ディスク・インターフェイスの基礎「SCSI」「IDE」を知るデジタルアドバンテージ2002/05/21ここまでは、IAサーバの概要からネットワークまで解説してきた。ここからはIAサーバのディスク・サブシステムに注目する。IAサーバにおいて最も一般的な使い方であるファイル・サーバやWebサーバではハードディスクへのアクセスが多いため、ディスク・サブシステムの性能がシステム全体に影響を及ぼす。ディスク・サブシステムにはOSやデータが格納されることから、一度システムの設定を行ったあとでは、追加や拡張がしにくいという面もある。サーバに搭載されるデバイスのなかで、故障の頻度が高いのもディスク・サブシステムである。サーバ管理者にとって、おそらくは最も初期設定に気を遣い、メンテナンスの頻度が高いのが、ディスク・サブシステムということになる。そこで、今回はディスク・サブシステムの基礎になっているSCSIとIDEという接続インターフェイスと対応ハードディスクに注目し、その成り立ちや2002年のトレンド、選択のポイントなどを明らかにしよう。IAサーバではSCSIが一般的でIDEはほぼエントリのみIAサーバのディスク・サブシステムは、インターフェイスの種類によってその性能や機能、拡張性が大幅に変わる。した「要(かなめ)」であるディスク・インターフェイスから解説を始めることにする。IAサーバのディスク・インターフェイスは、SCSIとIDEに大別できる。このうち「SCSI」を正確に記すなら、8bits幅または16bits幅のデータを同時に伝送する「パラレルSCSI」を意味する(現在は16bits幅が主流で、8bits幅は限定的である)。一方のIDEについては、現在クライアントPCで多用されているIDEと何ら変わらないものだ(パラレルATAとも呼ばれる)。両者を比較すると、以下のようになる。現行のSCSIとIDEのインターフェイス比較ここ数年の間でIAサーバに採用されたSCSIとIDEの各規格を、それぞれ比較してみた。SCSIは高性能/高機能を、IDEは低価格を優先した仕様になっている。各規格については後述する。これはデータ幅が16bitsの場合。SCSIで8bits幅の場合は7台まで(いずれもホスト・コントローラの分は省いている)。ホスト・コントローラからデバイスに発行される複数のコマンドを待ち行列にいったん格納し、実行順序の最適化などを実現する機能。複数のホスト・コントローラを1本のケーブルに接続して、各デバイスを2つのシステム間で共有できる機能。クラスタリングで利用することがある簡単にSCSIとIDEの特徴を表すなら、「高価だが汎用的でサーバに適したSCSI」と「機能や性能では劣るがコストが非常に安いIDE」となるだろう。IAサーバのハードディスク接続インターフェイスとしてはSCSIの方が一般的で、エントリ・クラス以外の全セグメントで使われているが、IDEはエントリ・クラスからIAサーバ市場に食い込み始めたところだ。Interface」という名が表すように、PCやワークステーションなど小規模なコンピュータ・システムにおける汎用的なドライブ/デバイス接続用インターフェイスとして誕生した。それがクライアントPCの世界ではIDEとの標準化争いに敗れ、サーバ用途に特化していったという経緯がある(クライアントPCでもSCSIは使われたが、PCの標準装備機能としては普及しなかった)。PC/ATの時代のディスク・インターフェイス(ST-506など)をベースに考案された規格で、クライアントPC向けに徹底して低コストかつ互換性維持を重視して拡張されてきた。それゆえ接続台数の少なさや、あまりにも短いケーブル長、実質的に外付けデバイスを利用できない点など、標準的なクライアントPCでは十分でも、IAサーバには不十分な仕様が散見される。実際、一昔前のIAサーバでは、IDEはCD-ROMドライブの接続程度にしか使われていなかったくらいだ。SCSIとIDEそれぞれのデバイス接続例SCSIでは、1本のケーブルに3台以上のドライブを接続できるし、外付けも可能だ(内蔵と外付けは、それぞれにコントローラを設け、チャネルを分けるのが一般的)。IDEはケーブル1本あたり2台までしか接続できない。実際には、2台のハードディスクを1本のケーブルに接続し、両方同時にアクセスすると速度が落ちやすいため、IAサーバではケーブル1本につき1台に制限していることが多い。このようにIDEの拡張性は限定的だ。かかわらず、IAサーバのハードディスク接続にIDEが採用され始めたのは、IDEハードディスクの性能向上と容量増大によるところが大きい。1(ミラーリング)という構成も可能になり、エントリ・クラスのIAサーバならIDEハードディスクでも十分に耐えられるようになったからだ。CRCによるデータ転送のエラーチェックがIDEで実現されたことも、(クライアントPCに比べて)信頼性が重視されるIAサーバでは重要な要素だろう。クライアントPC向けに大量生産されているIDEハードディスクは、量産効果により、SCSIハードディスクに比べて非常に安価であり、低価格のエントリIAサーバの価格競争力を高めるのに適していた、という理由もある。単体では非対応(非標準の特殊なアダプタを装着して対応)現行のSCSIとIDEのハードディスク比較IAサーバに搭載されるものに限定して、主要なハードディスク・ベンダの製品から仕様をまとめてみた。一般的なクライアントPCに比べて、IDEでも性能の高いものが採用されていることが分かる。各項目において、SCSIでもIDEでも少なからず幅があるのは、エントリからハイエンドまでラインアップされているため。IDEはプラッタ枚数を抑えつつ記録密度を高めて容量を稼いでいる(つまりコスト重視)のに対して、SCSIは回転速度やシーク時間など性能を重視していることが分かる。RAID構成時に故障したハードディスクを交換するホットスワップにも、SCSIハードディスクは標準で対応している製品が存在するが、IDEハードディスクにはない。上表は、2002年現在のSCSI/IDEハードディスクそれぞれの仕様をまとめたものだ。これを見ると、まず回転速度は圧倒的にSCSIが速いことが分かる(回転速度が速いほど、目的のセクタが磁気ヘッドの下へ来るまでの「回転待ち時間」が短くなり、高速になる)。平均シーク時間(ヘッドが記録トラック間を移動する平均時間)も同様にSCSIが段違いに速い。SCSI(後述)対応の製品では、900Mbits/sに近い速度になるはずだ。IDEに比べ、SCSIハードディスクが速度重視なのがよく分かる。7200RPMのSCSIハードディスクは性能的にIDEと競合しがちなため、各ハードディスク・ベンダとも販売中止にする方向にある。10000RPMの製品がSCSIハードディスクの新しいエントリ・クラスになる。ホットプラグ可能なSCSIハードディスクの例ホットプラグ(ホットスワップ)は、システム稼働中にハードディスクを交換できるようにする重要な機能だ。SCSIでは、ホットプラグに対応するコネクタなども規定されている。容量については一見IDEと拮抗しているように見えるが、実際はIDEより少な目だ。現行のIAサーバでは、1台あたり9G/18G/36G/72Gbytesというラインアップが一般的である。182GbytesのSCSIハードディスクは、12枚という多数のプラッタを収めるために厚さがハーフ・ハイトになっており、一般的な1インチ・ハイト向けのドライブ・ベイに収まらないことがあるので注意が必要だ。IDEハードディスクはプラッタ数が少ない割に容量が大きい。それだけ単位容量あたりのコストが安く、すなわち低コスト重視なのが分かる。上表には記していないが、ブレード・サーバなど超高密度IAサーバでは2.5インチIDEハードディスク(4200〜5400RPM/10G〜40Gbytes/内部転送速度200M〜250Mbits/s程度)が用いられている。現在はノートPC用のものが流用されており、性能面ではサーバに適してはいないが、今後はこうした市場の伸びによってはサーバ向けの高速なモデルが登場する可能性もある。SCSIへの移行だろう。SCSIに対して、LVD*12方式の伝送を採用することで高速化とケーブルの延長を実現した規格。最大160Mbytes/sのSCSI規格。SCSIをベースに、ダブル・エッジ・トリガ*13で2倍に速度を高めた。最大320Mbytes/sのSCSI規格。SCSIをベースに、ビット・レートを2倍に高めた。SCSI(およびそれ以前のSCSI規格)はハードディスクではなくテープ・ドライブなど、データ転送速度の遅いデバイスとの接続に使われる。SCSI以降に対応した製品を選ぶことになる。Differentialの略で、低電圧の差動駆動による信号伝送方式のこと。伝送時の基準クロック信号の立ち上がり時と立ち下がり時の両方のタイミングで、データを転送する仕様。SDRAMのデータ伝送と原理的には同じ仕組みだIAサーバにおけるSCSIの役割は、RAIDコントローラとハードディスクとの接続か、あるいはテープ・ドライブの外付け接続のどちらか、といってもそう過言ではない。このうち前者については、1チャネルに複数台のハードディスクを接続して、ほぼ同時に各ハードディスクをアクセスするため、SCSIにはハードディスク単体の速度×台数分の転送速度が要求される。SCSIのコントローラを搭載するRAIDコントローラには、複数のチャネルを搭載するものがある。SCSI×2チャネルで同時にデータ転送を行うなら、最大速度は640Mbytes/sにも達する。現状では、これに耐えられる拡張バスはPCI-X(クロック100MHz以上)しかない。SCSIならPCI-X(100MHz以上)が必要だろう。SCSIハードディスクの実質的な転送速度は現在、最大でも60Mbytes/s弱だが、2002年中には80Mbytes/sに達しようとしている。SCSIの帯域をすべて消費してしまうため、このままでは1チャネルで3台以上のRAID構成を組むとSCSIがボトルネックになってしまう。SCSIなら4台分の帯域を確保できるため、容量と速度の両立を図れる。SCSIの登場を促した理由といえる。ハードディスクの性能向上が、規格の進歩を促進している点は、IDEもSCSIも変わらないわけだ。SCSI対応のハードディスクやホストアダプタ、RAIDコントローラは、すでにいくつかの製品発表が行われており、ハードディスクは夏にも本格的に量産出荷されるようだ。実際にIAサーバへ搭載されるようになるのは、検証作業などのため多少遅れて、2002年末くらいからになるだろう。SCSI対応製品もターゲットに入ることを覚えておきたい。次にIDEインターフェイスの動向をチェックしよう。最大転送速度66Mbytes/sのATA/ATAPI(IDE)規格。最大転送速度100Mbytes/sのATA/ATAPI(IDE)規格。最大転送速度133Mbytes/sのATA/ATAPI(IDE)規格。CD-ROMドライブ専用となっている。ATA/100から移行するかどうかは微妙な情勢だ。ATA/100以降に対応した製品を選べば問題ない。「ATA/ATAPI-X」とは、ANSIによるIDEの正式な規格の名称。ATA/133は当初、1ベンダ(Maxtor)の独自仕様のように扱われていたが、現在はATA/ATAPI-7の草案に含まれており、標準規格になる可能性が出てきた。ATA/133に対応する製品が増えてきている。ATA/133対応製品が2002年度の主流になるかどうかは微妙だ。ATA133になったところで、エントリIAサーバ向けというIDEの位置付けはまず変わらない。ATA/100対応製品を選ぶのが無難なところだ。注意すべきは、IDEに存在する137Gbytesの容量の壁だろう(この詳細は「実験:137Gbytes超IDEディスクの正しい使い方」を参照)。大容量ハードディスクの全容量を無駄なく使うために、IAサーバの対応状況を確認しておきたい。IAサーバにシリアルATAが導入されるのはいつ?ここまでは従来のIDE、すなわちパラレルATAの話題だったが、2002年度中にはシリアルATA対応製品の登場という大きなトピックが予定されている(詳細は「技術解説:次世代の標準ディスク・インターフェイス『シリアルATA』のすべて」を参照)。シリアルATAとは、パラレルIDEとソフトウェア・レベルの互換性を維持しつつ、7芯の細いケーブルによるシリアル方式のデータ伝送を採用したディスク・インターフェイスのこと。133Mbytes/sが速度の上限と目されているパラレルATAに比べ、150M〜600Mbytes/sのロードマップが提示されていること、ケーブル長が1mに延びて配線の自由度が高まったこと、標準のコネクタでホットプラグに対応している、といった特徴がある。そのため、パラレルATA以上にIAサーバで採用されることが期待されている。実際、3wareやAdaptecなどのベンダが、シリアルATA対応のRAIDコントローラを開発していることが明らかになっている。II」を策定するワーキング・グループが設立されている。1.0に対して下表のような強化が図られる予定だ。1.0に比べ、性能向上もさることながら、IAサーバで必須となる各種の管理機能やバックプレーンのサポート強化が注目される。「対象セグメント」にはIAサーバを含むサーバのほか、ネットワーク・ストレージも含まれる。IIの第1段階が予定通りに実現できると、エントリ・クラスのIAサーバへの導入も2003年半ばから始まる。上位のIAサーバには、第2段階を経て2004年ごろから実装が始まることになる。クライアントPC向けに計画されているIntel製チップセットでのシリアルATA対応は、2003年前半に行われる予定だ。このチップセットが登場して初めて、クライアントPCへのシリアルATA導入が本格化する。シリアルATA対応ハードディスクも、このチップセットでの検証を経てから本格的に出荷されるようだ。IIの実装はこの後になるだろうから、第1段階に対応する製品は予定より遅れるかもしれない。いずれにせよ2002年度においては、シリアルATAの動向に注目しておく必要はあっても、製品の導入まで考慮する必要はなさそうだ。■IAサーバのディスク・インターフェイスとして、SCSIとIDEは指向がまったく異なり、すみ分けもできているので、用途に応じて一方を選ぶことはそれほど難しくない(コスト重視ならIDE、性能や拡張性重視ならSCSI)。注意が必要なのは、SCSIにもIDEにも複数の規格があり、選び方を間違えると本来の性能が発揮できないなどトラブルが発生する点だ(SCSIもIDEも下位互換性は重視されているため、まったく動作しないというトラブルは比較的生じにくい)。ホスト側のコントローラとハードディスクの間で対応規格が異なる場合は、ベンダにより動作確認がなされている製品を選ぶなど、注意すべきだろう。次のページでは、電源ユニットとケースについて解説していく。(2017/6/28)Intelのx86が誕生して約40年たつという。x86プロセッサは、互換プロセッサとの戦いでもあった。(2017/5/25)最近、人工知能(AI)のアクセラレータとしてFPGAを活用する動きがある。CPUやGPUに加えて、FPGAが人工知能に活用されるのだろうか。(2017/4/27)スタートの号砲が鳴ったようだ。多くのベンダーからIoTを使った実証実験の発表が相次いでいる。(2017/3/29)スパコン関連の発表が続いている。多くが「人工知能」をターゲットにしているようだ。