| 研究課題/領域番号 |
20K19781
|
|---|
| 研究機関 | 東京大学 |
|---|
研究代表者 |
中村 遼 東京大学, 情報基盤センター, 助教 (90804782)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| キーワード | P2P DMA / PCIeデバイス / オペレーティングシステム / 高速パケット転送 |
|---|
| 研究実績の概要 |
本研究では、汎用オペレーティングシステム(OS)におけるPeer-to-Peer Direct Memory Access (P2P DMA)を用いた高速なネットワークI/Oに関する研究を行っている。CPUの性能向上スピードの鈍化に対して、主にPCIeで接続される周辺デバイスが大きく進歩している。汎用マシンに搭載可能なNetwork Interface Card (NIC)は100Gbps以上のものが一般に入手可能であり、さらにはNICに様々な機能を搭載したSmart NICも普及し始めている。またGoogleのTensor Processing Unit(TPU)のように、特定の用途に特化したデバイスも登場している。そこで本研究では、P2P DMAと呼ばれるデバイス同士が直接データをやりとりする通信モデルを用いて、CPUに依存しない、デバイス主導の新しい高速ネットワークI/Oを提案する。
本年度はEthernet NICに着目し、ひとつのマシンの中のEthernet NIC同士がP2P DMAを用いて直接パケットを転送する手法を開発した。既存の汎用x86サーバを用いたソフトウェアルータではCPUを用いてパケットを転送するため、最終的にメモリ帯域幅を越える転送性能を達成することはできない。一方Ethernet NIC同士がP2P DMAを用いて直接パケットを転送する場合、パケットはCPUもメインメモリも介さないため、PCIeスイッチの帯域幅まで転送性能を向上できる可能性がある。このようなEthernet NICをSmart NICを用いて実装し、評価した結果、CPUによるパケット転送よりも帯域幅、転送遅延の双方において高い性能を実現することができた。本成果は国際会議論文と国内論文誌に採録された。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初予定していたEthernet NICとNVMe SSD間の直接のP2P DMAによる通信は、それを実現できるNVMe SSDの発売が延期されているため、試作することはできなかった。一方Ethernet NICに着目しP2P DMAを用いることで、既存のソフトウェアルータの手法を上回る性能を汎用サーバで実現できた。近年のPCIeの高速化を踏まえると、本手法は潜在的に数Tbpsクラスのパケット転送性能を汎用サーバで実現できる可能性を持っている。本成果により、メモリ及びCPUをバイパスした新しい高速ネットワークI/O手法が実現・応用可能であることが確認できた。
|
| 今後の研究の推進方策 |
次年度は、デバイス側で行うには難しい処理、例えば大量の経路がある場合のルーティング処理やTCP/IPの処理を、Smart NICの機能を用いて実現するための手法の開発を行う予定である。
|
| 次年度使用額が生じた理由 |
本年度の実験に必要であった機器を既に持っていたものでまかなったためと、コロナ禍に伴う学会等のオンライン化のため。次年度機材等を更新する予定である。
|
