AWS Graviton5搭載のEC2 R9gが一般提供開始。R8g比で最大25%の性能向上
AWSがGraviton5プロセッサを搭載したEC2 R9gとR9gdインスタンスを一般提供開始した。メモリ最適化インスタンスの新世代で、R8gと比較してコンピュート性能が最大25%向上している。
Graviton5はDDR5メモリの高速化、L3キャッシュの5倍拡大、ネットワーク帯域幅の最大2倍化など、複数のハードウェア改良を備える。データベースやインメモリキャッシュなどメモリ集約型のワークロードで効果が大きい。
この記事ではR9gの技術的な変更点、インスタンススペック、移行手順、利用可能リージョンを解説する。
Graviton5がもたらす性能向上の全容
Graviton5プロセッサはGraviton4から複数のハードウェア改良が加えられた。まずコンピュート性能がvCPUあたり最大25%向上している。これは命令処理の効率化と高クロック動作によるものだ。またAWSがこれまでに構築した中で最もエネルギー効率の高いプロセッサでもある。
このデモはGraviton4（R8g）とGraviton5（R9g）の主要スペックを比較している。特にL3キャッシュの5倍拡大とメモリ帯域の高速化がデータ処理の遅延低減に効く。
メモリとキャッシュの大幅強化
メモリはDDR5 8800 MT/sに対応した。Graviton4の5600 MT/sから大幅に高速化されており、AWSのクラウド上で利用可能な最速のメモリ帯域を実現している。これは大量のデータを扱うインメモリキャッシュ・データベースにとって応答時間の短縮に直結する。
L3キャッシュも5倍に拡大された。L3キャッシュとはCPU内部にある高速なメモリ領域で、頻繁にアクセスするデータを一時的に保持する役割を持つ。この容量が増えると、主メモリへのアクセス回数が減り、データ処理の遅延が小さくなる。データ局所性が高いワークロードほど恩恵を受けやすい。
ネットワーク帯域幅とパケット処理の改善
ネットワーク帯域幅とAmazon EBSの帯域幅は、最大サイズのインスタンスで最大2倍に向上した。48xlargeではネットワークが最大100 Gbps、EBSが最大72 Gbpsに達する。またパケット処理性能は最大3倍に改善されている。
さらにR9gとR9gdはInstance Bandwidth Configuration（IBC）に対応している。これはEBSとネットワークの帯域配分を25%単位で調整できる機能だ。データベースやキャッシュなど、帯域要件が特定方向に偏るワークロードで性能を最適化できる。例えばネットワーク処理が少なくディスクI/Oが多いワークロードでは、帯域をEBS側に寄せるといった調整が可能になる。
Nitro Isolation Engineによるセキュリティ強化
すべてのR9gとR9gdインスタンスはAWS Nitro System上で動作する。Nitro Systemは仮想化、ストレージ、ネットワークを専用ハードウェアにオフロードする仕組みだ。これにより仮想マシンのオーバーヘッドが減り、ベアメタルに近い性能と強固なセキュリティ分離を両立できる。
R9gとR9gdにはNitro Isolation Engine（NIE）が搭載されている。NIEはC9gとM9gで今年前半に導入されたコンポーネントで、仮想マシン間の分離を強制する役割を担う。仮想マシンのメモリ、CPUレジスタ状態、I/Oデバイスへのすべてのアクセスを最小限のAPIセットで仲介する。
このデモはNIEが仮想マシンとハードウェアの間に位置し、すべてのアクセスを仲介する関係を示している。分離の保証はソフトウェア的な工夫ではなく、形式的な数学証明によって裏付けられている点が特徴だ。
NIEの特徴は形式検証（formal verification）という手法を活用している点にある。これはハードウェアやソフトウェアが意図通りに動作することを数学的に証明する手法だ。特定のテストケースだけでなく、あらゆる条件下で正しく動作することを保証する。この取り組みにより、Nitroはクラウドハイパーバイザーとして初めて形式検証を受けた存在になった。
形式検証の対象範囲や前提条件などの詳細はAWSのテクニカルホワイトペーパーで公開されている。セキュリティ要件が厳しい金融系ワークロードやマルチテナント環境を扱う場合には、このホワイトペーパーを参照してリスク評価に役立てるとよい。
R9gとR9gdのインスタンススペック
R9gとR9gdはそれぞれ11サイズで提供される。最小のmediumから最大のmetal-48xlまで、幅広い要件に対応する。以下では2つの違いを中心に説明する。
このデモはR9gとR9gdの違いを整理している。NVMe SSDの有無が唯一の差で、用途に応じて選べる。
R9gのスペック
R9gはEBSストレージのみを使用する構成だ。最小のr9g.mediumは1 vCPUと8 GiBメモリ、最大のr9g.48xlargeとr9g.metal-48xlは192 vCPUと1536 GiBメモリを搭載する。ネットワーク帯域幅はmediumから2xlargeまで最大15 Gbps、8xlargeで17 Gbps、12xlargeで25 Gbps、16xlargeで34 Gbps、24xlargeで50 Gbps、48xlargeで100 Gbpsに達する。
EBS帯域幅はmediumから4xlargeまで最大12 Gbps、8xlargeで12 Gbps、12xlargeで18 Gbps、16xlargeで24 Gbps、24xlargeで36 Gbps、48xlargeで72 Gbpsとなっている。データベース用途ではEBS帯域幅が性能のボトルネックになりやすいため、サイズ選定の際はこの値にも注目したい。
R9gdのNVMeストレージ
R9gdはR9gと同じコンピュート性能とネットワーク性能を持ちながら、ローカルNVMe SSDを搭載している。mediumでは59 GB、largeで118 GB、xlargeで237 GBとサイズに応じて容量が増える。最大のr9gd.48xlargeでは3台の3800 GB NVMe SSD（合計11.4 TB）を備える。
ローカルNVMe SSDはEBSと比べてレイテンシが低く、一時的なスクラッチ領域やキャッシュ用途に向いている。オープンソースデータベース、分散リアルタイムビッグデータ分析、大規模インメモリデータベース、大容量キャッシュワークロードで効果を発揮する。
R8gからの移行と始め方
R8gで運用中のワークロードがある場合、R9gへの移行はシンプルだ。多くのアプリケーションでコード変更は不要。同等サイズのR9gインスタンスを選択すれば、そのままより高い性能を得られる。
このデモはR8gからR9gへの移行手順を4ステップで示している。インスタンスタイプを変更するだけで性能が向上するケースが多い。
対応OSとコンテナ環境
R9gはAmazon Linux 2023、Amazon Linux 2、Ubuntu 22.04以降、RHEL 8.4以降、SUSE Linux Enterprise Server 15 SP3以降、Debian 12以降など主要なLinuxディストリビューションに対応する。EC2コンソールからArmベースのAMIを選択すれば、すぐに起動できる。
コンテナワークロードではAmazon EKS、Amazon ECS、標準的なKubernetes環境で動作する。Arm64向けにビルドされたマルチアーキテクチャのコンテナイメージなら変更なしで動く。Dockerイメージをマルチアーキテクチャ対応にしておくと、x86からArmへの移行がスムーズになる。
移行を支援するツール
AWSはGravitonへの移行を支援する複数のリソースを提供している。Graviton Getting Started Guideは構築、実行、最適化の方法をまとめたガイドだ。Graviton Savings Dashboardではコスト削減効果を追跡できる。AWS TransformはJavaアプリケーションをx86からGraviton向けに変換するコード変換を自動化するツールだ。
Javaアプリケーションの場合、依存ライブラリにネイティブコードが含まれているとArm64への移行が難しいことがある。AWS Transformはこうしたコード変換を自動化して移行の手間を減らす。まず小規模なワークロードで試し、問題がないことを確認してから本番移行に進むのが現実的な進め方だ。
料金と利用可能リージョン
R9gとR9gdは米国東部（バージニア北部、オハイオ）、米国西部（オレゴン）、欧州（フランクフルト）の各リージョンで利用できる。日本国内のリージョン（アジアパシフィック東京）では現時点で提供されておらず、今後の展開が待たれる。
購入オプションはSavings Plans、On-Demand、Spot Instances、Dedicated Instances、Dedicated Hostsから選択可能だ。長期運用する場合はSavings Plans、一時的なバッチ処理やテスト用途ではSpot Instancesがコスト効率に優れる。料金の詳細はAmazon EC2の料金ページで確認できる。
インスタンスサイズや購入オプションによって価格が異なるため、ワークロードに合わせて最適な組み合わせを選ぶことが重要だ。特にR8gと比較した場合、同じサイズでも性能が向上しているため、より小さなサイズに移行してコストを削減できる可能性もある。
この記事のポイント
- AWS Graviton5搭載のEC2 R9gとR9gdが一般提供を開始した
- R8g比でコンピュート性能が最大25%向上し、エネルギー効率も改善
- DDR5 8800 MT/sメモリとL3キャッシュ5倍拡大でデータ処理が高速化
- Nitro Isolation Engineにより形式検証されたセキュリティ分離を実現
- R9gはEBSのみ、R9gdはローカルNVMe SSDを搭載した構成
- R8gからの移行はコード変更不要のケースが多く、Arm64対応イメージでそのまま動作
・ 複数業界における17年間のデジタルビジネス開発経験
・ ウェブサイト開発のためのHTML、PHP、CSS、JavaScript等の実用的知識
・ 15ヶ国語対応の多言語SaaSの開発経験
・ 17年間にも及ぶ、Eコマース長期運営経験
・ 幅広い業界でのSEO最適化の豊富な経験
海田 洋祐
・ 複数業界における17年間のデジタルビジネス開発経験 ・ ウェブサイト開発のためのHTML、PHP、CSS、JavaScript等の実用的知識 ・ 15ヶ国語対応の多言語SaaSの開発経験 ・ 17年間にも及ぶ、Eコマース長期運営経験 ・ 幅広い業界でのSEO最適化の豊富な経験