Exadataの概要

Oracle Exadata Database Machine (Exadata)は、Oracle Databaseの実行に特化したコンピューティングおよびストレージ・プラットフォームです。Exadataの目標は、あらゆるレベルでハードウェアとソフトウェアを最適化および統合し、データベース・アルゴリズムとインテリジェンスをストレージとネットワークに移行することで、従来の汎用サーバーのレイヤーを回避し、より高いパフォーマンスと可用性を低コストで実現することです。

Exadataは、スケールアウト・データベース・サーバー、スケールアウト・インテリジェント・ストレージ・サーバー、超高速ネットワーク、メモリアクセラレーター、NVMeフラッシュ、そして幅広いシェイプと価格帯の専用Exadataソフトウェアを含む、ハードウェアとソフトウェアのプラットフォームです。Exadataストレージは、高性能サーバーでデータを保存し、共有ストレージ層で直接、データ集約型のデータベース処理のためにExadataソフトウェアを実行します。

沿革

Exadataは、2008年にオラクルのEngineered Systemsファミリー初の製品として登場し、企業データセンターでプライベート・クラウドとして使用されるようになりました。2015年10月には、Exadataはサブスクリプション・サービスとしてオラクル・パブリック・クラウドで利用可能になり、Exadata Cloud Serviceとして知られるようになりました。その後、2022年にExadata Cloud Infrastructureにブランド変更され、Exadata Database ServiceとAutonomous Databaseの両方のクラウド・サービスがサポートされるようになりました。

Exadata Cloud Infrastructure上のExadata Database ServiceでデプロイされたOracle Databasesは、オンプレミスのExadataでデプロイされたデータベースと100%互換性があるため、お客様はアプリケーションの変更なしでOracle Cloudに移行することができます。ハードウェア、ネットワーク、Linuxソフトウェア、Exadataソフトウェアを含むこのサービスはオラクルが管理し、データベースはお客様が完全に制御できます。

2017年初頭には、Exadataの導入方法として3つ目の選択肢が提供されるようになりました。Exadata Cloud@Customerは、オンプレミス（お客様のファイアウォール内）に導入され、オラクル・クラウドのエキスパートによって管理されるExadata Cloud Infrastructureです。Exadata Cloud@Customerはオラクルが所有・管理し、お客様は従量制のサブスクリプションを通じてご利用いただけます。Oracle Cloud@Customerプログラムは、オラクルのパブリック・クラウドのメリットをすべて提供しながら、ネットワーク遅延、セキュリティ、および規制などの潜在的な懸念に対処します。

2018年、オラクルはOracle Autonomous Databaseを発表しました。これは、自律運転、自己保護、自己防衛が可能なクラウドベースのデータベースで、管理コストを削減しながら、ミッションクリティカルな可用性とセキュリティを提供します。Oracle Autonomous Databaseは、Exadata Cloud InfrastructureとExadata Cloud@Customerの両方でご利用いただけます。

2019年には、Exadata X8Mがリリースされ、2つの主要な技術革新である永続性メモリ（PMem）とRDMA（Remote Direct Memory Access）over Converged Ethernet（RoCE）が追加され、Exadataのパフォーマンスが強化されました。Oracle Exadata X8Mは、データベースから直接RDMAを使用してスマート・ストレージ・サーバーの永続性メモリにアクセスします。つまり、OS、I/O、およびネットワーク・ソフトウェア・スタックをすべて迂回できます。これにより、レイテンシが低減し、スループットが向上しました。

2023年にはExadata X10Mがリリースされました。永続メモリのベンダー環境が変化したため、永続メモリをストレージの新しいメモリ・アクセラレーション層であるExadata RDMAメモリ（XRMEM）に置き換えました。また、すべてのExadataサーバーにAMDプロセッサを組み込むことで、使用可能なコンピュート・コア数が大幅に増加しました。

Exadataのユースケース

Exadataは、Oracle Databaseワークロードまたはワークロードの組合せ（分析処理と同時に実行されるOLTPアプリケーションなど）を最適に実行するように設計されています。従来は専用データベース・サーバーで実行されていたデータベースを統合するために、このプラットフォームが使用されることが良くあります。Exadataのスケールアウト・アーキテクチャは、コンピューティング要件が動的に増減するOracle Cloudでの実行にまさに適しています。

従来、データベース専用コンピューティング・プラットフォームは、データウェアハウスなど特定のワークロード向けに設計されており、OLTPなどの他のワークロードには不向きで、使用できない場合もありました。Exadataは、あらゆるデータベース・ワークロード向けに最適化されており、混合ワークロードがシステム・リソースを公平に共有できるように実装されています。Exadata Resource Managementの機能では、システム・リソースの割当てに自動的に優先順位が付けられます。たとえば、同じデータにアクセスしている場合でも、レポートやバッチ処理よりも対話型ユーザー向けのワークロードが優先されます。

データウェアハウス、レポート、バッチジョブ、および分析にありがちな長時間かかるリクエストは、従来の非Exadataデータベース・サーバーと比較して何倍も高速に実行されます。多くの場合、お客様は10倍以上のパフォーマンス向上を報告されています。分析処理では、Exadata上のOracle Database In-Memoryオプションを使用してさらに高速化することもできます。また、Exadata上のインメモリ・データベースの拡張機能により、DRAMの容量よりも何倍も大きいフラッシュメモリの利点を活用できるようになりました。Exadataの、Hybrid Columnar Compression機能は、データウェアハウスおよびアーカイブ・データのストレージ消費を削減し、I/Oの量を減らすことでパフォーマンスを向上させることを目的としています。

XRMEM (メモリ・アクセラレーション) とフラッシュ・メモリのExadataストレージ階層への組み込み、およびXRMEM、フラッシュ、ディスクストレージ間でのデータの自動階層化により、Exadata上のトランザクション (OLTP) ワークロードではメリットが得られます。特別なアルゴリズムにより、ログ書き込みなどの応答時間重視のデータベース操作が最適化されます。最も負荷の高いOLTPの場合、オールフラッシュ・ストレージはディスクメディアのレイテンシを完全に排除します。

Exadataの設計コンセプト

Exadataの設計をよりよく理解するために、個別のハードウェアおよびソフトウェアコンポーネントが独立して動作する、従来のデータベース・コンピューティング・プラットフォームと比較してみましょう。

汎用目的の従来のコンピューティング・プラットフォーム

一般的なデータベース・コンピューティング・プラットフォームを構成するハードウェア・コンポーネントは、ネットワークを介してストレージ・アレイに接続されたデータベース・サーバーです。データベース・ソフトウェアはデータベース・サーバー上で実行され、ネットワークを介してストレージ・アレイとの間でデータの送受信を行います。ハードウェア・コンポーネントは、標準のソフトウェア・プロトコルを使用して相互に通信します。汎用コンピューティング・プラットフォームが、さまざまなベンダーの多種多様なワークロード、ソフトウェア、ハードウェアを実行できるのは、標準インターフェースによるこの分離のおかげです。すべてのアプリケーション・ロジックとデータ処理は、データの送信先であるデータベース・サーバーで実行されます。このアプローチでは幅広いソフトウェア・アプリケーションにコンピューティング・プラットフォームを使用できますが、特定のアプリケーションに対しては最適化されません。

Oracle DatabaseはExadataのフォーカス

Exadataの目標は、Oracle Database向けに最適化されたソフトウェアとハードウェアの完全なスタックを作成し、処理を最適な場所で実行することです。ExadataはOracle Databaseリクエストのみを処理するため、すべてのソフトウェア層でその特化された機能を活用することができます。ハードウェア設計においては、非常に高速なイーサネット・ネットワーキング、専用DRAMキャッシュ (XRMEM) 、フラッシュ・ストレージなどのテクノロジーがアーキテクチャに統合されており、Oracle Databaseアプリケーションに最大限のメリットをもたらします。データベースにとってデータ・ストレージが重要であることを踏まえ、Oracle Exadataはプラットフォームのその面の最適化に特に重点を置いています。

Exadataはストレージ層に独自のテクノロジーを採用しており、Oracle Databaseのリクエストを容易にスケールアウトおよび並列化することができます。また、Exadata Storage Serverにフラッシュ・メモリとXRMEMを追加することで、ストレージ層におけるパフォーマンスの最適化の可能性が大きく広がります。例えば、フラッシュ・ストレージのパフォーマンスと容量が急速に増加するにつれ、従来のデータベース・プラットフォームではネットワークがボトルネックになる可能性がありますが、Exadataではデータベース処理をExadata Storage Serverにオフロードすることで、この問題を回避することができます。Exadataストレージ層にXRMEMが追加されたことで、従来のプラットフォームの限界がさらに顕著に明らかになりました。

データベース・インテリジェンスをストレージに追加

Exadataが考案された当時、オラクルは数十年にわたるデータベース・ソフトウェアの開発経験から、従来のコンピューティング・プラットフォームの限界やパフォーマンスのボトルネックを十分に認識していました。Exadataの目標を達成するために、オラクルはOracle Databaseのリクエストを容易にスケールアウトおよび並列化できるストレージ層を必要としていました。また、ストレージが単にデータを保存・送信するだけでなく、データベースのリクエスト処理に貢献できる可能性を認識していました。たとえば、少数のレコードを検索するためにデータベース表全体をネットワーク経由でデータベースサーバーに送信するのではなく、このようなデータ・フィルタリングをストレージで実行して、結果のレコードのみをネットワーク経由で送信できます。

要約すると、オラクルは、インテリジェントなデータベースソフトウェアを実行し、ストレージ・アレイとして機能する強力なサーバーの必要性を認識しました。また、データベースの成長に合わせて容量とパフォーマンスを簡単に拡張できるモジュール設計であることも重要でした。データベースサーバーと協力してデータベース・リクエストを実行できる「データベース対応」のストレージ・サーバーを構築することは、Exadataをオラクルデータベースに最適なものにすることによって可能になり、必須の取り組みとなりました。

従来のストレージ・アレイに代わるものとしてオラクルが開発したデータベース対応のExadata Storage Serverは、Exadataの基盤です。

フルスタック全体で最適化

Exadata の効果を最大限に高めるために、オラクルはプラットフォームのソフトウェアとハードウェアの両方の構成要素を制御しています。これにより、緊密に統合された協調的な改良を、必要な時に、必要な場所で加えることができます。

Exadataが考案されたとき、オラクルはすでに幅広いソフトウェア製品ポートフォリオを擁しており、Oracle Linuxオペレーティング・システム、ストレージ管理ソフトウェア、監視および管理ツール、仮想マシン・ソフトウェア、Oracle Databaseおよびオプション・ソフトウェアなど、データベース・プラットフォームの実行に必要なソフトウェア・レイヤーのほとんどが網羅されていました。

Exadataの初期2008リリース（V1）は、オラクル（ソフトウェア）とHewlett-Packard （ハードウェア）の共同開発でした。Exadataの第2世代（V2）は、ハードウェアがSun Microsystems製に切り替わり、その後まもなくオラクルがSun Microsystemsを買収したため、Exadataの主要なハードウェア・コンポーネントの所有権はオラクルに移りました。

Exadataの主要ハードウェア・コンポーネントを所有することで、オラクルはOracle Databaseのために最適化されたコンピューティング・プラットフォーム全体を開発できるようになります。お客様にとってのもう一つの利点は、複数のベンダーによるハードウェアとソフトウェアのコンポーネントで構成される従来のコンピューティング・プラットフォームでは不可能であった、単一のベンダーによるExadataプラットフォーム全体のサポートが可能になることです。

Exadata Smart Software

トレージへのオフロード - データスキャン、テーブル結合、行や列のフィルタリングなど、データ集約型のデータベース操作をExadata Storage Server内で実行することを指します。操作の説明のみを送信し、フィルタリングされた結果を取得することで、データベース・サーバとストレージ・サーバ間のネットワーク・トラフィックを大幅に削減します。これにより、データ集約型の操作においてストレージ・サーバーとデータベース・サーバー間で大量のデータを送信する必要があった従来のアーキテクチャにおける、ネットワークのボトルネックを回避できます。Exadataストレージは標準サーバ上に構築されており、データベース・サーバーと連携してデータベース機能をストレージI/Oと同時に実行できるため、オフロードが可能です。その後、徐々に多くのデータベース機能とデータタイプがオフロードされるようになりました。また、Exadataストレージがビジー状態にある場合は、「逆オフロード」によって操作がデータベース・サーバーにプッシュバックされます。

ストレージ索引 - 比較的小さいストレージ領域内の列値を追跡することによって、I/Oを回避できます。ストレージ索引は、Exadata Storage Serversで自動的に維持され、メモリに保持されます。ストレージ索引が、ある領域へのI/Oに一致する値がないことを示すと、そのI/Oは回避されるため、パフォーマンスが大幅に向上します。当初、ストレージ索引は少数の列内の値の範囲を追跡していました。その後、より多くの列とより高度な値の追跡が追加され、さらに多くの種類のI/O操作を回避できるようになりました。

フラッシュおよびXRMEMキャッシュ - フラッシュおよびDRAMの低レイテンシ（高速レスポンス）を実現しながら、大規模なデータベースの格納には低コストのディスクを使用することで、最高のI/Oパフォーマンスを最低コストで実現します。一般的に、一度にアクティブになるデータベースの割合はわずかです。たとえば、アクティブなデータのみをフラッシュに格納すれば、I/Oパフォーマンスはオールフラッシュストレージと同等になり、コストは大幅に削減されます。Exadataは、現在のワークロードを監視し、最もアクティブなデータをフラッシュまたはXRMEMに最適な形式で保持します。たとえば、Exadataは、I/OIがデータベース・バックアップの一部であり、アクティブなデータ・ブロックを示すものではないと認識しますが、従来のストレージ・アレイでは、I/Oはすべてホット・ブロックとして認識されます。フラッシュ・キャッシュは、分析に使用されるデータに対して、フラッシュ内で列を列形式に再フォーマットします。当初、フラッシュ・キャッシュはデータの読み取りのみに使用されていましたが、その後、ログ書き込みやその他の書き込み I/O にも対応できるよう拡張されました。フラッシュ・キャッシュは、Oracle Database In-Memory の列指向データストアの拡張機能としても使用され、DRAM の容量のみでなく、はるかに大規模なインメモリ・データベースを実現します。XRMEM は、ストレージにさらに高速なキャッシュを追加し、1秒あたりの I/O(IOPS)とレイテンシを大幅に改善します。

ハイブリッド列圧縮（HCC） - データ・ウェアハウスなど、更新頻度の低いデータによって消費されるストレージの量を削減します。データが膨大なサイズに増える可能性のある場合に特に有用です。従来のデータ圧縮アルゴリズムでは2倍から4倍の圧縮率でしたが、列形式の圧縮性はより高いため、HCCでは平均10倍から15倍の圧縮率を実現しています。I/Oの量が大幅に削減されることで、パフォーマンスも大幅に向上します。当初、HCC表は行レベルのロックをサポートしていなかったため、OLTPアプリケーションでの使用に限られていました。2016年には、Exadata上のHCCに、行レベルのロックのサポートが追加され、HCCデータを使用する混合ワークロードのパフォーマンスが向上しました。HCCのハイブリッド形式により、Exadataは列のみのデータベースのパフォーマンス低下を回避できます。

リソース管理 - CPU、I/O、ネットワーク帯域幅などのExadataシステムリソースを、優先順位に基づいてデータベース、アプリケーション、ユーザーに割り当てます。Exadataに多数のデータベースを統合する場合、リソース管理により、適切なサービス品質が確保されます。I/Oリソース管理は、ExadataのV1で初めて導入されました。ネットワーク・リソース管理は、Exadata X4で追加されました。

インメモリデータベース - データベースサーバー上のDRAMを活用し、分析ワークロードに卓越したパフォーマンスを提供します。これは、Exadata のストレージとネットワークへの重点的な取り組みを補完するものです。Oracle Database In-Memoryは、2014年にExadataで利用可能になりました。高速な内部ネットワークを活用し、インメモリ・フォルト・トレランスを実現します。より大規模なインメモリデータベースをサポートするために、Exadata Storage Serverは、データベースサーバー上で実行されるインメモリ処理の拡張機能として、Exadataフラッシュにインメモリ・ルーチンとインメモリ・データフォーマットを実装しています。

スマート・ソフトウェアの拡張機能

ソフトウェアの強化機能の詳細なリストは以下の通りです。強化機能は、分析またはOLTPワークロードへのメリット、およびデータベースの可用性とセキュリティへの影響別に分類されています。従来のプラットフォームでは、システム・ソフトウェアやAPIの変更、データベース・ソフトウェア、オペレーティング・システム、ネットワーク、ストレージの統合が必要となるため、同様の機能強化は実現できません。

データベース・ソフトウェア

Exadata X10Mデータベース・サーバーは、Oracle Linux 8オペレーティング・システム、Oracle Database 19c Enterprise EditionおよびOracle Database 21c Enterprise Editionを実行します。Exadataシステム・リソースは、オプションでKVMベースのオラクルのハイパーバイザを使用して仮想化できます。Exadataでは、Real Application Clusters、Multitenant、Database In-Memory、Advanced Compression、Advanced Security、Partitioning、Active Data Guardなど、すべてのOracle Databaseオプションが使用できます。

サポートされているバージョンのOracle Databaseで動作保証されているアプリケーションは、Exadataと自動的に互換性があります。追加の変更や認証は必要ありません。オンプレミスのExadataで実行できるデータベース・ソフトウェアは、Exadata Cloud InfrastructureおよびExadata Cloud@Customerでも実行できます。また、オンプレミスのソフトウェア・ライセンスは、オラクルのパブリック・クラウドまたはExadata Cloud@Customerにそのライセンスを移行（BYOL）できます。Oracle Autonomous Databaseは、Exadataクラウド・プラットフォームでのみ使用できます。

ネットワーキング

Exadataは、内部および外部接続用の高速ネットワークを提供します。データベース・サーバーとストレージ・サーバーの間の内部接続に100ギガビット/秒 (100 Gbit/s) のRDMA対応イーサネット・ファブリックを使用します。このファブリックは、データベース・クラスタ内のノード間の通信トラフィックも提供します。外部クライアント接続には、100、25、10 Gbit/sのイーサネット・ポートが利用可能です。

Exadataは、イーサネットファブリック上でデータベースに特化したカスタム設計のプロトコルを使用することで、より高いパフォーマンスを実現しています。また、コンバージド・イーサネット(RoCE)上のリモート・ダイレクト・メモリ・アクセス(RDMA)を幅広く活用することで、サーバー間でデータを移動する際のオペレーティングシステムのオーバーヘッドや余分なコピーを回避し、効率性を向上させています。Exadataは、データベースがRoCEネットワークカードと直接通信できるDirect-to-Wireプロトコルも備えています。

Exadata は、ネットワーク全体で重要なトラフィックを優先するために、ネットワークリソース管理機能におけるRoCE (RDMA over Converged Ethernet) サービスクラスを活用します。この機能では、Oracle Databaseソフトウェアが、トランザクションのコミット、ロックメッセージ、対話型ユーザーによるI/O操作など、低レイテンシを必要とするネットワークメッセージにタグ付けし、レポートやバッチ処理などの、それほど重要ではない高スループットのワークロードによって生成されたメッセージよりも優先します。その結果、サイレンを鳴らした緊急車両が交通渋滞を迅速に抜けられるのと同様に、優先度の高いネットワーク・メッセージは、優先度の低いメッセージを迂回して、サーバー、ネットワーク・スイッチ、およびストレージ・キューの先頭に配置されます。これにより、応答時間が短縮され、より予測可能になります。

管理ソフトウェア

Oracle Enterprise Manager (EM) は、オンプレミスの従来の構成で導入された Exadata システムのすべてのハードウェアおよびソフトウェア コンポーネント（データベース・サーバー、ストレージ・サーバー、ネットワーク・スイッチなど）の単一の統合ビューを提供し、それらの上で実行されている操作を監視します。EMは、組込みのExadata管理ツール、およびお客様の既存のシステム管理ツールやヘルプデスク・ツールと統合されます。

Exadata Cloud InfrastructureとExadata Cloud@CustomerプラットフォームはOracle Cloud Infrastructureによって管理されますが、データベース・サーバー上で稼働するソフトウェアとデータベースの制御と管理は、お客様が行います。Oracle Databaseのライフサイクル管理は、プロビジョニング、更新、拡張、バックアップなど、Cloud Control Planeを通じて利用できるWebブラウザ、コマンドライン・インターフェイス（CLI）、またはREST APIによる自動化機能を使用して実行されます。

ハードウェア

Exadata X10M以前のExadataには、2ソケット・データベース・サーバーをベースとするモデルと、8ソケット・データベース・サーバーをベースとするモデルの2種類がありました。Exadata X10Mデータベース・サーバーではAMDプロセッサが導入されたことで、1ソケットあたりのコア数が増加したため、8ソケットのExadataモデルは廃止されました。これにより、Exadata X10MではExadataのハードウェアモデルは1種類のみとなり、名称の末尾の-2と-8は削除されました。

最新世代のExadataであるX10Mは、2023年6月に発表されました。X10Mデータベース・サーバーおよびストレージ・サーバーは、2ソケットAMD EPYCTMプロセッサを使用する2ラック・ユニット（RU）フォーム・ファクタを使用し、それぞれソケット当たり96コアおよび32コアを使用します。これまでの2ソケットExadata世代では、1 RUのデータベース・サーバーが使用されていました。X10Mでは、AMDプロセッサのパフォーマンスが向上したことで、データベース・サーバーの通気と冷却を改善する必要があるため、より広いスペースが必要となります。データベース・サーバーのメモリは512ギガバイト（GB）から始まり、3テラバイト（TB）まで拡張できます。

X9M-2計算サーバーには、高さが1 RU（ラック・ユニット）の小さいフォーム・ファクタがあります。2ソケットのIntel Xeonプロセッサを採用しており、各ソケットには32個のコンピュート・コアが、コンピュート・サーバーには合計64個のコアがあります。メモリは512ギガバイト（GB）から始まり、2テラバイト（TB）まで拡張できます。

Exadata Database Machineの基本構成は、2台のコンピュート・サーバーと3台のストレージ・サーバーで構成され、クォーターラックと呼ばれます。同じハードウェアをハーフラック構成で利用することもでき、処理能力とストレージ容量は半分になります。データベースの負荷やデータサイズが増加した場合は、ExadataのElastic Configurationを使用して、追加のコンピュート・サーバーやストレージ・サーバーを追加し、並列処理の作業量を増やすことができます。

Exadata Database Machineの基本構成は、データベース・サーバー2台とストレージ・サーバー3台で構・され、クォーターラックと呼ばれます。データベースの負荷やデータサイズが増加した場合は、ExadataのElastic Configurationを使用して、追加のデータベース・サーバーやストレージ・サーバーを追加し、並列処理の作業量を増やすことができます。マルチラックExadata構成は、単一ラックを超える非常に大規模なワークロードをスケーリングするために使用できます。

Exadata Storage Server

Exadataストレージ・サーバーには、Extreme Flash(EF)、High Capacity(HC)、Extended(XT)の3つの選択肢があります。X10M Extreme Flash Storage Serverは、パフォーマンス最適化NVMeフラッシュドライブ4台と容量最適化NVMeフラッシュドライブ4台を搭載したオールフラッシュストレージで、Exadata Smart Flash Cacheとして27.2 TB、生のフラッシュストレージ容量として122.9 TBを提供します。各ストレージ・サーバーには、Flash Cacheの前に配置されたアクセラレーション層として、1.25 TBのXRMEMが搭載されており、パフォーマンスをさらに向上させます。

X10M High Capacity Storage Serverには、22 TBのディスクドライブが12台搭載されており、合計264 TBの未加工ディスク容量、27.2 TBのNVMe Exadata Smart Flash Cache、1.25 TBのExadata RDMA Memoryが含まれています。Exadata Smart Flash Cacheは、Exadata Smart Storage Softwareによって自動的に管理されます。

X10M拡張ストレージ・サーバーには、22 TBのディスクが12台搭載されており、合計264 TBの未加工ストレージ容量がありますが、フラッシュストレージやXRMEMは搭載されていません。拡張ストレージ・サーバーは、Exadata Storage Server Softwareのライセンスなしで構成することができます。このストレージオプションは、オンラインで保持する必要があるものの、アクセス頻度が低いデータに対して、Exadataの運用および管理上のメリットを拡張します。

ストレージ・サーバーをExadata Database Machine Quarter Rack構成に追加するだけでなく、ストレージ・サーバーをExadata Storage Expansionラックとともに購入したり、追加したりすることもできます。

EFおよびHCストレージ・サーバーを搭載したQuarter Rack Exadata X10M構成の性能仕様は以下のとおりです。

表1.2台のデータベース・サーバーおよび3台のストレージ・サーバーのクォータ・ラック構成に基づく最大パフォーマンス。

注: SQLからのIOPS = 8K I/O操作数/秒

共有ストレージによるメモリレベルのパフォーマンス

従来のデータベース・プラットフォームの設計者は、システムの設計に影響を与えるテクノロジーの変化に常に対応する必要がありました。彼らの目標は、ストレージの出力がネットワークを通過し、遅延なくデータベースサーバーによって処理されるよう、ボトルネックを排除することでした。不均衡を解決するには、通常、より高速なネットワーク接続やデータベースサーバーを追加する必要があります。これは、超高速のPCIeフラッシュメモリやNVMeフラッシュインターフェースが登場する前の話です。

フラッシュメモリは2010年頃から企業コンピューティングの主流となり始め、ハードディスクの前のキャッシュとして、あるいはディスクの完全な代替品として使用されるようになりました。それ以降、フラッシュの容量と性能は毎年大幅に向上しています。2017年には、最先端のフラッシュ性能が限界を超え、最も進化したネットワークでもフラッシュの性能に追いつけず、深刻なボトルネックとなりました。例えば、480枚のフラッシュカードを搭載した一般的なオール・フラッシュ・ストレージ・システムのデータスループットはわずか37.5 GB/秒ですが、ネットワークのボトルネックがなければ、同数のフラッシュカードで2,600 GB/秒以上のデータスループットが得られるはずです。そこで、Exadataのストレージにオフロードして、ネットワーク経由でデータを送信する前にストレージで不要なデータをフィルタリングすることで、このネットワークのボトルネックを回避できます。フラッシュよりも高速なXRMEMの追加により、Exadataのオフロードの価値はさらに高まります。従来のデータベース・サーバにフラッシュを直接追加すると、ネットワークのボトルネックは解消されますが、複数のデータベース・サーバでストレージを共有する機能も失われます。Exadataでは、このような制限はありません。

ハードウェア仕様

柔軟な構成

X5-2世代以前のExadataシステムは、8分の1ラック、4分の1ラック、2分の1ラック、フルラックの固定サイズ構成のみでした。2015年1月にリリースされたExadata X5-2では、柔軟な構成が導入されました。柔軟な構成では、データベースサーバーとストレージ・サーバーを顧客が指定した組み合わせで使用でき、物理的なラックが一杯になるまで、クォーターラック構成にストレージ・サーバーやデータベースサーバーを個別に追加することができます。データベースサーバーとストレージ・サーバーの比率は、対象となるワークロードの特性に応じて変更できます。例えば、インメモリデータベース処理用に最適化されたExadataシステムでは、最大メモリを搭載したデータベースサーバーを多数追加できます。逆に、大規模データウェアハウス向けに最適化されたExadataシステムでは、多数のHigh-Capacityストレージ・サーバーを追加することができます。また、最新の互換サーバーを使用して、初期世代のExadataシステムのスケールアウトを行うために、柔軟な構成を使用することもできます。さらに、Exadata Database Machineは、内蔵のネットワークファブリック接続を使用して、常に複数のラックにまたがって配置することが可能です。このように、Exadataのスケールアウトは単一の物理ラックを超えて拡張されます。

Exadataの進化

オラクルは、12~24ヶ月ごとにExadataの新世代をリリースしています。リリースごとに、オラクルはハードウェア・コンポーネントの大部分を最新のCPUプロセッサ、メモリ、ディスク、フラッシュ、およびネットワーク技術に更新しています。こうしたハードウェアの更新により、リリースごとにパフォーマンスが向上しています。Exadataソフトウェアの革新は、各世代ごとに、またその合間にも定期的に提供されており、一貫してパフォーマンス、可用性、セキュリティ、管理、およびワークロードの統合を強化しています。

Exadataの進化は、各世代で導入されたイノベーションを通じて最もよく理解することができます。

2008年にリリースされたExadata V1データベースにストレージのフル・スループットを提供することで、データ・ウェアハウジングを高速化することを目的としていました。Exadataは、すべてのデータをデータベースサーバーに送信してそこでフィルタリングするのではなく、データベースのフィルタリング操作をストレージに移動することでこれを実現しました。この機能はExadata Smart Scanと呼ばれています。Exadata V1は、IORM(I/Oリソースマネージャー)と呼ばれる、データベースまたはワークロード間でI/O帯域幅を割り当てるための統合機能もサポートしていました。Exadata V1は、フルラックまたはハーフラックサイズで提供され、ストレージ・サーバーには、ディスクドライブをベースとした高性能または大容量のストレージ・サーバーを選択することができました。Exadataの内部ネットワークファブリックは、InfiniBandテクノロジーをベースとしていました。

2009年にリリースされたExadata V2では、クォーターラック構成が追加され、フラッシュストレージとデータベース対応フラッシュキャッシングによるOLTPワークロードのサポートが追加されました。

また、Exadata V2では、大規模データウェアハウスで消費されるストレージの容量を削減するハイブリッド列圧縮も導入されました。

Exadata V2のストレージ索引は、ストレージ・サーバーがその領域内の値を認識しているため、ストレージの全領域を読み取る必要がなくなり、パフォーマンスが向上しました。

2010年には第3世代のExadata X2-がリリースされ、Exadataの2番目のモデルであるExadata X2-8が発表されました。X2-8およびその後の8ソケットExadataモデルでは、大容量メモリとスケールアップのワークロードを対象としたプロセッサが採用されました。このリリースでは、キャッシュ以外のフラッシュストレージの使用がスマート・フラッシュ・ロギング機能とともに開始されました。また、10ギガビット/秒(Gb/秒)イーサネット・クライアント接続のサポートも追加されました。

Exadata X2-2では、プロセッサベースのハードウェア暗号化機能が組み込まれたことで、暗号化によるデータセキュリティが強化され、ソフトウェア暗号化のパフォーマンス・オーバーヘッドが大幅に削減されました。

2011年には、急速に拡大する大規模なデータウェアハウスやアーカイブデータベースに対応するために、Exadata X2-2をベースとしたストレージ拡張ラックが追加されました。それ以降のすべてのExadata世代には、新しいストレージ拡張ラックが含まれています。

Exadata X3-2 and X3-8は2012年にリリースされ、新しいエントリーレベル構成であるEighth Rack X3-2が含まれていました。フラッシュストレージ容量は4倍に増加し、ライトバック・フラッシュ・キャッシュ機能により、OLTP書き込みスループットは20倍に増加しました。

可用性向上のための機能が多数追加され、低速または故障したストレージメディアを回避できるようになり、ストレージ・サーバーの電圧低下の持続時間を短縮し、故障したディスクの交換を簡素化しました。

Exadata X4-2は2013年にリリースされました。フラッシュ容量は2倍になり、フラッシュ圧縮が追加されたことで、実質的に容量が再び2倍になりました。ネットワークリソース管理が導入され、重要なメッセージが自動的に優先されるようになりました。アクティブ/アクティブ接続のサポートにより、InfiniBandの帯域幅が実質的に2倍になりました。

Exadata X4-8は2014年にリリースされ、すべての後続モデルに、容量オンデマンドライセンス、I/Oレイテンシ上限、タイムアウトしきい値が追加されるようになりました。

Exadata X5-2およびX5-8は、2015年に大幅な機能強化とともにリリースされました。フラッシュとディスク容量は2倍に拡張され、サーバーを1台ずつ拡張できる柔軟な構成が導入されました。仮想化がExadataのオプションとして追加され、仮想マシン内の柔軟なライセンス管理を実現するTrusted Partitionsも追加されました。Exadataストレージ上のデータベースのスナップショットにより、効率的な開発とテストが可能になりました。Exadata上のOracle Database In-Memoryにフォルト・トレランス冗長性が追加されました。High Performance Exadataストレージ・サーバーがオールフラッシュ（Extreme Flash）ストレージ・サーバーに置き換えられ、ExadataはNVMeフラッシュ・インターフェースを採用した最初の主要ベンダーとなりました。列フラッシュ・キャッシュが導入され、分析データをフラッシュ内で自動的に列形式に再フォーマットできるようになりました。IPv6サポートが完了しました。Exadata Cloud ServiceがOracle Cloud上で開始されました。

Exadata X6-2およびX6-8は2016年にリリースされ、フラッシュ容量が2倍に増加しました。Exafusion Direct-to-Wireプロトコルはクラスタ内のメッセージングのオーバーヘッドを削減し、Smart Fusion Block Transferはデータベース・ノード間でブロックを転送する際のREDOログの書き込み遅延を排除しました。Exadata Cloud@Customerが登場し、企業データセンター内でOracle Cloudのメリットを利用できるようになりました。

2017年にはExadata X7-2およびX7-8がリリースされました。フラッシュ容量が2倍に増加しました。フラッシュ・カードはオンライン交換用のホットプラグ対応となりました。10テラバイト(TB)のディスク・ドライブが25 Gb/秒のイーサネット・クライアント接続とともに登場しました。Oracle Database In-Memoryの処理がフラッシュ・ストレージに拡張され、ストレージ・サーバーのDRAMがより高速なOLTPのために利用されるようになりました。

Exadata X8-2およびX8-8が2019年4月にリリースされました。アクセス頻度の低いデータを低コストで保存するために、Exadata Storage Server Extended (XT) が導入されました。Exadataストレージ・サーバーのコンピューティングコアが60%増加し、14テラバイト(TB)のディスクドライブが登場しました。CPU、ネットワーク、メモリを自動的に監視し、処理の停滞、メモリリーク、不安定なネットワークなどの異常を検知し、索引を自動的に作成(自動索引)、再構築、または削除する機械学習アルゴリズムが追加されました。また、オプティマイザ統計はDMLの実行時にリアルタイムで収集されるようになりました。セキュリティ強化のため、システムソフトウェアへの承認されていない変更が行われた場合に検知して警告する、Advanced Intrusion Detection Environment (AIDE) が追加されました。

Exadata X8M-2およびX8M-8 が2019年9月にリリースされました。Exadata Storage ServersにIntel Optane DC Persistent Memoryが追加され、また、RoCE (RDMA over Converged Ethernet)に基づく新しい100Gビット/秒内部ネットワーク・ファブリックが以前のInfiniBandファブリックに置き換えられたことで、パフォーマンスが大幅に向上しました。これらの変更により、読み取りI/Oスループットは2.5倍に向上し、I/Oレイテンシは10分の1に短縮されました。さらに、新しいKVMハイパーバイザーがXenハイパーバイザーに置き換わり、ゲストVMで利用可能なメモリの量が2倍になりました。

Exadata X9M-2およびX9M-8 は2021年9月にリリースされました。最新世代のIntel Optane Persistent MemoryとPCIe Gen 4が搭載され、前世代と比較して大幅なパフォーマンス向上が実現しました。OLTPの読み取りI/Oスループットはさらに1.6倍に向上し、1 TB/秒のSmart Scanの閾値を1つのラック内で超えられるようになりました。

Exadata X10Mは、2023年6月に、1ソケットあたり96コアのデータベースサーバーを搭載したAMDプロセッサをベースとする2ソケット専用モデルとしてリリースされました。コア数とメモリ容量が大きいため、8ソケットのExadataモデルは不要になりました。永続メモリは、DRAMをベースとするExadata RDMAメモリに置き換えられました。ディスクストレージ容量とオールフラッシュストレージ容量が増加しました。データベースサーバーは、空気の流れと冷却を改善するために、1 RUから2 RUにサイズが拡大されました。