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NVIDIA CMXとは？KVキャッシュ専用の共有ストレージ階層「G3.5」の仕組みを解説

AIインフラ
NVIDIA CMXは、LLMのKVキャッシュだけを置くための共有ストレージで、ローカルSSD（G3）と共有ストレージ（G4）の間に「G3.5」という新しい階層を作ります。GPUポッド内のどのノードからもKVキャッシュを読み出せる…
作者

obelos

公開

2026年11月12日

更新日

2026年11月12日

結論：NVIDIA CMXは、LLMのKVキャッシュだけを置くための共有ストレージで、ローカルSSD（G3）と共有ストレージ（G4）の間に「G3.5」という新しい階層を作ります。GPUポッド内のどのノードからもKVキャッシュを読み出せるため、処理するノードが変わっても再計算せずに済みます。

ポイントは次の3つです。

  1. 背景：エージェントの文脈は長く、セッションは長時間続き、途中で処理ノードが変わることもある。ローカルSSDに置いたKVキャッシュは、他のノードから読めない
  2. 仕組み：イーサネット接続のフラッシュストレージをKVキャッシュ専用に使い、BlueField-4（DPU）がI/Oを処理する。Dynamoがdecodeの前にKVキャッシュをGPU側へプリステージする
  3. 効果：NVIDIAは、長い文脈の推論で、従来のストレージより処理量と電力効率がいずれも最大5倍としている

この記事は「GPUメモリを無駄なく使う5つの方法」の5本目です。

前提：KVキャッシュの階層（G1〜G4）

NVIDIAは、KVキャッシュの置き場所を次の4階層で整理しています。

階層 置き場所 特徴
G1 GPUメモリ（HBM） 生成中のKVキャッシュ。最も高速だが容量が小さい
G2 CPUメモリ（システムRAM） HBMと下位階層の間でKVキャッシュを中継・バッファする
G3 ローカルSSD 短期間に再利用するKVキャッシュ。ノードに固定され、管理とスケールが難しい
G4 共有のファイル・オブジェクトストレージ 永続化すべきデータ。アクセスはミリ秒単位で、推論用途には最も非効率

NVIDIAによると、KVキャッシュがGPUから遠い階層に置かれるほど、1トークンあたりの遅延とエネルギーが増えます。

G3とG4の間には大きな差があります。

  • G3：速いが、そのノードからしか使えない
  • G4：どのノードからも使えるが、遅延が大きい

「どのノードからも使えて、しかも速い」階層がありませんでした。

KVキャッシュの置き場所が足りなくなった理由

NVIDIAは、次の3つの変化を挙げています。

  1. 文脈が長くなった：エージェントの文脈は数百万トークン規模に伸び、モデルは数兆パラメータに近づいている。KVキャッシュの量は文脈の長さに比例して増える
  2. 再計算の負担が増えた：履歴の再計算に必要な計算量は、文脈が長くなるほどKVキャッシュの量以上に急速に増える。そのため再利用が欠かせない
  3. セッションが長く続くようになった：エージェントは、複数のターン、ツール呼び出し、セッションにまたがって文脈を保持する必要がある

さらに、長いセッションの途中で処理ノードが変わることがあります。

処理ノードが変わったとき：ローカルSSDとCMXの違い

処理ノードが変わったとき：ローカルSSDとCMXの違い

KVキャッシュがノードAのローカルSSDにしかない場合、ノードBでは読み出せず、prefillで再計算することになります。

CMX：G3とG4の間に共有階層を追加する

NVIDIAが用意したのがCMX（Context Memory eXtension、旧称ICMS：Inference Context Memory Storage）です。2026年1月のCESで発表されました。

CMXは、ローカルSSD（G3）と共有ストレージ（G4）の間の新しい階層「G3.5」

CMXは、ローカルSSD（G3）と共有ストレージ（G4）の間の新しい階層「G3.5」

CMXの特徴は次のとおりです。

  • GPUポッド内のどのノードからも使える：処理ノードが変わってもKVキャッシュを再利用できる
  • KVキャッシュ専用：一時的で、繰り返し読み出されるKVキャッシュの特性に合わせて設計されている
  • 大容量：GPUポッドあたりペタバイト級の共有容量を持つ

これにより、G4の共有ストレージは、非アクティブなセッションの状態、クエリ履歴、ログなど、永続化すべきデータの保管に専念できます。

CMXの構成

CMXは、Vera Rubinプラットフォームの一部であるNVIDIA STXリファレンスアーキテクチャ（BlueField-4 STXラック）の上に構築されています。

CMXの構成

CMXの構成

BlueField-4：KVキャッシュのI/Oを処理するDPU

BlueField-4は、ネットワーク接続、マルチコアCPU（Vera）、メモリを統合したDPU（データ処理用プロセッサー）です。

  • KVキャッシュの読み書き（NVMe-oFやRDMAのプロトコル処理）を担当し、ホストCPUの負荷とメモリコピーを減らす
  • 暗号化とCRCによるデータ整合性の検査を、専用のハードウェアでラインレートで処理する
  • GPUノード側のDPUと、CMXストレージ側のコントローラーで処理を分担する

プリステージ

NVIDIA DynamoのKVブロックマネージャー（KVBM）は、転送ライブラリNIXLを使い、decodeの前に、KVブロックをCMXからG2（CPUメモリ）やG1（HBM）へ先に移しておきます。これにより、decodeの途中でKVキャッシュの読み込みを待って止まる時間が減ります。

その他の構成要素

  • Spectrum-X Ethernet：RDMA対応のイーサネット。輻輳制御、アダプティブルーティング、ロスレスRoCEで遅延とジッターを抑える
  • DOCA Memos：KVキャッシュをキー・バリューAPIで管理・共有するSDK。ストレージベンダーがG3.5階層に対応するためのオープンなインターフェースでもある
  • Grove：KVキャッシュの位置を考慮してワークロードを配置するオーケストレーター

効果

NVIDIAは、長い文脈の推論とエージェントの処理について、次のように説明しています。

  • 1秒あたりに生成できるトークン数が、従来のストレージと比べて最大5倍
  • 電力効率が、汎用のストレージと比べて最大5倍

ただし、比較の前提となった構成や試験条件は示されていません。条件がそろったときの最大値として扱うのが妥当です。

制約と注意点

  • 製品はこれから：CMXはVera Rubin世代の基盤の一部です。2026年5月時点の報道では、BlueField-4の出荷は2026年後半の予定で、CMXに基づく製品はまだ出ていないとされていました
  • NVIDIAの設計への依存：ストレージベンダーにとっては、G3.5階層の仕様がNVIDIAのハードウェアとソフトウェアのロードマップに左右されます
  • 再利用できるKVキャッシュがあってこそ：毎回異なる入力を処理する用途では、効果は限られます

まとめ

  • KVキャッシュの置き場所には、「速いがノードに固定されたローカルSSD（G3）」と「共有できるが遅い共有ストレージ（G4）」の間に差があった
  • CMXは、その間にKVキャッシュ専用の共有階層「G3.5」を追加し、GPUポッド内のどのノードからもKVキャッシュを読み出せるようにする
  • BlueField-4がI/Oを処理し、Dynamoがdecodeの前にKVキャッシュをGPU側へプリステージする
  • 長く続き、処理ノードが変わるエージェントのセッションほど効果が大きい

連載「GPUメモリを無駄なく使う5つの方法」

前の記事：④ Vera CPU：待ち時間中のKVキャッシュをCPUメモリで受け持つ

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