[특집] 한국IBM eX5 오픈 성능 테스트 세미나

한국IBM(대표 이휘성, http://www.ibm.com/kr)은 지난 3월 22일 한국IBM 도곡동 사옥 7층 벤치마크센터 내 대회의실에서 'eX5 오픈 성능 테스트 세미나'(이하 OpenPoC) 행사를 개최하고, 고객사 관계자들에게 자사의 노하우가 집약된 eX5 아키텍처 기반 x86 서버 성능을 선보였다.

시스템테크놀러지그룹(이하 STG)의 주관으로 진행된 이번 OpenPoC에서는 DB 및 가상화 환경에 최적화되도록 설계된 eX5 아키텍처 기반 장비인 x3850 X5 서버와 메모리 확장 모듈인 MAX5 장비가 주인공이었다. OpenPoC에서 진행된 벤치마크에서는 오퍼레이션 역할을 담당하는 x3850 X5 서버 1대와 워크로드 역할을 담당하는 x3850 X5 서버 및 MAX5 조합으로 진행되었다.

한국IBM STG 연성호 실장은 인사말에서 "CIO가 가장 고민하는 것이 장르에 따라 계속 바뀌고 있다. 비즈니스 최적화, 워크로드 최적화, 클라우드 등이 고민꺼리로, 이에 준비하는 게 주요한 일이다. 이번 세미나에서는 하이엔드 x3850 X5 서버의 OpenPoC를 통해 앞으로 가상화, 클라우드 등과 연계해 비즈니스에 가장 적합한 결과를 낼 수 있는 것을 보여주고자 한다"고 행사 의의를 밝혔다.

한국IBM이 선보인 x3850 X5 서버는 13년 전에 출시된 1세대 이후로 5세대에 이른 최신 장비다. 국내 발표 당시에는 인텔 네할렘 아키텍처 기반 제온 프로세서의 역량에 IBM의 I/O 성능 강화로 화제가 되기도 했었다. 기본적으로 시장에서 요구되는 가상화 수요에 포커스를 맞추고 있으며, 시장에서 원하는 높은 메모리 확장성과 성능을 충족시키는 모델이다.

■ 태생부터 메모리 & 가상화 수요를 노린 'eX5 아키텍처'

▲ 한국IBM 시스템테크놀러지그룹 IT 아키텍트 최병준 과장

한국IBM STG에서 IT 아키텍트 직을 맡고 있는 최병준 과장은 본격적인 OpenPoC 진행에 앞서, eX5 아키텍처와 관련 제품군에 대해 간략히 브리핑했다. 이는 이번 OpenPoC 세미나 후반부에 BMT가 진행되는 장비들이 기본적으로 가상화를 올리고 그 위에 DB 서버 환경을 갖춰 검증되는 것이기에, 개괄적인 점검 삼아 진행된 순서였다.

▲ IBM System x 서버 전체 포트폴리오

STG 내에서 System x 사업부가 IBM의 x86 제품 비즈니스를 맡고 있다. 주로 인텔 제온 프로세서를 쓰는 서버 영역에서는 스케일 아웃 환경에 최적화된 제품들이 주로 선보인다. IBM은 1소켓 서버부터, 랙 타입, 블레이드 등 다양한 장비들을 국내에 공급하고 있다.

OpenPoC의 주인공인 'eX5 아키텍처'는 이름에서 알 수 있듯이, 5세대 IBM x86 서버 아키텍처로 지난 2010년에 발표되었다. 지난 2001년에 첫 16소켓 모델이 최초로 공개된 이후, 2003년에는 100개의 벤치마크 항목에서 1위를 기록한 2세대, 2005년에는 최초의 메모리 핫스왑 및 고가용성 메모리 기술을 선보인 3세대, 2007년에는 최초의 100만 tpmC 기록을 돌파한 4세대 등이 연이어 나온 바 있다.

2001년의 1세대 런칭 이후에 계속 발전되어 온 IBM의 x86 아키텍처는 eX5에 이르러 DB서버 외에 가상화에도 최적화되는 면모를 보였다. 과거에는 주로 메모리 I/O를 주특기로 삼아오다 이번에 가상화 분야에서 더 차별된 성능을 선보인 셈이다. 일례로 플래그십 역할을 하는 x3850 X5 서버의 경우, 기본 4소켓 4U 모델이지만, 여기에 메모리만 별도 증설하는 MAX5 모델을 덧붙여 성능 향상을 극대화시킨다.

▲ eX5 아키텍처는 DB워크로드와 가상화 환경에 최적화된 환경을 제공한다.

IBM이 MAX5 라는 별도의 메모리 모듈을 선보인 배경에는 기존 CPU-메모리 자체의 한계를 타개할 목적이 존재한다. 인텔 네할렘 아키텍처의 레퍼런스는 메모리 채널 사용을 적게 갖고 갈수록 최고성능이 나오는 것으로 알려져 있다. 메모리를 늘리면 메모리 대역폭이 저하되는 현상이 있다고 한다.

이에 IBM eX5 아키텍처는 DIMM 슬롯을 모두 사용하는 경우에 메모리 퍼포먼스를 극대화시킬 수 있는 구조로 설계되었다. 메모리 슬롯을 여러 개 꼽아 꽉 채우면 성능이 비례해 늘어나는 구조다. DB서버나 가상화 서버 환경에서는 메모리를 많이 써야 되는데, 이런 배경에서 MAX5 모듈이 차별화된 가치를 제공한다는 특색이 있다.

이러한 아키텍처 배경 외에도, 데이터 폭증으로 본체에 탑재되는 메모리로는 수요에 부합하기가 점점 어려워지는 현장의 수요도 있다. 만약 메모리가 부족하다면, eX5 아키텍처 기반 서버는 MAX5 메모리 모듈을 연계시켜 용량뿐만 아니라 메모리 버퍼 개수도 늘릴 수 있다. 용량과 성능이 비례하도록 디자인된 덕분이다.

이 외에도 PCI 슬롯이 7개가 제공되는데, 이게 특정 CPU에 집중되어 IO 로드가 몰리는 게 아니라 분산된 구조를 구현했다. 특정 CPU에 부하가 걸리지 않도록, IO 모드를 밸런스 있게 유지하도록 조정된 점이 특징이다.

▲ eX5 아키텍처는 대용량 고성능 메모리 워크로드에 최적화된 설계를 갖췄다.

IBM은 eX5 아키텍처에 싱글/멀티 비트 에러 등 메모리 관련 장애에 대응되는 신기술과 하드디스크 손상에 대비하는 핫스왑 장치 등 현장에서 위기대응하기 유리한 기능을 내장시켰다. 또한 FAN 장비가 내부 온도 등 환경에 따라 필요도에 따라 작동되도록 했으며, 이중화가 되어 있어 서버 컴포넌트 장애 시를 완벽하게 고려해 설계되었다. 이 모든 걸 x86 아키텍처에 집약시켜 제로 다운타임에 근접하게끔 제품을 설계했다.

이와 별도로, 사전장애 예측 부문이 강화되었다. 이는 실제 장애가 나기 전에 조짐이 보이면 사전에 경고를 보내 대응이 가능하게 해주는 것이다. 예를 들어 하드디스크의 경우는 장애가 나기 전에 스핀들 속도 저하 등 조짐이 있는데, 이를 사전에 감지해 경보를 낸다. IBM은 주요 컴포넌트에 사전장애 경보기능을 탑재시켜 미션 크리티컬한 업무에서도 x86 서버를 가용할 수 있도록 조치했다.

확장성 측면에서 x3850 X5 서버는 기본이 4소켓인데, 뒤에 케이블링을 하면 8소켓까지 모듈러 확장 방식으로 구현시켜 하나의 8소켓 장비로 구축이 가능하다고 소개되었다. 이는 8소켓 쓰다가 워크로드가 적으면 4소켓 씩으로 분리시켜 4소켓으로 쓰다가 부하가 많으면 다시 합쳐서 8소켓으로 쓰는 유연성을 사용처에서 확보하게 해준다. 워크로드에 따라 리소스를 분리해 쓸 수 있는 셈이다.

한편, 최병준 과장은 "MAX5를 붙이면 4소켓으로 230만 tpmC 수치가 나온다. 이걸 다 갖다 쓰는 단일 애플리케이션은 그리 많지 않다고 본다. (세미나) 참가자들에게 강조하고 싶은 부분이, 단일 애플리케이션이 성능을 다 쓸 수 없으므로 가상화해서 성능을 쪼개 백엔드 DB를 가상화 환경에서 운영하는 것을 권장한다"고 말했다.

■ MAX5 모듈로 고성능과 유연성 두 마리 토끼 잡았다

▲ 한국IBM 시스템테크놀러지그룹 IT 스페셜리스트 김완희 과장

김완희 과장은 OpenPoC에서 쓰인 하드웨어에 대한 설명을 간략히 하고, 하드웨어의 아키텍처 부분을 깊이 있게 설명했다. 핵심 내용으로 하드웨어와 함께 같이 설치된 VMware에서 CPU 등 리소스를 운영하는 아키텍처를 설명하고, 그 다음에 PoC 시나리오 진행으로 넘어갔다.

한국IBM은 두 대의 시스템을 준비했다. 첫번째 시스템은 x3850 x5 + MAX5 (메모리 장착율 50%), 로드 제너레이터인 두 번째 시스템은 같은 서버 모델로 해 메모리 사용률을 첫번째 시스템과 마찬가지인 50% 사양으로 맞췄다. BMT 소프트웨어 중에서 'MS SQL'은 2008 버전을 쓴 것이라고 덧붙여졌다. 이는 로드제네레이터 툴 등과 병행되어 사용되었다.

▲ OpenPoC 벤치마크는 현세대 장비로만 사양을 맞춰 진행되었다.

OpenPoC 시작에 앞서, eX5 아키텍처의 특징이 설명되었다. 김완희 과장은 eX5 아키텍처가 CPU 당 메모리를 12개씩 사용하도록 설계되어 있다는 내용을 설명했다. 한 마디로 IBM 서버는 메모리 DIMM을 다 채워야 최대의 성능을 발휘할 수 있다는 내용이다.

인텔 네할렘 아키텍처 기준으로는 일반적으로 CPU 하나에 최대 메모리가 6개로, 1시스템에 12개까지 쓰는 게 시스템 메모리 성능을 극대화시키는 수준이었다. 이 때 DIMM을 메모리로 다 채우면 성능이 저하되는 현상이 나타난다고 한다. 이는 OS 입장에서 보면 메모리 풀은 늘어도 메모리에 접근할 때 엑세스 속도나 동작 속도가 전체적으로 저하되어 전체적으로 성능이 감소된다.

최신 제온 프로세서들을 만들어 내는 네할렘EX 아키텍처는 CPU마다 컨트롤러가 2개씩인데, 각 컨트롤러마다 채널이 2개씩으로 되어 있다. 네할렘EP 아키텍처는 한 채널에 메모리가 3개인데 비해, 네할렘EX는 한 채널에 DIMM이 4개씩 배치된다. IBM eX5가 이 메모리 DIMM을 다 채워야 되는 건 일단 '고성능'이라는 테마에 대해서 대전제가 된다.

김완희 과장은 "메모리를 꽉 채우면 메모리 성능이 떨어진다는 게 정설이다. 그러나 실제 eX5는 MAX5가 있든 없든 메모리 성능이 떨어지지 않고 꾸준하게 나온다. 즉 최대 성능은 1066인데, MAX5를 추가하면서 메모리 오퍼레이션 속도가 떨어지지 않는다"고 말했다. 이어 "메모리 구성을 어찌하느냐에 따라 메모리 성능 변화가 있기 때문에, 메모리 구성을 잘 해야 시스템 풀 퍼포먼스를 이끌어 낼 수 있다. 메모리 장착 방법론 측면에서 중요성이 있다"고 덧붙였다.

▲ IBM의 eX5 아키텍처는 고성능 메모리 설계 아키텍처가 특징이다.

인텔 네할렘EX 아키텍처 기반 제온 프로세서가 쓰인 4way(= 4소켓) 서버는 이름 그대로 CPU 4개가 쓰인다. 이번 OpenPoC 세미나에서 BMT 장비로 쓰인 x3850 X5 서버가 딱 이 형태다. 앞서 설명되었듯이, 각 CPU 별로 컨트롤러 2개, 컨트롤러 당 채널 2개가 물리적으로 배치되어 있다.

김완희 과장은 "부가적으로 설명할 부분은 하이퍼바이저 입장에서 보면 가상화를 하게 되면 모든 메모리가 전체 Pool 1으로 돌아간다는 점이다. 그 위에 올라간 가상머신은 리소스를 쓰는 방법론이 중요해진다. 2소켓이라면 최대 8개의 코어에 하이퍼쓰레딩으로 16개의 쓰레딩을 쓸 수 있다. 64개의 쓰레드가 보이고, HT 없으면 32개의 코어가 보이는 설계다"라고 설명했다.

하이퍼바이저 입장에서 보면, 네할렘 아키텍처는 과거 더닝턴 등 구 아키텍처와 비교해 CPU가 메모리 컨트롤러를 가지고 간다는 물리적인 변경사항이 존재한다. 때문에 각 CPU마다 메모리 컨트롤러가 개별적으로 있어 IO가 발생했을 때, 특히 CPU 1에서 CPU 3의 메모리를 쓸 때, 가상화를 쓰면서 CPU와 메모리가 걸쳐져 쓰이는 상황은 권장하지 않는다. 가상화를 하게 되면 소켓 안에서 해결하도록 해야 최상의 성능을 확보할 수 있다.

김완희 과장은 "NUMA 이야기가 많이 나오는데, 이 기능은 NUMA 1, 2, 3, 4식으로 로드 될 때, 각각의 메모리 풀을 가지는 것이다. 서로 공유해 쓸 수도 있지만, 1차적으로 자기 메모리만 사용하고 다른 메모리 사용을 지양하는 것이 최적의 가상화 성능을 사용하기 위한 전제 조건인 것이다. 마지막 시나리오에서 보여줄 것이 하이퍼바이저에서 쓰는 가상머신들이 CPU 안에서 선호하는 프로세스를 골라 쓰는 게 있고, NUMA 풀을 만들어 특정 NUMA 풀에서 쓰는 것이다. 또 전체적으로 밸런싱해 쓰는 것 등이 있다. 이 중 전체적으로 밸런싱해 쓰는 것은 지양하는 게 좋다"고 말했다.

한편, eX5 아키텍처 기반 장비를 쓰면, 1)CPU에 EXA가 연계되었을 때 설정에 따라 메모리를 전체 풀링해 다이렉트로 쓰는 것도 가능하고, 2)풀링이 아니고 CPU 1, 2, 3, 4 별로 각각이 데디케이트된 리소스로 활용하는 것도 가능하다고 소개되었다. OpenPoC BMT 시스템은 후자로 설정되었는데, 이는 CPU에 올라가 있는 가상화 머신들의 역량을 최대한 이끌어내기 위한 것이다.

▲ 전 세대 장비의 BMT 수치는 비교정보로서 공개되었다. 상당한 성능향상이 눈에 띈다.

김완희 과장은 "메모리 동작속도, 프로세서 동작속도에 포커스를 맞춘 표본을 보면, MAX5가 있든 없든 속도가 똑같다. 하나의 쓰레드에 4.5GB를 할당해서 초당 얼마나 처리하는지 따져봤다"며 내부 테스트 수치를 공개했다. 전 세대 x3650 M3 서버와 비교했을 때 단독 서버로서도 앞선 결과를 보여줬으며, MAX5가 연계 되었을 때에도 애드온이 붙었음에도 비슷한 성능을 보여줬다.

또 2소켓과 4소켓 환경에서 가상화를 어이할지 고민하는 고객사의 경우에 대해 "2소켓 10대를 가지고 가상화해도 되고, 4소켓 5대를 가지고 가상화해도 된다. 그런데 직접 테스트해보면 실제 DB 등 메모리 I/O가 많은 애플리케이션을 쓰면 2소켓보다는 4소켓 환경에서, 메모리 밴드위스 사양이 더 커 DBMS에서 더 낫다. 소켓 차이에 따라 상당한 차이가 난다"고 김완희 과장은 설명했다.

한편, MAX5 메모리 모듈이 제시한 의의에 대해 OpenPoC 시나리오 진행을 앞두고 짚어보는 순서가 있었다. 김완희 과장은 "MAX5가 없었다면 메모리 제한으로 가상머신을 못 만드는 경우도 있다. 지난 2005년에 연구를 시작해 2009년에 런칭하고 2010년에 공급하고 현재는 확장하는 시점인데, 과거에도 이런 부분 감안해 MAX5 확장모드를 만든 것"이라고 설명했다.

■ "백문이불여일견(百聞不如一見)"

▲ 한국IBM 시스템테크놀러지그룹 최호주 실장이 세미나의 클로징 순서를 맡았다.

한국IBM과 파트너사 스탭들이 준비한 다섯 가지 시나리오로 진행된 OpenPoC가 마무리된 후, 한국IBM STG 최호주 실장이 세미나의 클로징을 위해 연단에 올랐다.

최호주 실장은 "지난 1월 말부터 기획해 한 달 남직 준비했었다. 2시간 동안 시현했는데, 참관객들이 몰입도를 보여줘 나름 성과가 있다고 생각된다. 오기 전에 내가 가서 무엇을 보겠다 생각한 것과, 여기와서 본 것이 부합되는 분이 몇인지 궁금하다. 내용이 달랐다고 생각했다면 어떤 부분을 원했는지 팀원들에게 설명이 요망된다"고 말했다.

이번 OpenPoC 세미나는 개별 제품 소개를 하는 자리는 아니었다. BMT에 쓰인 제품부터가 하이엔드 급 서버여서, DB서버 환경에서 워크로드를 효율적으로 처리하는 것이 주된 테마였다. 다만, 이번에 진행된 시나리오들은 원론적이라는 단서가 붙었다. 장비 가용성은 직접 현업에서 실무 데이터를 가지고 하는 것이 정석이기 때문에 이 자리에서는 제품의 성능을 가늠한다는 의미를 부여하는 게 맞았다.

이와 관련해 최호주 실장은 "이번에 테스트한 것 들고 가서 할 수도 있고, 다른 사양으로 들고 가서 할 수도 있다. eX5를 가지고 고객들 사이트에서 테스트해 보는 것 제안하고 싶다. 이는 영업팀이 지원할 것이다. 직접 해봐야 어떤 것이 도움될지 실질적인 감을 잡을 수 있다. 기술영업팀 입장에서는, 이 정도 서버면 내 업무에 어느 정도 도움될 것인지 감 잡으면 성공했다고 본다"고 밝혔다.