(出所:123RF)
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 ITインフラの新しい選択肢として「ハイパーコンバージドインフラストラクチャー(HCI)」が広がっている。ただ、HCIの定義は何か、どんな特徴があるのか、どういったシステムに向くのか、既存のITインフラと比べてコストは減るのか増えるのか、曖昧なイメージのままになっている人も多い。

 本記事ではハイパーコンバージドインフラストラクチャーとは何か、メリットとデメリット、基本的な機能、価格相場、活用のポイントを、多くのITインフラ構築プロジェクトを手掛けてきたITインフラ アドバイザーの山田正和氏がズバリ解説する。併せて、日経クロステックActiveの記事から、代表的な製品、事例などをまとめて紹介する。

初回公開:2021/11/08

目次

★知る
1. ハイパーコンバージドインフラストラクチャー(HCI)とは
2. HCIを導入するメリットとデメリット
3. HCIの基本的な機能
★選ぶ
4. HCIの代表的な製品
5. HCIの製品分類と価格相場
★使う
6. HCIを活用するうえでのポイント
7. HCIの代表的な事例
8. 注目のHCI製品と関連サービス
9. HCIの新着記事

*「1. ハイパーコンバージドインフラストラクチャー(HCI)とは」「2. HCIを導入するメリットとデメリット」「3. HCIの基本的な機能」「5. HCIの製品・サービス分類と価格相場」「6. HCIを活用するうえでのポイント」は山田正和氏が執筆

1. ハイパーコンバージドインフラストラクチャー(HCI)とは

 ハイパーコンバージドインフラストラクチャー(Hyper-Converged Infrastructure: HCI)とは、サーバー仮想化基盤をシンプルに構成できるプラットフォーム製品である。

 従来、サーバー仮想化基盤は「物理サーバー」「外部接続する共有ストレージ装置」「SANスイッチ(サーバーと共有ストレージを高速に接続するネットワーク機器)」の3層構成のハードウエアと、サーバー仮想化ソフトを組み合わせる必要があった。これ対してHCIは、物理サーバーと専用ソフトウエアの組み合わせだけでサーバー仮想化基盤を構成する。

従来型の仮想化基盤とハイパーコンバージドインフラストラクチャー(HCI)の構成
従来型の仮想化基盤とハイパーコンバージドインフラストラクチャー(HCI)の構成
HCIサーバーは物理サーバーとHCIソフトウエアの組み合わせ。アプライアンス製品として提供されるケースが多い
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 専用ソフトウエアは「HCIソフトウエア」とも呼ばれ、サーバー仮想化やストレージ仮想化、インフラ全体の管理を統合した機能を持つ。

 特徴的なのがストレージの部分だ。外部接続の共有ストレージ装置やSANスイッチを必要とせず、サーバーの内蔵ストレージを仮想的な共有ストレージとして構成して利用できる。複数の物理サーバーに分散した内蔵ストレージを仮想的な1つのボリュームとして利用することも可能だ。

 提供形態は大きく2つある。オールインワンパッケージのアプライアンス製品を提供する形態と、HCIソフトウエアだけを提供する形態だ。後者の場合、物理サーバーはユーザーが別途調達する必要がある。本記事では特に注記がない限り、前者のアプライアンス製品を前提に解説する。

2. HCIを導入するメリットとデメリット

 HCIの導入が企業にもたらすメリットとデメリットは以下の通り。

HCIのメリット

 主なメリットとしては(1)導入が容易かつ短期間、(2)拡張が容易、(3)保守がワンストップ、(4)安定稼働が約束された構成とパッケージ化されたパッチ提供、(5)災害対策が容易、(6)部分的なハードウエア更改が可能――が挙げられる。

(1)導入が容易かつ短期間

 HCI製品を搬入して簡単な設定と動作確認をするだけで、数時間から数日で仮想マシンを作成可能となり、業務システムの構築に着手できる。

 従来のサーバー仮想化基盤ではハードとソフトの調達、ITインフラの有識者による設計・構築・試験とそれらの統制が必要だった。計画段階も含めると、大規模だと6カ月、中小規模でも4週間程度かかるのが普通だった。公共系などに見られる分割調達のケースであれば、より長い準備期間を要するだろう。

(出所:123RF)
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(2)拡張が容易

 必要なリソースに応じてHCIアプライアンスを追加し、簡単な設定をするだけで拡張できる。例えば、CPUがボトルネックとなった場合にはCPUに特化したノード(HCIアプライアンス)を追加し、ストレージキャパシティが問題になった場合にはディスク容量に特化したノードを追加するといった具合だ。

 しかも、多くのHCI製品は無停止での拡張を保証している。各層のハードウエアとサーバー仮想化ソフトの技術に熟知した技術者がいなくても、製品の保証する範囲であれば簡単な作業で拡張できる。

(3)保守がワンストップ

 仮想化基盤を構成する様々な機能やコンポーネント(システムを構成するソフトウエアやハードウエアなどの部品)の問い合わせ先を一本化できる。そのため、やり取りがシンプルとなり、短時間での問題解決を期待できる。

 従来の仮想化基盤では、サーバーやストレージ、仮想化ソフトなどで問題を切り分け、問題が生じている製品のサポートと個別にやり取りする必要があった。問題の切り分けには技術スキルを持った人材が必要だったが、HCIで保守をワンストップ化すると、そうした人材を抱える必要がなくなる。

(4)安定稼働が約束された構成とパッケージ化されたパッチ提供

 事前検証された状態で出荷されるため、安定稼働が約束された機器構成で利用できる。従来の仮想化基盤で付き物だった製品間の相性問題に悩まされることはなくなる。

 また、各コンポーネントのパッチが動作検証済みのパッケージとして提供される。そのため、個々のコンポーネントについてウォッチしておく手間が省け、パッチ適用の際も互換性・整合性をユーザー側で確認する必要がない。

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(5)災害対策が容易

 HCIは仮想的な共有ストレージ機能をソフトウエアで実現しており、更新データの遠隔レプリケーションも容易にできる。仮想マシンの完全なクローンを遠隔拠点にシンプルな手順で稼働させられ、容易に災害対策環境を作成できる。

(6)部分的なハードウエア更改が可能

 従来の仮想化基盤では、ハードウエアの保守期限などの理由で、構築から5年で刷新が必要になるケースが多かった。そして、部分的は更改は難易度が高い。多くの場合、初期に導入した製品の保守が切れるタイミングで、その後に導入したコンポーネントの保守期間が残っていても捨てなければならなかった。

HCIは部分的なハードウエア更改が可能
HCIは部分的なハードウエア更改が可能
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 HCIであれば、保守切れしたノードのみ切り離す部分的なハードウエア更改が可能となる。長いスパンで見ると、更改する部分を局所化してトータルコストを抑えられる。

HCIのデメリット

 HCI採用によって想定されるデメリットとしては(1)コストが低いとは限らない、(2)ストレージ性能には制約がある、(3)パッチ適用のサイクルが短い――が挙げられる。

(1)コストが低いとは限らない

 HCIは従来の仮想化基盤よりシンプルな構成になるが、そのことが低コストに直結しているわけではない。

 まず、ハードウエアが高性能である必要がある。物理サーバーに内蔵するストレージは全て、または一定割合以上のSSD(ソリッドステートドライブ)が必須となり、CPUやメモリーもパワフルである必要がある。

 ストレージ同期専用で10Gビット/秒のネットワークも必要になる。ゲストOSのイメージ領域を複数のノードに分散配置して、常に同期するアーキテクチャーになっているからだ。

 HCIソフトウエアも高額だ。SANスイッチや共有ストレージ装置といった高価なハードウエアを代替するものであるため、当然といえば当然ではある。

(出所:123RF)
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 ただし、メリットで説明したように構築コストや運用コストは削減できるケースが多い。導入を検討する際には、総費用で評価する必要がある。

(2)ストレージ性能には制約がある

 近年のHCIは性能が大きく向上しているが、共有ストレージをソフトウエアで実現しているため、同期処理や重複排除などのオーバーヘッドはどうしてもある。専用のストレージ装置ほどの性能や、QoS(Quality of Service)制御などのきめ細やかな管理はできない。

 このため、極めて高いストレージ性能を求められるデータベースなどの用途に適さない。とはいえ、ストレージ性能がネックになるのはその程度で、それ以外の用途であればそれほど問題にはならないだろう。

(3)パッチ適用のサイクルが短い

 HCIは多くのコンポーネントで構成するため、どうしてもパッチリリースの頻度が高い。そして、HCI製品は定期的にパッチを適用し続けないと、製品サポートやノード拡張に制約が出てくる。

3. HCIの基本的な機能

仮想マシン管理

 HCIソフトウエアはサーバー仮想化ソフトを含んでいる。そのため、一般的なサーバー仮想化ソフトが持つ仮想マシン管理機能はHCIでもそのまま利用できる。例えば、複数の物理サーバー間でHA(High Availability)構成を組んだり、仮想マシンを稼働させたまま異なる物理サーバーへとホストを移動したりできる。

データ圧縮・重複排除

 HCIがソフトウエアで実現するストレージは、ミッドレンジ以上の共有ストレージ装置が持つような重複排除機能やデータ圧縮機能を搭載している。

 重複排除は特定のサイズ(4キロバイトなど)単位で重複するデータを検出して、同一のデータは重複して保管しない技術だ。データの重複をなくすため、ストレージ容量を大幅に削減できる。データ圧縮は物理ドライブにデータを書き込む際、データを圧縮する機能だ。一般的な圧縮解凍ソフトのような動作を、データ読み書き時に自動で実施すると考えると分かりやすい。

(出所:123RF)
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 特にOSイメージのコピーを作成して構築する方式では、絶大な威力を発揮する。典型的なユースケースとしては、VDI(仮想デスクトップ基盤)がある。同じOSを搭載した仮想マシンが大量に作られ、更新データの大半が定期的なセキュリティパッチの一律適用であるため非常に相性が良い。

仮想化基盤の一元管理

 ほとんどのHCI製品は、物理ノードとストレージなどのリソース、性能、アラートなどを一元管理できるコンソールを用意している。リソース情報を蓄積することで、増強時期を予想したり、ボトルネックを分析したりする機能も搭載している。

災害対策サイトとの同期

 災害対策サイトを実現する仕組みを搭載する製品も多い。ストレージ機能で遠隔地に同期もしくは非同期にOSイメージをレプリケーションする機能だ。製品によっては、災害対策サイトとしてパブリッククラウドを利用できる。

4. HCIの代表的な製品

 HCI製品の例として、日経クロステック Activeの製品データベース「製品&サービス:IT」から3製品を紹介する。

5. HCIの製品分類と価格相場

 HCIの提供形態としては、オールインワンパッケージのアプライアンス製品を提供する形態と、HCIソフトウエアだけを提供する形態がある。

アプライアンス提供型

 ハードウエアとソフトウエアのオールインワンパッケージで、設置場所のネットワーク機器に接続して簡単な設定を完了すれば、数時間から数日で仮想化環境が利用可能になる。なお、ストレージ同期用のネットワークスイッチは含まれない。

 ほとんどのベンダーは、ワンストップの運用サービスを提供する。HCIコンポーネントの故障や性能トラブルを、自動もしくは遠隔地から分析するなどして安定稼働をサポートする。

 価格は、中規模(約500VMのVDI環境を想定)の場合、物理サーバー、共有ストレージ装置、SANスイッチ、仮想化ソフトなどを調達して組み合わせる従来型と比べ、物品コストはほぼ同等というのが筆者の印象だ。

 なお、一般に構築と維持に必要な要員コストなどはHCIアプライアンス製品の方が大幅に低い。そのため、総費用ではHCIアプライアンス製品の方が優位となる。

(出所:123RF)
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ソフトウエア提供型

 HCIソフトウエアだけが提供され、ユーザーが自前で調達したハードウエアにインストールして利用する。ベンダーが公開しているコンパチビリティーリスト(互換性リスト)を確認し、対応したハードウエアを購入する必要がある。

 製品によってはファームウエアレベルまで確認する必要があり、導入時にはインストールと故障時の可用性試験などの動作確認が必要となる。そのため、アプライアンス提供型に比べると、ユーザーはスキルと時間を求められる。

 筆者の感覚ベースとしての価格相場としては、物品コストと構築・維持コストを合わせた総費用では、アプライアンス提供型と従来型のサーバー仮想化基盤の中間くらいであろうか。HCIのメリットである保守の一元化や提供パッチのパッケージ化などが享受できなくなり、維持コストに転嫁される。特段の理由がない限りはソフトウエア提供型を選ぶメリットは少ない。

6. HCIを活用するうえでのポイント

 HCI製品を効果的に活用するうえでのポイントは以下の通り。

(1)HCIに向く用途と向かない用途を見極める

 HCIはその特性上、向く用途と向かない用途がある。向く用途に使えば大きな導入効果を発揮するが、向かない用途に無理に使おうとすると、余計なコストがかかったり運用が難しくなったりする。

 筆者が「HCIに向く」と考える用途は(1)VDI環境、(2)小規模な情報システム部門、(3)独立したシステム運用系の基盤――。「向かない」と考える用途は(1)小規模な仮想化基盤、(2)高トランザクション要件のシステム、(3)高キャパシティ要件のシステム、(4)細やかなバックアップ要件のシステム、(5)“塩漬け運用”が前提のシステム――である。

HCIに向く用途(1)VDI環境

 VDIの場合、HCIは最初に検討すべきITインフラとなる。平常時の負荷が一定である、組織の成長に応じた柔軟な拡張が要件になる、Windows Updateで提供されるパッチも含めて重複排除機能が効果的である、Windowsの空き領域をデータ圧縮機能で大幅に削減できる、とHCIの特徴があらゆる点で生きてくる。相性が抜群の組み合わせといえる。HCI製品によっては、GPU(Graphics Processing Unit)を利用できてCADなどの特殊用途にも対応できる。

(出所:123RF)
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HCIに向く用途(2)小規模な情報システム部門

 「一人情シス」などという言葉があるが、社員のヘルプデスクと仮想化基盤のメンテナンスを少数精鋭で対応しているような情報システム部門には、サポート問い合わせやリモートからの技術支援が受けられることもあり親和性は高い。ある程度の規模がある情報システム部門でも、運用の手間を削減して、より価値を生む新システムの企画などに注力するためにHCIを採用することは有効である。

HCIに向く用途(3)独立したシステム運用系の基盤

 監視やバックアップ、認証サーバー、商用作業用VDIサーバーなどシステム運用系のサーバー群の基盤に向く。業務システムを構築する場合、これらは、業務系とは独立した基盤で構築することがセオリーとなっている。業務システムに障害が発生した際、俯瞰して監視や調査、復旧を行えるようにするためだ。

 ただ、システム運用系の仮想化基盤を構築して運用するのは手間とコストがかかる。システム運用系のシステムはHCIのデメリットに該当する特徴が少ないため、基盤としてHCIを採用するのは手間とコストの抑制につながる。

HCIに向かない用途(1)小規模な仮想化基盤

 ノード間のストレージ同期専用に10Gビット/秒のネットワークが必要になる、最小構成が物理ノード3台になる製品が多いなど、規模が小さいとコストメリットが出にくい。仮想マシン10台程度の規模であれば、IAサーバー2台にiSCSIストレージを直結して仮想環境を構築した方が安上がりだ。

HCIに向かない用途(2)高トランザクション要件のシステム

 重複排除やデータ圧縮、他ノードへのデータ同期などでオーバーヘッドが発生する。そのため、高トランザクションのデータベースなどへの適用は慎重な検討が必要である。性能要件の高いサーバーは、物理ノードで個別に構築することをお薦めする。

(出所:123RF)
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HCIに向かない用途(3)高キャパシティ要件のシステム

 HCIのストレージは全てSSDで構成するか、一定割合以上をSSDにする必要がある。SSDのビット単価はHDD(ハードディスクドライブ)より高額なため、数百テラバイトのデータを数年間保管するような用途には費用面のデメリットが大きい。外部ストレージを別途用意するなどの対策が必要になる。

HCIに向かない用途(4)細やかなバックアップ要件のシステム

 HCIのストレージ機能は、LTO(テープドライブ)などの外部記憶媒体へのバックアップを苦手としている。HCIのレプリケーション機能でも代替できそうに思えるが、論理的な障害が発生するとデータ汚染がリモートに伝播するリスクがある。また、特定のファイルだけ個別にリストアなど細やかな対応は難しい。もしそういった要件に対応したいならば、HCIとは別にバックアップ製品を導入し、外部記憶媒体にバックアップするなどの設計が必要になる。

(出所:123RF)
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HCIに向かない用途(5)“塩漬け運用”が前提のシステム

 HCIのサポートポリシーは、比較的短いサイクルでのパッチ適用を前提としている。そのため、メジャーバージョンアップを伴うパッチ適用後でないと、故障部品の交換ができないというケースも起こり得る。

 ところが、一部のミッションクリティカルシステムはパッチ適用を極力しない、いわゆる“塩漬け運用”を前提としている。こうしたシステムはHCIと相性が悪い。

(2)パッチ適用の方針を決めて管理する

 パッチ適用の方針を決め、管理する必要がある。HCI製品のパッチ提供サイクルは、ベンダーごとに決まっている。その情報に基づいて、パッチ適用の年間スケジュールを計画しておくべきである。

 可能ならば、本番環境で使っているHCI製品の小規模構成版の検証環境を用意できるとよい。まずは検証環境に適用し、一定期間安定運用していれば本番環境にも適用するなど、更新頻度の高さを想定した事前の方針・計画が重要である。

(3)定期的にリソースをチェックする

 維持に関わる要員や手間が削減できたと安心して、手抜き運用をすると大きな問題に発展する可能性がある。いつの間にかキャパシティオーバーになっている場合があるからだ。

 特にVDI環境ではストレージの重複排除が効く半面、重複排除の効かないユーザー固有のデータ(ログやメールデータなど)が蓄積され続けると、簡単にストレージがパンクする。その場合、性能劣化ではなく全体障害となる。従来の仮想化基盤以上に、定期的なリソースチェックが重要である。

 HCIが搭載する管理機能には、蓄積した性能・キャパシティ情報から拡張時期をアドバイスする機能がある。それを有効に活用したい。

(出所:123RF)
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7. HCIの主な事例

大阪府高槻市

 「大規模災害などでシステムが止まった際、ITのスキルにたけた職員が現場に居合わせているとは限らない。そんな時でも迅速に復旧できるシステムを目指した」――。大阪府高槻市が新たな仮想基盤を導入した経緯について、同市の前尚徳総合戦略部情報戦略室主査はこう話す。

 同市は2020年11月までに「ハイパーコンバージドインフラストラクチャー(HCI)」と呼ぶ仮想化技術を用いた新しいIT基盤を構築。電子メールや電子掲示板、スケジュール管理、施設予約といった機能を持つグループウエアやファイルサーバーなど、2000人を超える市職員が使う情報系システムの一部を稼働させた。

高槻市がハイパーコンバージドの新基盤導入、ベンダーに頼らず自力でシステム復旧」から抜粋・要約

8. HCI関連製品とサービス

 HCIを導入して現場で活用するには、様々な手助けをしてくれる製品やサービスを利用するとよりスムーズに進む。以下では、注目のHCI関連製品とサービスを紹介する。

デル・テクノロジーズ

日本ヒューレット・パッカード

富士通

ニュータニックス・ジャパン

9. HCIに関する新着記事

山田 正和
ITインフラ アドバイザー
現在、インフラ技術者としてマルチベンダー系SIer勤務。新卒以来約20年、金融・公共・法人など領域を問わずミッションクリティカルシステムのインフラ領域の構築に従事。バズワード的に出てくる新技術もデメリットを見極めつつ、メリットが最大化できるように、適用領域の目利きが肝要。また、システムは運用・維持のフェーズで価値を生み出してこそと考える。