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輸送用機器のサーバーにおける「脅威」とは？

Allion Labs  高性能サーバー演算の重要性 インフォメーションテクノロジーで強化されたデジタル時代において、より高性能で安定した計算が求められています。こうした需要が増加し続け、テクノロジーも進化を続けることで、サーバーの計算性能は加速度的に向上しています。さらに、サーバーの大きさは縮小し続ける一方で、サーバーのアプリケーションは集中型データセンターからエッジコンピューティング、さらにはエンドプロダクトにまで拡大しています。移動で使う輸送用機器もサーバーの重要なアプリケーションの一つで、航空、海運、陸運、普段の生活から軍事や科学などの特定の用途に至るまで、輸送用機器が移動する際に起こるさまざまな状況に対処するためにサーバーが使われています。車載サーバーを例に挙げれば、交通状況の検知や異常事態を迅速に処理して通知し、障害物の回避や緊急ブレーキをサポートしていますが、いずれも高性能サーバーの計算によって、こうした迅速な処理が実現しています。 3大脅威に対処するために、どのように評価して保護措置を実行すべきか？ 輸送用機器のサーバーが故障すると、非常に深刻な影響を引き起こし、個人または多くの人々の生命が脅かされる可能性があります。 輸送用機器のサーバーが故障する最大の潜在的なリスクは、「長時間の高温/低温や、激しい温度変化」と「移動中の振動」です。 長時間の高温または低温は、サーバーの強制シャットダウンを引き起こす可能性がある 激しい温度変化は、電子部品の急激な熱膨張と収縮を引き起こし、故障の原因となる可能性がある 振動が続くと部品の緩みや脱落を引き起こす可能性があり、サーバーの故障につながる 航空機を例にとると、離陸時と着陸時に急激な温度変化が発生し、一定高度の飛行時には極端な低温環境にさらされ、飛行中は常に振動が発生します。 一方、自動車も似たような状況に遭遇する可能性があります。氷雪や砂漠のような過酷な気候で走行することがあり、走行中に振動が継続して発生し、道路状況によっては急激なアップダウンがあるかもしれません。 上述した3つの潜在的なリスクに対し、アリオンは以下のような包括的なコンサルティングサービスを提供します。 動作モードにおける最高温度と最低温度、振動の最大限界値を評価する 損傷後に復元できない最高温度と最低温度、振動限界値を評価する [...]

サーバー高速アドインカードの機能が動作しない背景と原因

Allion Labs  テクノロジーの進化に伴いに、高周波/高速の転送規格も向上し続けており、サーバー産業で広く使用されているPCIe技術もその一つです。現在の製品でサポートされているPCIe 5.0を例にとると、周波数は16GHzに達し、転送速度は32GT/sになります。しかし、高周波によりPCB基板の信号減衰が増加するという特性から、メーカーは製品開発においてより大きな課題に直面しています。こうした信号の伝送距離と減衰の問題を解決するために、ケーブルを使用する設計が増えており、高速コネクタとケーブル応用の多様化が進んでいます。 互換性の問題の下に隠れている潜在的なリスク 高周波の特性に対する注意だけでなく、高速コネクタの量産時において、メカニカルの精度が安定しているかも無視できない重要なポイントです。精度が安定していない場合、他のメーカーのボードやケーブルとの互換性の問題が発生する可能性が非常に高くなります。 簡単な例を挙げると、高速コネクタのサプライヤーが3つあり、それぞれ異なるボードやケーブルと組み合わせる場合、単純にこれだけでサーバーの製造組み立てプロセスで9つの異なる組み合わせが生まれます。そのうちの1つに互換性の問題が発生した場合、その組み合わせで組み立てられたサーバーは、出荷時に以下の潜在的なリスクに直面する可能性があります：  1. 位置ずれ（Misalignment） 両端のサプライヤーが仕様の公差許容範囲の上下限の位置に設計している場合、生産時に各コネクタの公差精度を確実かつ安定して制御できないと、位置ずれの互換性の問題が発生し、それによりボードやケーブルの接続後に機能が失われる可能性があります。  2. ピンの接触面積が小さすぎる  ボードやケーブルの接続後に機能は正常でも、ピンの接触面積が小さすぎるため、信号の反射と減衰が生じ、データ転送速度と安定性に影響を及ぼす可能性があります。 サーバー分野において、高速コネクタをボードに組み合わせる際、両端のピンの位置ずれが発生したせいで、ボードの機能が起動できないという事例が過去に実際にありました。その原因は、異なるサプライヤー間の組み合わせによる互換性の問題でした。大量に出荷され、エンドカスタマーがサーバーを展開し始めた時になって上記の潜在的なリスクが明らかになれば、メーカーはそのロットのサーバーを回収して交換しなければならず、エンドカスタマーのサーバー展開と関連サービス提供のスケジュールを遅延させるだけでなく、会社の評判や製品イメージ、収益に深刻なダメージを受けることになります。 Faster, [...]

AIと高速演算時代の到来：ホワイトボックスサーバーに潜むリスクとは？

Allion Labs  32GT/sのPCIe 5.0製品が市場に登場したことで、高速演算とAI人工知能の効果が顕著になっています。特に生成AIがすぐに人々の日常生活に浸透し、次第に様々な産業で重要な役割を果たすと同時に、高速伝送へのニーズも増加しています。この影響からサーバー市場は持続的な成長を続け、サーバーの世代アップグレードサイクルも短縮しています。 こうした中、個別のサーバー運用環境に最適化した設計のニーズが拡大しています。カスタマイズしたサーバーを購入したお客様にとって、運用コストの削減できる利点がありますが、分散調達後のケース、マザーボード、ストレージデバイスなどの組み立てによるシステム安定性は懸念されます。 さらに、マザーボードに高速のPCIe 5.0技術が導入され始めると、このようなサーバーはより深刻な潜在リスクに直面する可能性が高いと考えられます。 ホワイトボックスサーバーに潜む5大リスク  1. 冷却効果の不均衡  PCIe 5.0をサポートするCPUのTDP（Thermal Design Power）は350W以上で、冷却要件が非常に高くなっています。マザーボードによってCPUの設計位置が異なり、ケース内のファンに完全に対応することができないため、CPUの冷却が均一にならない問題が発生する可能性があります。  2. [...]

サーバーの安定性要件 – 振動と機械的衝撃

Allion Labs  毎日数十億もの人がインターネットを利用し、絶えずデータがクラウドに生成・保存されています。これらのデータは、ストレージサービスを提供する企業やプラットフォームによって、数百万にも上るハードディスクを備えたデータセンターに保存されます。データを保存・処理するためのコンピュータハードウェアデバイスであるサーバーは、通常ラックに取り付けられ長時間稼働する必要があります。個人用パソコンのハードディスクと似ていますが、サーバー内に取り付けられたハードディスクは、サイズが大きく数も多いです。サーバーデータ処理センターには、多くのハードディスクが上下に積み重ねられ、所謂筐体（シャーシまたはケース）内に配置され、複数の筐体がキャビネット内に配置されます。データセンターには非常に多くのキャビネットがあり、インターネットユーザーは、リモートでハードディスク内のデータにアクセスしているわけです。 しかし、ハードディスクは振動に非常に敏感であり、振動でハードディスクが損傷する場合があります。ストレージユニット全体には主に3つの振動源があり、ハードディスクの性能低下を引き起こします。 冷却用ファンの音による負荷 ストレージユニット上のファン振動の負荷、筐体を伝わって発生する振動と共振 ハードディスク自体の振動負荷 振動問題に対する研究は、励振（excitation）、システム、レスポンスの定義方法に関するものや、これら3つの関係を研究したものばかりです。励振は作用力およびエネルギーの源で、レスポンスは私達が関心を寄せる励振作用を受けた位置での振動反応のこと、システムは機械波が励起からレスポンスまでの間に物体を通過する範囲をそれぞれ指します。 例えば、サーバー内のハードディスクは、特定の周波数で大きな回転振動を受けると、性能が大幅に低下します。こうした問題では、ファンが励振源、ハードディスクと筐体の接続部の振動反応がレスポンス、筐体と関連する接続部品がシステムとなります。例えば、サーバー筐体の構造を設計する人は、自身の設計で冷却ファンを装着した後、ハードディスクの取り付け部の回転振動レスポンス特性がどうなるのか、特定の周波数で振幅が過大になるかどうか気にして設計します。 そのため、サーバーが極端な環境下で正常に動作するように、信頼性テストや耐久性テストなどの一連の関連テストを実施する必要があります。その中には、振動テストや機械的衝撃テストが含まれます。 1. 振動テスト：実際の作業環境で発生する可能性のある振動環境をシミュレーションするため、サーバーを異なる周波数や振幅の機械振動にさらします。これにより、サーバーがこのような環境で正常に動作し、ハードウェアコンポーネントに損傷や障害を引き起こすかどうかを確認することができます。 2. 機械的衝撃テスト：サーバーに突発的な衝撃を与え、予期しない衝突や落下に耐えられるかをテストします。これにより、サーバー輸送中に物流会社の運搬に耐えられるか、実際の使用中にどの程度の衝撃に耐えられるかを確認することができます。例えば揺れる車両の上など、サーバーが不安定な場所に設置されている場合、振動により故障する可能性があります。また、例えば衝突や落下するなどしてサーバーが強い衝撃を受けた場合、異常を引き起こす可能性があります。 サーバーが振動テストや機械的衝撃テストに合格しない場合、以下の影響が考えられます [...]

サーバーの安定性要件 – 温度と湿度

Allion Labs  インターネット時代において、膨大なデータ処理と世界数十億人が利用するインターネットサービスにより、サーバーは重要な役割を果たしています。2023年のサーバー市場は、ハイブリッドワークが新しい働き方として登場してからも、依然としてクラウドデータセンター事業者の需要が顕著です。Google、Amazon、Microsoftなどのクラウドサービスは、正確で安定したサービスパフォーマンスを実現するために、高速で適切に設計された大容量のサーバーを必要としています。この様に、サーバーの応用範囲は非常に広く、多くの人々のインターネット利用に関係しているため、ネットワークサービスがあるところにはサーバー構築のニーズが多くあり、いかにサーバーを安定して運用するかが重要な課題となっています。 例： Facebookは、北極圏から100キロメートルしか離れておらず、冬の平均気温がマイナス20度に達するスウェーデンのとある場所にデータセンターを建設しました。 Microsoftは、スコットランドのオークニー諸島沿岸付近の水域に、潜水艦に似たデータセンターを展開しています。 eBayは、平均気温が38度を超えるアメリカの・フェニックスの砂漠に、20年間使用するデータセンターを建設しました。 現在知られているデータセンターは、極地気候、砂漠地帯、海洋水域に建設されています。高温の環境ではサーバーの放熱効率が低下し、運用が低下する可能性があります。また、乾燥しすぎた環境では電子機器に静電気がたまりやすく、湿度が高いと電子部品が腐食する可能性があります。長期的な観点から見れば、こうした問題がより深刻な摩耗や故障を引き起こす可能性があり、高額の投資コストで無駄が多くなるだけでなく、管理の面で多くの問題を引き起こすことになります。 研究によると、データセンターの理想的な温度の範囲は22℃〜23℃で、できるだけ35℃を超えないように、相対湿度の範囲は40％〜60％の間で保つ必要があります。いかにして安定した作業効率と温度・湿度の最適なバランスを得るかは、厳密かつ大量のテストが必要とし、データに基づいて調整し、包括的なサーバーシステムを完成させることで、完全な性能と寿命を発揮することができます。 したがって、サーバーが様々な温度・湿度環境の気候条件下で動作するかや、作業状態で正常で安定した高効率動作を維持するために良好な冷却システムがあるかが、考慮しなければならない問題となっています。 Facebook、Microsoft、Googleなど、ほぼ全世界のユーザーをカバーしている企業のデータセンターにある1台のサーバーに、平均数百から数千人のユーザーが同時に接続しています。環境の温度や湿度の問題でサーバーがダウンして動作しなくなった場合、その影響は全世界の個人ユーザーや企業に及び、損失は計り知れません。 そこで、アリオンは65KWのウォークインチャンバー（ Walk-in Chamber）を設置し、サーバーの信頼性、温度、湿度に対するテストを実施することができます。 65KW ウォークインチャンバー［高重量積載、大容量収納、高い放熱性能を備えています］ [...]

OCP Cloud SSD 1.0aと2.0規格との違いについて

前の記事では、OCP関連の原因やテスト項目について紹介しました。読者の皆さんは、OCP関連の検証項目について大まかに理解されたと思います。OCP 1.0aコンプライアンステストは、「OCP Cloud/Datacenter SSD Specification 1.0a」に基づいています。サーバーの需要増加に伴い、需要に応じて標準化規格がバージョンアップし、当然ハードウェアの交換入れ替えも行われたことで、元々の1.0aバージョンが徐々に使用できなくなってきたため、2.0バージョンがリリースされました。 前述した通り、2.0バージョンは市場ニーズを満たすことと、将来のイノベーションに向けた準備を目的としているため、OCP 2.0はOCP 1.0aを基礎として改善修正されています。では、2.0バージョンと従来の1.0aバージョンにはどのような違いや変更があるのでしょうか？以下では、仕様書で言及されたいくつかの重要項目を、順を追って比較分析します。   NVM Express要件（NVM Express Requirements） ここでは主にNVMe仕様に焦点を当てます。OCP [...]

OCP Cloud SSD 1.0aコンプライアンステストとは？

クラウドコンピューティングとクラウドストレージの急速な発展に伴い、ネットワークサービスプロバイダーのサーバーに対するニーズも高まっており、クラウドサービスプロバイダーは、大規模な情報へのアクセスが可能なハードウェア仕様要件を満たすために、さらに多くのデータセンターを作り続ける必要があります。一般的に、データセンターは通常共通のアーキテクチャを持つサーバーを使用するか、比較的大規模なデータセンターの中には、多くの時間を費やしてサーバーの仕様を独自に設計・計画するケースもあります。   OCP (Open Compute Project)とは？ これを踏まえて、Facebook（Metaの前身）は2011年4月にデータセンターを設立し、開設と同時にOpen Compute Project（OCP）を立ち上げ、データセンターやサーバーを含む一連のハードウェア設計がオープンソース化しています。その後、Google、Microsoft、Intel、Dellなどの大手企業や、台湾の一部現地サーバーメーカーも相次いで参加し、現在では、国際的なITテクノロジー企業が共同で運営するデータセンターオープンアーキテクチャ技術の開発組織となっています。また日本市場に向けて「オープンコンピュートプロジェクトジャパン」 (Open Compute Project Japan)を設立しました。 Facebookがこのプロジェクトを立ち上げた目的は、データセンターのソフトウェアとハ​​ードウェアの設計方法を公開して、より多くのメーカーと共同でデータセンターを開発・設計・メンテナンスを進めることで、データセンターの効率を向上させ、サーバー全体の電力消費を効果的に削減し、サーバーのパフォーマンスを向上させてエネルギー消費を削減すること、また同時に、大規模データセンターの技術仕様と基準を策定し、クラウドサービス業界内で高効率・省エネ技術が交換できるプラットフォームを提供することでした。   [...]

サーバー調達品質の復号化 – 安定性要求編

Allion Labs / James Ou 本連載企画ではサーバー調達における品質の三大要件は、品質基盤（仕様要件）、ユーザーエクスペリエンス（性能要件）、メンテナンス費用（安定性要件）等の3つの側面に対応しているかどうかを解説していきたいと思います。前回の仕様要求編でユーザーシナリオから仕様要求、直面する課題とテスト効率できるテストツールを紹介しました。今回では、サーバーの安定性のニーズについて説明します。 サーバーを安定稼働するには、信頼性テスト用のウォークインチャンバー（Walk-in Chamber）が欠かせない 5G、AI、クラウドコンピューティング、クラウドOTT (Over-the-top) などのアプリケーションサービスの台頭により、これらのアプリケーションは、サーバー自体、つまり高速且つ大容量のハードウェアを基礎としています。高速とは、CPUの動作速度、GPUの動作速度、高速ネットワーク伝送速度またはストレージメディアへのアクセス速度等を指し、高容量とは、メモリ容量やストレージメディアの容量をそれぞれ表しています。 これらの高速アプリケーション関連サービスが継続して生まれていることから、サーバーの消費電力も増加の一途を辿っており、以前は2KWほどの電力消費量が一般的だったのが、現在ではサーバー1台あたり10KWを超えています。高速化と高消費電力化に伴う主な問題は、熱エネルギーの発生と速度の不安定性であるため、サーバーの安定性ニーズとして、温度あるいは温湿度の信頼性テストが特に重要視されています。 従来のサーバー信頼性テストはスタンドアロン方式で実施されていましたが、新しいアプリケーションの導入とコンセプトの変更により、アプリケーションレベルからサーバー信頼性テストが求められるようになりました。アプリケーションレベルの信頼性テストと従来のスタンドアロンの信頼性テストは、両方とも動作温度の最高温度と最低温度の設定条件が同じですが、サーバーグループのアーキテクチャと、シミュレーションされたアプリケーションサービスを実行するストレステストソフトウェアが最大の違いです。 アーキテクチャのアプリケーションレベルでのサーバーグループは、通常ラック（Rack）単位で構築され（複数のサーバーが組み込まれた状態で）、ラックの高さも初期の42Uから現在の48Uや、より新しい52Uまでであり、また数量も1から3までとさまざまです。上記の高電力消費とラック数等の条件を組み合わせると、信頼性テストに使用されるウォークインチャンバー（Walk-in Chamber）には、非常に高いしきい値要件が課せられます。まず、冷却能力はラックサーバー全体が生成する総熱量を上回らなければならないこと、次に内部の空間がラック全体に収まる必要があること、最後に、運搬重量はラックサーバー全体の総重量を満たす必要があります。 [...]

サーバーの振動が機械駆動式HDDのパフォーマンスに与える影響

今日ソリッドステートドライブ（SSD）が市場の主流になりつつあり、内蔵ストレージデバイスを選ぶ場合、一般ユーザーは従来の機械駆動式HDD（HDD）を優先して選ばなくなりました。本当にHDDは段階的に淘汰されてしまうのでしょうか? HDDは市場から消えておらず、依然として一定のシェアを占めています。SSDに比べてストレージ容量が大きいだけでなく、価格も比較的安く、サーバーなど多くのストレージスペースを必要とするデバイスの場合、コールドデータを保存するストレージの最初の選択肢です。   ハードディスク（HDD）の構造について このトピックに入る前に、HDDのアーキテクチャについて簡単に紹介しましょう。HDDは、主に磁気ディスク、磁気ヘッド、ランプ、モーター、制御回路基板、SATA/SAS接続インターフェースなどの部品で構成されています。磁気ヘッドは、ディスクの半径方向に沿って水平に移動します。毎分数千回転というディスクの高速回転で、指定された位置にディスク上の磁気ヘッドを位置決めして、データの書き込み/読み取りを行います。   上記から明らかなように、機械駆動式HDDは、回転するディスクと、データの読み取り＆書き込みのために、ディスクにほぼ貼り付けられている磁気ヘッドに依存しています。そのため、HDDの動作中に、外部の振動や移動及び落下などの予期せぬ干渉が加わると、HDDに予期せぬ問題が発生し、最悪の場合ヘッド/ディスクが損傷し、HDDの破損につながります。HDDがサーバー環境に設置されている場合、移動や落下に遭遇する可能性は低くなりますが、発熱が大きいことを考慮し、サーバーには通常、放熱を補助する高効率の冷却ファンが装備されています。高効率ファンの高速回転による筐体の振動は避けられません。ハイエンドのエンタープライズクラスのHDDは主にサーバーで使用され、高い信頼性が謳われるHDDが本当に信頼に足るものかどうか、サーバーの動作中、高周波振動の環境下で、通常の伝送性能を維持できるのでしょうか？   検証事例から実測値を比較してみた アリオンは、サーバー関連コンポーネントの専門的なテストラボとして、関連する問題の検証に対応する検証ノウハウを有しており、実際のアプリケーション環境を通じて、HDDがテストに合格できるかどうかを確認しました。次の図2は、検証を実行する準備が整ったサーバーの概略図です。実際のテストでは、サーバー内のすべてのHDDスロットにHDDが設置され、カスタマイズされたソフトウェアに従いファンの速度が制御されています。ファンの速度をさまざまなパーセンテージに設定した上で、同時にHDDでパフォーマンステストを実行し、テスト結果を記録しました。また、テスト実施前に、他の設備の振動による干渉を避けるため、テスト用HDDを安定したプラットフォームに置いた上でパフォーマンステストを実行し、結果を基準値として収集しました。パフォーマンステストの方法は、書き込みテストを行い、4K/256Kのブロックサイズと一致させることです。さまざまなブランドのHDDの違いを比較するために、メインブランドが製造するエンタープライズクラスのHDDを3つ選び、テストを実施しました。   ファンの速度は、最高速度の半分の速度、即ち50%の速度設定から始まり、その後10%ずつ徐々に高めていき、最終的にファンの最大速度に達しました。異なる速度範囲で、性能が基準値と大きく異なるかどうかを比較します。   A. 256KB [...]

サーバー調達品質の復号化 – 仕様要求編

Allion Labs / James Ou 前回の記事ではサーバー調達における品質の三大要件について、品質基盤（仕様要件）、ユーザーエクスペリエンス（性能要件）、メンテナンス費用（安定性要件）等の3つの側面に対応しているかどうかを説明し、購買部門にとって品質をどのように確認・検証すべきか、例を挙げて説明しました。今回ではユーザーシナリオから仕様要求、直面する課題とテスト効率できるテストツールを紹介いたします。 ユーザーシナリオ分析から見えてきた課題 まず、応用面から仕様要件について説明します。クラウドOTT（Over-the-Top）ストリーミングメディアアプリサービスを例に挙げれば、消費者が自宅で4K/UHD（Ultra HD）ストリーミングで動画を楽しむ場合、約20Mbpsのネットワーク速度が求められます（各OTTサービスプロバイダーのメディア圧縮技術によって異なります)。つまり、サーバー側は、消費者にサービスを届けるために、 2.5MB/s の帯域幅を提供する必要があります。 最も基本的なPCIe仕様で見れば、JOBD（Just a Bunch Of [...]