Armの新しいCortex-R82コアは、先進のSSDとインストレージ処理アプリケーションをターゲットに

Armは、リアルタイムと高レベルのオペレーティングシステムの両方を実行できる初の64ビットCortex-R82コアを発表しました。新しいCortex-R82は、従来の2倍の性能を備えており、主に最大1TBのDRAMを必要とする超ハイエンドSSD、オールフラッシュアレイ、および新たに登場したインストレージ処理アプリケーションを対象としています。

ストレージはより高い計算性能を必要とします

最新の SSD は、3D QLC NAND などの新しいタイプのメモリから信号をデコードするために、かなりの計算性能を必要とします。コンピュート機能を備えたSSDなどのインストレージ処理アプリケーションは、その旅の始まりに過ぎませんが、データセンターとエッジサーバーの両方で非常に有用になることが約束されています。

この2種類のストレージデバイスは、他の多くの機能とともに、現在よりもかなり高い計算性能が要求されると予想されていますが、大幅に高い消費電力を犠牲にしているわけではありません。

Armによると、今日のHDDとSSDコントローラの85%はArmのコアを使用しています。一方、ストレージ内処理を対応するSSDは、もともとSSD用に設計されたものではなく、一般的にストレージに最適な選択肢ではないArmのCortex-A53コアを使用したASICやFPGAに依存しています。

アームのCortex-R82：ストレージ用と計算用の両方

ArmのCortex-R82は、Armv8-Rアーキテクチャをベースにした同社初の64ビットRシリーズプロセッサコアで、ベアメタルやRTOSを実行するためのメモリ保護ユニット（MPU）や、高レベルのオペレーティングシステムを実行するためのメモリ管理ユニット（MMU）を搭載することができます。さらに、このコアは、機械学習（ML）および浮動小数点演算のためのオプションのNeonアクセラレータを対応しています。さらに、Cortex-R82コアは40ビットのメモリアドレッシングを特徴とし、最大1TBのDRAMをアドレス指定できるため、4GB以上のDRAMを搭載したクライアントSSDだけでなく、メモリを多く搭載したインストレージ処理アプリケーションを構築することができます。

Cortex-R82コアは、1.80GHz以上（5nmプロセス技術を使用し、標準的なパフォーマンスセルライブラリを使用して実装した場合）で動作するように設計されており、TCM（Tightly Coupled Memories）、キャッシュ、低レイテンシポートなど、リアルタイムアプリケーションに必要な低レイテンシ部品をすべて搭載しています。一方、コアはLinuxとRTOSの両方を同時に動作させることができ、コントローラ開発者に多くの柔軟性を与えます。

スケーラビリティに関しては、Arm氏によると、Cortex-R82は最大8コアのクラスタで使用できるという。一方、同社は「典型的な」クアッドコアクラスタの例を示しており、将来のSSDコントローラに何を期待するかのヒントを与えてくれるかもしれません。

パフォーマンスアップリフト

Arm Cortex-R82の大きな特徴の1つは、数年前に発売され、現在SSDコントローラに使用されている前身のArm Cortex-R8と比較して、大幅に性能が向上したことです。Armによると、Cortex-R82は、実世界でのアプリケーションではCortex-R8の1.74倍～2.25倍の速度が一般的だという。さらに、この新コアは、SPECint2006ではCortex-A55よりも21%、SPECfp2006では23%高速だという。

効率に関しては、Armの内部の予備的な見積もりによると、ArmのCortex-R82は30DMIPS/mW以上を実現しているという。

ストレージ市場向けの他のソリューションと比較してCortex-R82の性能が高いため、SSDコントローラの開発者は、より洗練されたECCアルゴリズムを使用できるようになり、実際のドライブには2つの重要な意味合いがあります。第一に、より高度なECC技術により、一般的にSSDの信頼性が向上します。第二に、洗練されたECCは、新しいタイプのNANDメモリの使用への扉を開き、ドライブ容量の向上とTBあたりのコスト削減を可能にします。

ワンチップ、マルチデバイス

ArmのCortex-R82が計算とリアルタイム・ストレージ・ワークロードの両方を同時に実行できることで、SSDコントローラの開発者は、1つのコントローラSoCで従来の計算アプリケーションとストレージ内の計算アプリケーションの両方をターゲットにすることが可能になります。これにより、最先端プロセスで高額になりがちなマスクセットコストを多少削減することができます。さらに、これにより、異なるワークロードを異なる時間帯に実行できるコントローラを構築することが可能になります。

このようなアプローチは、クライアントストレージには最適ではないかもしれませんが、データセンターやエッジサーバーを対象としたコントローラの場合は、SKU の数を減らすことが理にかなっているかもしれません。

ライセンスで利用可能

Arm社のCortex-R82コアは、その実装を可能にする一連の技術とツールとともに、ライセンス供与を受けられるようになりました。また、Armは、コントローラメーカーがすぐにコアを設計に投入できるように、Cortex-R82のTSMC 7FF POP実装も開発しています。

SSDコントローラの開発者は、TSMCのN7のような最先端の製造技術を使うことはほとんどない。一方、Arm自身も、5 nmの製造プロセスを使用して実装されたクアッドコアCortex-R82ベースのクラスタについて説明しています。

おそらく、ストレージデバイスの性能要件が高まるにつれて、ArmはSSDやHDDコントローラの設計者がCortex-R82コアを搭載したより高度なノードに移行することを期待しているのだろう。