAMは2933 MHz、DCPMMは2666 MHzを使用した場合、DRAMのクロックは2666 MHzで動作します。
ADモードは1 CPU当たりDCPMMは1枚から搭載可能ですが、MM・Mixedモードでは、1 CPU当たり最低2枚必要です。
MMモードでは、DCPMMとDRAMの推奨容量比率があります。(DCPMM：DRAM)
・パフォーマンス重視 4: 1
・コスト重視 16: 1
・一般利用 8: 1

詳しい構成等の要件についてはIntel社のドキュメントインテル® Optane™ メモリーのインストールと構成についてよく寄せられる質問をご覧ください。

●ADモードから他モードへ変更する際の注意事項
ADモードから他モードに変更する際には、下記の注意が必要です。
※ADモード内のInterleaved < – > Not Interleavedの変更時も同様です。

変更をすると永続メモリディスク内のデータは消えてしまいます。事前にSSDやHDDなどにデータを移しておく必要があります。
一旦、ディスクを消してしまうと二度と復旧できません。
他モードに変更する際は、Namespaceを削除することで、変更が可能です。この作業はOS側(Windows PowerShell、ターミナル)もしくはBIOS画面から実行することが可能です。

●DCPMM対応のOS一覧
対応OSは下記の通りです。
インテル® Optane™ メモリーに対応するオペレーティングシステムOSを基に作成しています。

OS Version	Memory Mode	App Direct Mode	Mixed Mode
RHEL 7.5	○	–	–
Ubuntu 16.04 LTS	○	–	–
Windows Server 2016	○	–	–
Oracle Linux 7.6 with UEK R5 Update 2	○	○	–
VMware vSphere 6.7 EP10	○	○	–
CentOS 7.6 or later	○	○	○
RHEL 7.6 or later	○	○	○
SUSE 12 SP4 or later	○	○	○
SUSE 15 or later	○	○	○
Ubuntu 18.04 LTS	○	○	○
Ubuntu 18.10 or later	○	○	○
VMWare ESXi 6.7 U1 or later	○	○	○
Windows 10 Pro for Workstation Version 1809 or later	○	○	○
Windows Server 2019 or later	○	○	○

実装環境

DCPMMの実装から使用可能になるまでを、Windows、Linuxの両環境で設定しました。
環境は下記としました。全て、DCPMM対応した構成です。

	仕様
マザーボード	Supermicro X11DPG-QT (BIOS ver.3.1)
CPU	Xeon Platinum 8276 ×2
DRAM(メモリ)	DDR4-2933 32GB×12（384GB）
DCPMM	Intel® Optane™ DC Persistent memory 128 GB× 4
OS (Windows)	Windows Server 2019
OS (Linux)	SUSE Linux Enterprise Server 12 SP 4

実装方法

基本的な実装手順と確認方法は下記の通りです。

1. マザーボードのマニュアルから配置図を確認
メーカーのマザーボードWebページからマニュアルをダウンロードし、配置図を確認します。
使用したマザーボードでは、1 CPU当たり3パターンの配置構成が可能です。
MM・Mixedモードを利用する場合、1 CPUあたり最低2枚搭載する必要があるため、2パターンとなります。
DCPMMの配置箇所に色枠をつけています。

2. DCPMMとDRAMを実装する。
配置図からDCPMMとDRAMの実装箇所を確認し、DRAM→DCPMMの順番で実装します。DCPMMのマザーボードのDIMM実装位置を配置図の色枠に合わせ、矢印で示しています。

マニュアルを元に実装した例は下記の通りです。

以降、2-1-1(赤枠構成)で実施しています。

3. 電源を入れ、BIOS画面で実装位置を確認する。
実装後、電源を入れ、[delete]キーでBIOS画面に入ります。

電源を入れた時、起動画面の左下あたりに下記のようなメッセージが出た場合は、DCPMMまたはDRAMの実装位置が構成通りではないため見直す必要があります。

BIOS画面から [Advanced] -> [Chipset Configuration] -> [North Brage] -> [Memory Configuration] -> [Memory Topology]で実装位置の確認ができます。

Intel® SRx4 126 GB AEP-DIMMがDCPMMを表しています。

4. DCPMMの設定項目の確認
BIOS画面から [Advanced] -> [Intel® Optane™ DC Persistent Memory Configuration]があることを確認します。この項目で、動作モードの設定や現在の動作モード、容量の確認をします。

※BIOS画面の設定で [Intel® Optane™ DC Persistent Memory Configuration]が無い場合は、DCPMMに対応するBIOSのリビジョンでない可能性があります。対応するBIOSのリビジョンに変更する必要があります。(リビジョン3.1で動作を確認しています。)