データセンタのためにコンピュータ技術を改革

October, 30, 2025, Lausanne--EPFLでこれまでに実施された最大のコンピュータシステムプロジェクトで、国際的な研究チームが、データセンタが直面している増大する課題に取り組むのに役立つコンピュータを構築する新しい方法を考案した。

一度に考えることが多すぎるという感覚は誰もが知っているが、データセンタのサーバがどのようなものか想像してみる。多くの場合、同じマシンが、多くの異なるユーザの要求に応じて、同時に多くの異なるプログラムの要求に応えなければならない。

利用可能なサーバメモリのキューがあるだけでなく、セキュリティチェックもあり、ユーザが互いのデータを見ないように、各リクエストを慎重に処理する必要がある。その結果は、ボトルネック。サーバの動作が遅く、リソースが効率的に使用されない。

この問題を解決するために、5年前、コンピュータ通信科学部の正教授Babak Falsafiは、現在のオペレーティングシステムに仮想メモリを使用する新しいアプローチであるMidgardを作成するために、国際的で多才なチームを結成した。

「メモリを管理するための従来のコンピュータシステムの原理は、1960年代にまで遡る。しかし、長い間、AppleはiPhoneとMacのラップトップ/デスクトップ専用にコンピュータのハードウェアとソフトウェアを再設計してきた。これは、データセンタサーバの設計者が何年も前に行うべきだったことだ。従来のコンピュータシステムの原則は、今日のクラウドサービスの信じられないほど高い要求には適していない」(Falsafi)。

コンピュータプログラムは、計算を実行する場所を把握する必要があり、仮想メモリは、コンピュータがプログラムをだまして、利用可能なよりもはるかに多くの計算を実行するスペースがあると信じ込ませる方法である。さらに、スペースはプログラムが知らないうちにプログラム間で共有される。仮想メモリの仕事は、すべてのプログラムを割り当てられたスペースに誘導し、スペースが使用されるたびにIDとアクセスチェックを実行することである。これにより、プログラム同士が衝突することはないが、プロセスが遅くなる。

サーバのパフォーマンスを向上させるために、Midgardチームは仮想メモリの再設計に着手した。仮想メモリを区画化して、プログラムがワークスペースをすばやく見つけることができ、ハードウェアがほとんど遅延やエネルギーなしでアクセスチェックを実行できるようにした。

Midgardは、データセンタに必要なハイレベルのセキュリティを維持しながら仮想メモリのボトルネックを軽減できるだけでなく、最新のソフトウェア開発者標準(電話、ラップトップ/デスクトップ、サーバ用)と互換性があり、アプリケーション開発者には気づかれない。

そのメリットは、パフォーマンスの高速化だけでなく、はるかに高いレベルの効率であり、データセンタのCO2排出量を削減するための非常に重要な戦いで役割を果たす。

「データセンタでは、メモリは共有ハードウェアコンポーネントであり、サーバコストの50%を占めており、1960年代後半から容量が12桁増加している」(Falsafi)。

しかし、データセンタではサーバが常に効率的に利用されるとは限らない。クラウドプロバイダが顧客にレンタルするメモリの半分以上が使用されていないことを示す独立したレポートがある。

「Microsoftは最近、クラウドの顧客にサーバをレンタルする方法のせいで、メモリの20%が立ち往生したままになっていると報告した(レンタルされていない)。われわれは、通信事業者とその顧客がハードウェアをより効率的に使用できるようにする技術を作成しようとしている」と同氏は続けた。

5年間のMidgard構想が終了すると、多数の出版物、桁違いの性能向上を示す社内デモンストレータ、Intelでのショーケースプレゼンテーション、そしてもちろん続編の話を誇ることができる。

「われわれは現在、データセンタ内の1台のコンピュータとして動作する専用のサーバコレクションを備えたラックスケールコンピューティングを検討している」とFalsafiは説明している。「サーバのラック全体を接続する新しいネットワークファブリックにより、クラウドサービスはデータセンタでメモリだけでなくすべてのハードウェアをより効率的に使用できる。われわれは、Midgardで発見したことを進め、将来のデータセンタのハードウェア使用率を向上させるための最善の戦略を開発したいと考えている。これがわれわれを前進させる目標である。」