【ホワイトペーパー】ワークロードを統合するモジュラーエッジコンピューティング～エッジはモジュール式

ホワイトペーパー エッジはモジュール式 ワークロードを統合するモジュラーエッジコンピューティング

1 ワークロードを統合するモジュラーエッジコンピューティング エッジはモジュール式 産業用エッジサーバの設計は、広範なタスクを実行できるようにするために、非常に柔軟でなければ なりません。 さまざまなインダストリー4.0のワークロードを統合するために、ますます仮想マシンが使 用されています。コンピュータ・オン・モジュールは、アプリケーションによってコンピューティング能力 を適合させる柔軟性を提供し、ロードバランスの他にアプリケーション固有のプライス・パフォーマンス のバランスも実現します。 過去には主にデータセンターサーバの 仮想化に限定されていたワークロードの 統合は、 環境条件の整ったサーバキャビ ネットに限定されなくなりました。現在、 環境条件が良くない産業のエッジでも需 要が高まってきていて、機械やシステムの メーカーのみならず、 エンドユーザもロ ーカルエッジサーバでインダストリー4.0 アプリケーションを仮想化したいと考え ています。 それと同時に、 制御タスクを 複数の専用システムに割り当てるのでは なく、 製造セル全体に分散されているさ 小さなLoRaゲートウェイからスマートグリッドエッジサーバや産業用ラックサーバまで、多くのメーカーがすで まざまな制御を、これらのエッジサーバ に革新的なモジュラーエッジサーバシステムを構築しています。 に統合したいとも考えています。 このよ うなアプローチにより、総合的にコンピ ューティングパフォーマンスをより有効に活用できるようになり、 最終的にコストを節約できます。 システムコストの他に、 メンテナンスと管理の労力も削減されます。 さらに、 冗長設計されたエッジサーバ やフォグサーバによるワークロードの統合は、 信頼性とフェイルセーフの向上にも役立ちます。なぜなら、 複数の分散システムを使用した場合には、 チェーン内のリンクがフェイルする可能性が高くなり、 つまりは チェーン全体がフェイルすることになるためです。 ヘテロジニアスで特定のアプリケーション用のエッジサ ーバとフォグサーバを開発できるようにするために、 開発者は強力なリアルタイムハイパーバイザと、 その アプリケーションに最適なマルチコアプラットフォームを必要としています。 どのサーバプラットフォームで ハイパーバイザが実行されるかで違いは生じないため、 モジュラーハードウェアの設計が、ロードバランス とアプリケーション固有のプライス・パフォーマンスのバランスを実現するための最初のステップです。 この ようなモジュラーハードウェアアプローチは、 小型のゲートウェイから大規模な産業用サーバまで、 多くの エッジシステムで見られます。 LoRa用LPWANゲートウェイ 低消費電力のセグメントにおける良い例は、Expemb社のLoRaゲートウェイです。 さまざまなLoRaシナリ オで使用できるように設計されており、 同様にさまざまなエッジロジックの実装を可能にする必要があり ます。 たとえば、工場環境では、LoRaを使用して自律型スマートIoTセンサを接続したり、商品の内部フロ ーを監視し、 最適化するために、ロードキャリアを追跡したりします。 ゲートウェイはコンピュータ・オン・モ ジュール（この場合は Intel® Atom® プロセッサを搭載したQsevenモジュール）を使用しているため、 LoRa ベースのIoTアプリケーションの最もヘテロジニアスの技術要件に対応するために、 ハードウェアとソフト ウェアの両方とも容易にカスタマイズできる柔軟なハードウェアセットアップを提供します。 これによりロ ードバランスに加えてアプリケーション固有のプライス・パフォーマンスのバランスも可能になります。

2 ワークロードを統合するモジュラーエッジコンピューティング スマートグリッド用エッジサーバ ボックスPCのようなエッジサーバにも 高い柔軟性が要求されます。 たとえば 中国では現在エネルギー市場向けに、 Tencent社のIoTパートナーと協力して、 分散型スマートグリッド管理システムの 完全にモジュール化されたエッジサーバとフォグサーバは、リアルタイムのハイパーバイザをサポートし、サーバ・オン・モ エッジレイヤーの展開を進めています。 ジュールを使用して、ロードバランスに加えて、アプリケーション固有のプライス・パフォーマンスのバランスを実現します。 この種のエッジサーバは、 工場や工業団 地の分散型の発電機と消費者を管理できるように設計されている必要があり、設置されている機器は常 にヘテロジニアスであるため、 ハードウェアもモジュラー設計である必要があります。 この例では、COM Express Type 7 コンピュータ・オン・モジュールが使用されています。最初のシステムに組み込まれたモ ジュールは、最大16コア、32スレッドの Intel® Xeon® D15xxプロセッサを搭載しています。 代替は、 Intel® Atom® C3xxxプロセッサを搭載したバージョンです。 これらのプロセッサは最大16コアで、さまざまなワー クロードを統合する必要がある、すべての用途に最適です。 当然、 Xeon® プロセッサを使用するかAtom® プロセッサを使用するかで、エネルギー消費とコストの両方で大きな違いがあります。 過酷な環境向けのモジュラーラックサーバ ロボットシステムや、 生産セル、複雑なパッケージング、工作機械などを制御するための投資コストを削減 するために、標準化されたコンピュータ・オン・モジュールを使用して、 はるかに強力なモジュラーラックサ ーバを構築することも、もちろん可能です。 このようなモジュラー設計の例としては、 COM Express Type 7 サーバ・オン・モジュールのインテグレーションに成功し、新しいCOM-HPCモジュール規格に基づいた設 計をすでに計画しているChristmann社などのサプライヤのサーバです。 特定用途に最適な設計のベー スを提供することの他に、 これらのサーバが有利なのは、 将来のニーズに対応するためにパフォーマンス のアップグレードが可能な高いスケーラビリティです。 急速な技術の進歩により、3〜5年後に第2世代の サーバが必要になることは間違いなく、 そのコストは最初の投資の約半分になると予想されます。 これ は、ほとんどの場合、交換が必要なのはプロセッサモジュールだけだからです。 そして、TCO（Total Cost of Ownership：総保有コスト）を最大限に節約するために、 Christmann社のラックマウントサーバは柔軟な 構成で最大で27個のCPUマイクロサーバを実装することができます。 これらの3つの例は、コンピュータ・ オン・モジュールとサーバ・オン・モジュールがエッジゲートウェイとエッジサーバに寄与する大きな利点を 示しています。 リアルタイムワークロード統合キット リアルタイムのハイパーバイザのサポートがなければ、それは ソリューションの半分にすぎません。 ハードウェアに適切なソ フトウェアのサポートも提供する必要があります。 そのために コンガテックはIntel社、および Real-Time Systems社と協力 して、ワークロード統合用の Intel 社認定の RFP（Ready For Production：量産向け）キットを開発しました。 このキットは 2020年3月からIntel社の認定を受けており、 ディープラーニン グベースのAIアルゴリズムを使用した状況認識など、 複数の タスクを並行して実行する必要がある、 次世代の画像ベース の協調型ロボット、 自動化コントローラ、 自動運転車を対象と しています。 ソリューションレディのプラットフォームは、Intel® Xeon® E2プロセッサを搭載したCOM Express Type 6モジュー コンガテックのリアルタイムワークロード統合スターターキット は、Intel® Xeon® E2 プロセッサを搭載したCOM Express Type 6モジュ ルを使用しており、 あらかじめコンフィグレーションされた3つ ールとReal-Time Systems社のRTS Hypervisorにより構成されます。 のバーチャルマシンを統合し、別のシステムアプリケーションが再起動されている間でも、 バーチャルマシ

3 ワークロードを統合するモジュラーエッジコンピューティング ンでリアルタイムアプリケーションを実行できることを実演します。 ただし、このプラットフォームは将来性 の実証で、ワークロードの統合を最も効率的にサポートでき、 お客様独自設計のキャリアボードを介して、 柔軟な接続に必要なすべてのベースも提供します。 Time-Sensitive Networking（TSN）のサポート このキットは Time-Sensitive Networking（TSN）をサポートしており、これは、工場において5Gテクノロジ ーと10+ GbEネットワークが導入されることにより実現する、 タッチインターネット（Tactile Internet）環 境におけるリアルタイム処理に不可欠になりつつあります。 TSNテクノロジーは多くの規格で構成され、 VLANオーバーイーサネットのIEEE 802.1q、最小伝送遅延を保証するためにIEEE 802.1Qbvで標準化され たTime-Aware Shape（r TAS）、 IEEE1588で定義されているPrecision Time Protoco（l PTP）を使ったリア ルタイム同期などが含まれています。PTPはノード間の時刻同期をとる役割を担っています。 マスターが時 刻を設定し、独立したスレーブは、2桁のナノ秒の精度でクロックを同期します。 この同期されたクロック をベースに、パケットにタイムスタンプを付けて送 信することができます。 これは、 PTPネットワーク が2桁のナノ秒の精度で同期できることを意味し、 当然IPパケットの伝送時間もアプリケーションの リアルタイム動作に影響を与えます。 I219Intel Ethernetインタフェースの場合、クロック同期は 100％この規格に基づいています。 この機能がハ ードウェアに付加されていることにより、追 加の特 別なアプリケーションや専用ハードウェアを必要 としないという、二重のアドバンテージが得られま す。 リアルタイムワークロード統合スターターキッ トは、コンガテック、ま たはIntel Marketplaceから 注文できます。 Time-Sensitive Networking は、ワークロードの統合を補完します。 これにより、標準の イーサネットでリアルタイム制御が可能となり、リアルタイムの5Gを介してタッチインター ネットのセッションを実行することができます。 著者: ダン・デマーズ（Dan Demers）、congatec社

コンガテック（congatec）について コンガテック（congatec）は、標準フォームファクタのCOM Express、Qseven、SMARCを使用した産業用コンピュータモジュー ル、およびシングル・ボード・コンピュータとカスタマイズサービスのリーディングサプライヤーです。 コンガテックの製品は、産 業オートメーション、医療、エンターテインメント、輸送、テレコミュニケーション、試験と計測、POSなど、さまざまな産業とアプリ ケーションで使用できます。 コア知識と技術的ノウハウには、独自の拡張BIOS機能と、包括的なドライバとボード・サポート・パ ッケージが含まれます。 設計フェーズに続いて、お客様は長い製品ライフサイクル管理を通じてサポートを受けることができま す。 コンガテックの製品は、最新の品質基準に従って専門のサービスプロバイダーによって製造されています。 コンガテックは、 ドイツのデッゲンドルフに本社を置き、現在、米国、台湾、中国、日本、オーストラリア、英国、フランス、チェコ共和国に事業拠点 を置いています。 詳細については、当社の Web サイト www.congatec.com/jp または LinkedIn, Twitter YouTube をご覧くださ い.。 本社 congatec GmbH Auwiesenstraße 5 94469 Deggendorf Germany Phone +49 (991) 2700-0 info@congatec.com www.congatec.com 子会社 congatec Asia Ltd. congatec, Inc. コンガテックジャパン株式会社. congatec China Technology Ltd. 2F., No.186, Sec. 3, 6262 Ferris Square 〒105-0013 東京都 港区 浜松町1-2-7 Sunyoung Center, 901 Building B, Chengde Rd. San Diego ユニゾ浜松町一丁目ビル301 No. 28 Xuanhua Road, Changning District, 10366 Taipei, Taiwan CA 92121 USA Phone +81 (3) 6435-9250 Shanghai 200050, China Phone +886 (2) 2597-8577 Phone +1 (858) 457-2600 sales-jp@congatec.com Phone +86 (21) 6025-5862 sales-asia@congatec.com sales-us@congatec.com www.congatec.jp sales-asia@congatec.com www.congatec.tw www.congatec.us www.congatec.cn congatec Australia Pty Ltd. congatec Korea Ltd. Real-Time Systems GmbH Unit 2, 62 Township Drive Mr. Yoonsun Kim Gartenstrasse 33 West Burleigh (Yatap-Dong), #707, 88212 Ravensburg Queensland 4219, Australia 42, Jangmi-ro, Bundang-gu, Germany Phone +61 (7) 5520-0841 Seongnam-si, Gyeonggi-do, Phone +49 (751) 359558-0 sales-au@congatec.com South Korea info@real-time-systems.com www.congatec.com Phone: +82 (10) 2715-6418 www.real-time-systems.com yoonsun.kim@congatec.com セールスオフィス France United Kingdom / Ireland Nordics & Baltics Mr. Luc Beugin Mr. Darren Larter Mr. Anders Rasmussen Phone: +33 6 44 32 70 88 Phone: +44 784 581 4792 Phone: +45 285 649 92 cfr-sales@congatec.com cuk-sales@congatec.com cdk-sales@congatec.com