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한국IBM은 9월 11일부터 14일까지, 자사 고객들을 대상으로 하는 서울 도곡동 한국 IBM BMT 센터에서 ‘IBM System x Low Latency PoC’ 세미나를 진행했다. 이 세미나에서 IBM은 기존 1Gb 급 네트워크 환경 대비 System x 3650 M4 서버와 10Gb 스위치로 구성된 저지연(Low Latency) 환경 구성의 성능 향상과 시스템 튜닝을 통한 추가 성능 향상에 대해 소개했다.
최근 주식 거래 시장은 μs(microsecond) 단위의 업무 처리 능력을 갖추는 것이 증권사의 경쟁력을 좌우하고 있다. 이를 위해 대기 시간을 단축하고 초단타 트레이딩(HFT : High Frequency Trading)이 가능한 솔루션을 도입하는 것 뿐 아니라, 이러한 솔루션을 최적의 환경으로 지원하는 인프라를 구축하는 것이 필수가 되어 가고 있으며, 이미 일부 기업들은 저지연 환경 솔루션을 통해 경쟁력을 확보해 나가고 있다.
IBM은 x86 아키텍처 기반의 저지연 환경 구성에서 System x3650 M4 서버와 저지연 환경에 대응하는 10Gb 네트워크 스위치, 네트워크 어댑터를 활용한 환경 구성이 기존의 일반적인 1Gb 환경과 비교해 어느 정도의 성능 향상이 있는지를 소개했다. 또한 이 환경에서 서버와 운영 체제 수준에서의 각종 튜닝을 적용해, 기본 상태 대비 어느 정도 성능을 더 최적화할 수 있는지에 대해서도 고객들에 소개했다.
▲ IBM STG 김유빈 IT스페셜리스트
먼저 IBM STG 김유빈 IT 스페셜리스트의 PoC 구성 소개가 있었다. 이 자리에서 IBM은 현재 증권사의 거래 시스템 등에서 저지연 환경이 많이 요구되고 있는데, 이는 단지 네트워크 스위치 레벨만으로는 제대로 구축할 수 없다는 점을 강조했다. 제대로 된 환경을 위해서는 네트워크 스위치와 어댑터, 그리고 서버의 최적화까지도 필요하다는 것이다.
이번 PoC에는 IBM System x3650 M4 서버와 IBM의 저지연 환경을 위한 10Gb 이더넷 스위치인 G8124E, 그리고 대조군으로 기존 환경의 재연을 위한 1Gb 스위치 G8000이 활용되었다. 10Gb 네트워크 어댑터의 경우 솔라플레어(SolarFlare) 6122F가 활용되었으며, 운영 체제의 경우 많이 활용되는 레드햇 엔터프라이즈 리눅스(RHEL : Redhat Enterprise Linux) 5.8과 6.2가 이용되었고, 테스트는 Netperf 로 수행되었다.
System x3650 M4는 제온 E5-2600 시리즈 프로세서의 듀얼 소켓 구성을 제공하며, 테스트에 사용된 서버는 2.9GHz의 프로세서 두 개를 탑재했다. 또한 메모리의 경우 8GB 모듈 8개로 64GB 구성이며, 이는 E5-2600의 쿼드 채널 메모리 컨트롤러 성능을 극대화하기 위한 구성으로 권장되고 있다. 네트워크 어댑터는 솔라플레어의 저지연 네트워크를 위한 2포트 어댑터가 별도의 PCI 익스프레스 슬롯에 장착되었으며, 기존의 1Gb 이더넷과 함께 구성되었다.
▲ System x3650 M4는 전 세대와는 다소 다른 특성을 지닌다.
IBM System x3650 M4는 인텔의 제온 E5-2600 계열 프로세서를 사용한 서버로, 2U 디자인에서 16코어, PCI 익스프레스 슬롯 지원은 온보드 10Gb 이더넷을 포함해 최대 7개까지 가능하다. 24개의 DDR3 메모리 슬롯을 통해 최대 768GB의 메모리를 장착할 수 있으며, 4개의 1Gb 이더넷을 기본으로 제공하고, 온보드 mezzanine 슬롯을 통해 10Gb 이더넷 두 개를 외부 슬롯과 별개로 옵션 장착할 수 있다.
System x3650 M4는 새로운 플랫폼을 이용해, 전 세대 대비 크게 향상된 프로세서 성능을 지원하며, 10Gb 이더넷을 염두에 둔 디자인을 통해, 네트워크 대역폭이 중요한 업무에 높은 성능을 발휘한다. 또한 1Gb, 10Gb 이더넷을 온보드에서 동시에 이용할 수 있도록 해 유연한 네트워크 구성이 가능하며, 전력 효율 면에서도 80Plus 플래티넘 등급 인증을 받은 파워 서플라이를 사용한다.
이 System x3650 M4가 전 세대 대비 크게 달라진 점 중 하나로는 PCI 익스프레스 슬롯의 할당 방법이 있다. PCI 익스프레스 컨트롤러가 프로세서에 통합됨에 따라, 외부 슬롯 6개 중 3개씩이 하나의 프로세서로 할당되고, 다른 프로세서에 연결된 PCI 익스프레스 장치간의 통신은 QPI 링크를 이용하도록 되어 있다. 그리고 이런 구조는 저지연 고성능을 가능하게 하지만, 튜닝에 있어서 기존과 사뭇 다른 특성을 보여 주기도 한다.
IBM의 저지연 환경을 위한 네트워크 스위치는 지난 2010년 인수가 발표된 BNT(Blade Network Technologies)의 제품을 이용하고 있다. 이 스위치는 L2/3 랙스위치로 기본 10Gb 이더넷 24포트를 장착하고, 1/10Gb 혼용이 가능하다. 이 스위치의 가장 큰 특징은 지연 시간으로, 평균 포트 지연시간이 510 나노초 수준의 고성능을 제공한다.
▲ 한국IBM 시스템총괄사업본부 하병언 차장
이어 IBM 시스템총괄사업본부 하병언 차장이 x3650 M4 서버의 저지연 환경을 위한 튜닝 방법을 소개했다. 먼저 소개된 것은 시스템의 UEFI 튜닝으로, 저지연 환경을 위한 설정의 특징으로는 터보 부스트와 C1E, EIST 등의 기능을 사용하지 않게 해 프로세서의 동작 속도를 고정시키는 것으로 전반적인 반응 속도를 빠르면서도 균일한 수준으로 유지하는 것에 초점을 맞추고 있다.
이 UEFI 설정을 여러 대의 시스템에 적용하고자 하는 경우에는 ASU 툴을 이용해 OS 상에서 UEFI 설정을 불러 오고, 이를 파일 형태로 만들어 다른 시스템들에 일괄적으로 적용할 수 있다. 이 툴을 이용하면 다수의 서버에서 직접 설정을 고치지 않더라도 OS 상에서 UEFI 설정을 수정, 적용시킬 수 있어 원격 관리 환경에서도 편리하게 이용할 수 있다.
또한 PCI 익스프레스 슬롯의 위치에 따른 최적화 방안도 있다. 제온 E5-2600의 경우 프로세서에 PCI 익스프레스 컨트롤러가 있는 만큼, 네트워크 어댑터가 장착되는 PCI 익스프레스 슬롯에 연결되는 프로세서가 이 네트워크 어댑터의 인터럽트를 처리하는 게 가장 좋은 성능이 나온다. 그리고 이를 운영체제 수준에서 강제적으로 할당할 수 있도록 설정할 경우 QPI 링크를 통한 이동으로 인한 지연 시간 낭비를 최소화할 수 있다.
▲ 최적화되지 않은 1GbE와 최적화된 10GbE의 차이는 10 배 가량 난다.
이어 실제로 RHEL 6.2 환경의 테스트 서버에 원격 접속을 통해 Netperf를 통한 지연 테스트가 진행되었다. 1Gb 이더넷 환경에서 최적화를 수행하지 않은 상태의 지연 시간은 512바이트 패킷에서 38μs 수준이었는데, 여기서 UEFI와 운영체제 차원에서의 튜닝을 가미했을 경우 TCP는 31μs 수준까지, UDP의 경우 25μs 아래까지 떨어지는 것을 확인할 수 있었다. 이는 단지 서버 튜닝 만으로도 어느 정도 처리량 개선 효과를 볼 수 있다는 것을 나타낸다.
이 차이는 저지연 환경을 지원하는 고성능 10Gb 네트워크 어댑터를 이용했을 경우 더 커진다. 시스템 기본 상태에서의 512바이트 패킷 테스트에서 TCP는 24μs 정도, UDP는 21μs 정도의 지연 시간이 나타나는데, 여기서 UEFI와 운영체제 수준의 튠업을 가미할 경우 TCP는 10μs 이하로, UDP의 경우 7~8μs 정도까지로 지연시간이 대폭 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
또한 저지연 환경을 위한 네트워크 카드들이 가지는 독자적인 하드웨어 가속 지원 기술들을 활용할 경우 처리량은 더 늘어나고, 지연 시간은 더 줄일 수 있다. 이 기능을 이용할 경우 512바이트 패킷의 TCP나 UDP 모두 지연 시간은 3μs 대로 내려가며, 기존의 최적화되지 않은 1Gb 이더넷과 비교할 경우 지연 시간은 1/10 정도로 줄어든 것을 확인할 수 있다. 한편 이번 테스트에서 RHEL 5.8과 6.2간 지연 시간 차이는, 5.8이 다소 지연 시간이 적지만 그 차이는 크지 않은 것으로 나타났다.
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