Sustainability

VMware でのサステナビリティ イノベーションの推進

ニコラ・ペイル=モールター（Nicola Peill-Moelter）博士

2022 年 2 月 9 日

 

現在、データセンターの電力消費量は世界の電力消費量の 1% にあたる、2,000 億 kWh となっています。暗号通貨、機械学習、ビッグデータのようにコンピュート負荷の高いテクノロジーの急速な広がりにつれ、この電力消費量は今後 10 年で 10 倍に膨れ上がる可能性があります。大量のエネルギーが消費されると、二酸化炭素排出量が増加し、2030 年までに炭素排出量を半減させるという世界規模での取り組みの妨げになります。この 10 年でワークロードとインターネット トラフィックはそれぞれ 8 倍と 12 倍になりました。しかし、SSD、RISC プロセッサー、仮想コンピューティング、冷却テクノロジーなどの、データセンターのハードウェアの進化や運用効率の向上により、データセンターの電力消費量は横ばいに保たれてきました。

ここで疑問となるのが、技術革新によって、二酸化炭素排出量の増加なしに、増大する需要を満たすことができるのかということです。VMware は、実現可能だと考えています。さらに、このような技術革新は、大きなビジネス上のコベネフィット（相乗便益）ももたらすと考えています。

このブログ シリーズの第 1 回、「世界のデジタル インフラストラクチャの脱炭素化の推進」で、私は、技術革新にとっての次のフロンティアはサステナブル コンピューティングである理由を明らかにしました。第 2 回の「サステナブル クラウドへの道」では、ワークロードのエネルギー効率と炭素効率を向上させてサステナブル コンピューティングを実現するための、以下に示す主要な 5 つの戦略について詳しく解説しました。

  1. エネルギー使用量と二酸化炭素排出量を可視化する
  2. ホストの使用率を最大限に高める
  3. エネルギー効率の高い IT ハードウェアを運用する
  4. コンピュート効率に優れた脱炭素指向のアプリケーションを設計する
  5. 再生可能エネルギーを使用してワークロードを実行する

最終回となる今回は、これらの分野で新たに公開された、進行中のサステナビリティ イノベーションをいくつか紹介します。

 

サステナブル コンピューティングの長い歴史

VMware は常にサステナビリティに全力で取り組んできました。VMware が提供するコンピュートの仮想化ソリューションを支える ESXi は、ワークロードの実行に必要な IT インフラストラクチャとデータセンター インフラストラクチャの大幅な削減を可能にすることから、本質的にサステナブルであると言えます。1998 年の ESXi のリリース以来、VMware はソフトウェアベースのストレージ（vSAN）やネットワーク（NSX）へと仮想化の対象を広げてきました。その結果、既存のホストのキャパシティを活用して、外部ストレージやネットワーク インフラストラクチャの必要性を減らすことができるようになりました。

VMware Cloud Foundation は ESXi と vSAN、NSX を組み合わせたソリューションであり、これらのコンポーネントを管理とセキュリティのレイヤーで統合することにより、オンプレミスに Software-Defined Data Center（SDDC）によるプライベートクラウドを展開します。VMware Cloud Foundation を使用することにより、お客様はパブリッククラウドと同程度に効率的な共有環境と使用率を達成できます。2020 年の IDC レポート（VMware の委託による IDC ホワイトペーパー『Enabling More Agile & Sustainable Business through Carbon-Efficient Digital Transformations』、2020 年 8 月）では、2003 年以降、VMware のコンピュート、ストレージ、ネットワークの仮想化テクノロジーを導入した世界中のお客様全体で、サーバ導入台数 1 億 4,200 万台、エネルギー消費 24 億メガワット、温室効果ガス排出量 12 億メトリックトンを削減できたと推定しています。これは、2019 年の世界の二酸化炭素排出量のおよそ 3% に相当します。

2020 年末に VMware は、2030 アジェンダの一環としてサステナビリティ イノベーションへの取り組みを強化しました。2030 アジェンダは、より公平、安全で持続可能な世界を実現するための、10 年間にわたる環境、社会、ガバナンス（ESG）への取り組みです。

 

エネルギー使用量と二酸化炭素排出量を可視化する

vRealize Operations の持続可能性ダッシュボード

vRealize Operations は、継続的なパフォーマンス、キャパシティ、コストの最適化を実現する統合運用プラットフォームを提供して、仮想環境、ハイブリッド環境、マルチクラウド環境の管理の自動化を支援しています。vRealize 8.6 の最新リリースには、炭素管理の機能が追加されており、ワークロードの仮想化による二酸化炭素排出量削減効果を数値で確認できます。また、ホストの二酸化炭素排出量も数値化されるほか、以下に示すような、二酸化炭素排出量（およびコスト）を削減するためのさらなる選択肢に関するインサイトが提供されます。

  • パワーオフ状態およびアイドル状態の仮想マシン、リンク切れのファイル、古いスナップショットの特定
  • 老朽化したハードウェアの特定
  • 仮想マシンのライトサイジング

vRealize 8.6 の詳細情報

グリーン指標：測定できないものは管理できない

ESXi の機能の 1 つである「グリーン指標」の長期的な目標は、ホスト、コンテナ、アプリケーション レイヤー、およびマルチクラウド環境全体のエネルギー使用量と二酸化炭素排出量を数値化、可視化することです。最新のサーバでは電力消費量（ワット数など）をリアルタイムで確認できますが、コンテナやアプリケーション レイヤーでの電力使用状況はわかりません。グリーン指標は、vSphere の既存のエネルギー使用量計測機能を利用して優れた監視と最適化の機能を提供して、クラウド運用およびアプリケーションに由来する二酸化炭素排出量の管理を可能にします。グリーン指標の最初のバージョンが搭載された vSphere 8.0 は、6 月にリリース予定です。


ホストの使用率を最大限に高める

クラウドでのディザスタ リカバリ

もしバックアップやディザスタ リカバリ（DR）、データセンターが必要なければ、企業はどれだけのエネルギー使用量、二酸化炭素排出量、インフラストラクチャ コストを削減できるか想像してみてください。残念ながら、これらは企業活動に必要であり、なくすことはできません。ただし、VMware Cloud Disaster Recovery（VCDR）ソリューションを導入することで、バックアップ機能に必要なインフラストラクチャを大幅に合理化して、DR 運用による二酸化炭素排出量を 80% 削減し、相当するコストを節約できます。DR に必要なキャパシティを素早く、容易に起動して DR のテストやフェイルオーバーを実行できるため、DR 用のインフラストラクチャを常時確保しておく必要がなくなります。さらに、VCDR は VMware Cloud on AWS で稼働します。AWS は 2025 年までにデータセンターを 100% 再生可能エネルギーで運用する「気候変動対策に関する誓約（The Climate Pledge）」を掲げており、VCDR によって二酸化炭素排出量の削減をさらに推進できます。

VCDR とその二酸化炭素排出量削減効果の詳細情報

SmartNIC での Software-Defined Data Center の実現

Project Monterey では、最新のスマートなネットワーク インターフェイス カード（SmartNIC）のハードウェア機能を活用して、VMware のコンピュート、ストレージ、ネットワークの仮想化、セキュリティ、管理機能をオフロードします。SmartNIC は、汎用 CPU（ARM プロセッサー）、アウトオブバンド管理、仮想化されたデバイス機能を備えた NIC です。このオフロードによってホストのコア CPU が解放されるため、より多くのビジネス アプリケーションをサポートしてパフォーマンスを高めるとともに、GPU、FPGA、ストレージなどのハードウェア コンポーネントのホスト クラスタ全体での共有を促進できます。これにより、ビジネス ワークロードのサポートに必要なホスト インフラストラクチャを最小限に抑えて、エネルギー消費と二酸化炭素排出量を削減できます。開発チームは現在、エネルギー消費量と二酸化炭素排出量の削減効果と、潜在的な設備投資コストと運用コスト削減の定量化に取り組んでいます。これらの指標については今後も随時お伝えします。

Project Monterey の早期アクセス プログラムに参加していただけます。詳細をご確認ください。

VM Desired State Configuration（VMDSC）

ホスト使用率低下の原因の 1 つは、必要以上の CPU やメモリを使用してプロビジョニングされた、オーバーサイジング状態の仮想マシンの存在です。このようなリソースは確保されたままになり、ほかのワークロードで使用できません。仮想マシンの CPU やメモリのオーバープロビジョニングはパフォーマンスの問題回避に役立つと考えられているため、よく行われています。ただし、概して、この手法では多くのリソースが未使用のまま確保された状態に置かれるため、コストの増大と二酸化炭素排出量の不必要な増加につながります。vRealize Operations と CloudHealth を使用するとオーバーサイジング状態の仮想マシンを簡単に特定できますが、修正は容易ではありません。これは、ある仮想マシンのライトサイジングを行うには、その仮想マシンをいったんシャットダウンし、再起動して新しい構成を有効にする必要があるからです。ビジネス オーナーとアプリケーション オーナーの連携を必要とするため、これには時間と手間がかかる場合があります。

ダウンロード可能な vCenter アプライアンスである VM Desired State Configuration（VMDSC）は、仮想マシンのサイズの変更を簡単に、低リスクで実行し、使用されていなかったアセットを有効活用できるようにして、この問題を解決します。これにより、既存のホストの実質的な使用率を高めて、新しいインフラストラクチャの導入ペースを遅らせることができます。VMDSC は新しいゲスト OS の再起動を待ち、新しい適切なサイズの仮想マシンの構成を有効化します。VMDSC では、サイズが不十分な仮想マシンの構成を拡張することもできます。vRealize Operations を使用している場合は、この管理ツールによってライトサイジングが必要な仮想マシンを特定した後、VMSDC API を呼び出して、選択した仮想マシンのライトサイジングのスケジュールを設定できます。VMDSC の詳細情報

vRealize Operations と VMDSC を使用したライトサイジング

ゾンビ状態の仮想マシンの検出

当初は特定の目的のためにデプロイされたが、現在は有効に活用されなくなった仮想マシンやサーバを、ここでは「ゾンビ」と呼びます。企業のクラウド環境にはゾンビが広く存在していることが知られています（サーバまたは仮想マシンの 15 ～ 50% 強）。これは、コスト面とセキュリティ面で大きなリスクとなるおそれがあるほか、無駄なインフラストラクチャのキャパシティ、エネルギー消費量、二酸化炭素排出量という形で、環境に大きな影響を与えます。たとえば、2019 年に行われたあるデータセンターの移行の際に、仮想マシンの 47% が使用されていなかったうえに、すでに非推奨となったバージョンであったことがわかりました。ゾンビは簡単に作成できる一方で、見つけるのが困難であるため非常に数多く存在します（皆さんのスマートフォンにインストールされているゾンビ アプリの数を考えてみてください）。VMware の vRealize Operations と CloudHealth は、パワーオフ状態の仮想マシンや CPU 使用率が低いかゼロの仮想マシンを見つけるのに役立ちます。しかし、ゾンビのなかにはアプリケーションの補助的なものとしてウイルス スキャン、パッチ適用、バックアップなどのアクティビティを実行し続けているものも少なくありません。このような「徘徊するゾンビ」は、アクティビティで判断すると、生産的な作業をしているように見えるため、既存のゾンビ検出ツールでは見逃されます。

この問題を克服するために、VMware では、仮想マシンを存続期間全体にわたって監視して、アクティビティが大幅に低下しその状態が持続するか否か、チェックする機能を検証しています。季節性のあるアクティビティや準周期的なアクティビティは、アクティビティのシグナルから除外されます。これ以外のアクティビティで、低下した状態が続く場合、その仮想マシンはゾンビ候補となり、さらに監視されます。複数のアクティビティ メトリック間でゾンビ状態に特徴的な動作との相関性が見られた場合、ゾンビ状態であるという確率が高くなります。通常の仮想マシンであっても長期間（数週間から数か月）休止状態になることがあるため、誤検出を最小限に抑えるには、ゾンビの検出は根気よく行う必要があります。仮想マシンが再びアクティブになった場合は、ゾンビ候補のリストから除外されます。VMware の最終目標は、お客様のクラウド環境内のゾンビ仮想マシンを特定して、発生した財務上のコストや二酸化炭素排出のコストを明確に示し、このようなコストや未使用のリソースを回収するための手段の選択肢（VMDSC など）を提供することです。現在 VMware では、検出アルゴリズムを向上させるために、お客様のデータを使用したテスト中です。

上の例では、メトリックの経時変化により、およそ 80% であった使用率が約 20% まで大幅に低下し、その状態で安定していることがわかります。赤の点線の縦棒は、変化点となる異常域を示しており、紫の点は異常域における予測変数の平均値の減少の軌跡を示しています。グレーの線は、予測変数の平均値の減少に対する非対称のエラー バーです。ある時点でグラフの線が十分に平坦になり、アクティビティが減少した状態が持続していることが確認できます。この例における新しい標準状態では、定期的に実行される小規模なアクティビティなどのバックグラウンド処理が残っているように見えます。このような残っているシグナルは、定期的なウイルス スキャンやパッチ更新などの生産的でないバックグラウンド処理に起因するものです。

Flowgate：データセンターの設備と IT 管理の統合

従来、データセンターと IT インフラストラクチャは、相互に強い依存関係があるにもかかわらず、別個のシステムとして管理されてきました。データセンター管理システムとデータには、データセンター インフラストラクチャ（DCIM）、アセット、IP、構成（CMDB）、設備のトポロジー、電力/環境などさまざまなものがあります。これらのシステムには、IT アプリケーション レイヤーの可視性がほとんどありません。同様に、IT 管理システムでは、データセンターの運用やサーバ外部の状態はわかりません。たとえば、データセンターの冷却システムは、サーバ アクティビティの増減による IT の熱負荷の変化に応じて動作しますが、ホット スポットに対処するために、単に冷気の送風量が増やされるだけです。その結果、どちらのインフラストラクチャも十分に最適化された状態で運用されることはありません。

ベンダーに依存しない、オープンソースの vRealize Operations プラグインである Project Flowgate は、設備と IT システムを統合して一元的に把握できるようにして、より効率的な運用管理を実現するのに役立ちます。Flowgate は、DCIM、CMDB、IT システムなどのさまざまなシステムからのメタデータとランタイム メトリックを取り込み、処理し、関連付けます。これらの 2 種類のデータ セットを 1 つのビューで表示することで、データセンター マネージャや IT マネージャは運用の最適化や管理をより容易に行えるようになります。IT 管理者は、vCenter や vRealize Operations などの IT インフラストラクチャ管理システムを使用して、この一元化された情報にアクセスできます。また、個々のサーバの電力供給、冷却能力、温度/湿度などのその他のリソースを確認および分析して、従来は不可能だった、設備の状態を考慮したさまざまな運用を行うこともできます。China Telecom 向けの Quarkdata との共同の取り組みでは、初期の成果として、冷却システムの電力を 35% 節約することができました。

Flowgate は、vRealize Operations 8.2 以降で、vRealize Operations 管理パックとして入手可能です。

 

コンピュート効率に優れた脱炭素指向のアプリケーションを設計する

サステナブル ソフトウェア開発

サステナブル コンピューティングのなかでも注目すべき新しい分野の 1 つが、サステナブル ソフトウェア開発（SSD）です。SSD では、次の 2 つの主な領域に重点が置かれています。1）効率的なソフトウェア設計、アーキテクチャ、コーディングによる、アプリケーション インスタンスの実行に必要なデータセンター インフラストラクチャの最小化、2）できる限りエネルギーがクリーンな時間帯および地域で実行される脱炭素指向のソフトウェアの設計。この目標に向けて、VMware は先頃 Green Software Foundation（GSF）に加盟しました。SSD の原則、ツール、ライブラリ、メトリック、SDK、標準の開発について理解を深め、貢献するためです。この取り組みはまだ始まったばかりですが、アプリケーションのモダナイゼーションに SSD を適用することで、お客様のエンタープライズ アプリケーションの実行に関わるコストと二酸化炭素排出量の削減を支援することを目指して、取り組みを進めています。

VMware の GSF 加盟については、こちらの記事をご覧ください。

開発者向けサステナビリティ ダッシュボード

ソフトウェア ビルドを分析するための開発者向けサステナビリティ ダッシュボードは、ビルド（サンドボックス ビルドおよび公式ビルド）に使用されるコンピュート リソースに対する開発者とマネージャの意識を高めることを目的として設計されたプロトタイプです。このリアルタイムのダッシュボードでは、これまで確認できなかった、ビルドに関する重要な情報（エネルギーや二酸化炭素排出量への影響など）を確認できます。これにより、開発チームがビルドの開発ライフサイクル全体を通して、サステナビリティを意識した意思決定を行えるようになります。

このダッシュボードは、ビルド プロセスで使用されるリソースを可視化して直感的にわかりやすく提示し、データとメトリックを示すことで、開発手法の変更を促すことを目的としています。製品チームはリーダーシップを取り、ソフトウェア開発に使用されるリソースについて理解し、情報に基づいてサステナビリティを意識した選択を行うことができます。

ビルド情報を表示する開発者向けサステナビリティ ダッシュボードのプロトタイプ

 

ワークロードの実行に再生可能エネルギーを使用する

Zero Carbon Committed

昨年 5 月、VMware は Zero Carbon Committed（ZCC）というパブリッククラウド パートナー イニシアティブを立ち上げました。VMware は特定のクラウドに依存しない唯一のクロスクラウド プラットフォームとしてお客様が脱炭素化の目標を達成するのを支援し、持続可能な未来に向かって共に歩んでいけるようなパートナーとなれるよう、独自のポジションを確立しています。私たちにはパブリッククラウド パートナー エコシステムを通してデジタル インフラストラクチャの脱炭素化を推進する大きなチャンスがあります。

ZCC では、データセンターのエネルギー効率を高め、100% 再生可能エネルギーを使用することにより、2030 年までにすべての VMware のパブリッククラウドの炭素排出量をゼロにすることを目標に掲げています。VMware のポータルにより、お客様は、2030 年までにデータセンターの電力を 100% 再生可能エネルギーに切り替えること、またはカーボン ニュートラルを達成することを目標とする VMware の Zero Carbon Committed プロバイダーを簡単に見つけることができます。これらのパートナーは、VMware の仮想コンピュート、仮想ストレージ、仮想ネットワークのソリューションと、優れたホスト使用率と高いパフォーマンスを実現するマルチテナンシーをサポートする VMware Cloud Director を使用して、非常に効率的な運用を行っている企業でもあります。

https://cloud.vmware.com/providers/jp/zero-carbon

 

持続可能な未来に向けて  

ここでご紹介したプロジェクトは、VMware で進められているサステナビリティ イノベーションのほんの一例にすぎません。インターネット トラフィックとワークロードが急速に増加している現状を踏まえ、過去 10 年で達成した以上の効率性向上を実現し、炭素排出量ゼロに向けて前進するには、IT インフラストラクチャ、データセンター インフラストラクチャ、ソフトウェア、エネルギー調達など、世界のクラウド運用のすべてのレベルでサステナビリティを最優先に考え続ける必要があります。これは、VMware の従業員、お客様、そしてパートナーがコラボレーションを通じて共同でイノベーションを実現する継続的な取り組みです。力を合わせて、より良い未来を実現していきましょう。

 

*免責事項：新しいテクノロジーの概要情報は、VMware が製品/サービスにこれらの機能などを搭載することを約束するものではありません。この記事に記載されている製品の特長や機能は現時点で開発段階の可能性があり、技術的な実現可能性や市場のニーズによって最終的な製品に影響が及ぶ場合があります。この記事に記載されている機能などは変更される場合があるため、いかなる種類の契約書、注文書、または販売契約書にも記載されてはならないものとします。この記事には、サードパーティが作成し管理する VMware 以外の Web サイトへのハイパーリンクが含まれている場合があります。これらの Web サイトのコンテンツについては、サードパーティが全責任を負います。

 

ニコラ・ペイル=モールター（Nicola Peill-Moelter）博士

モールター博士は VMware Office of the CTO のサステナビリティ イノベーション ディレクターです。製品チームおよび R&D チームと連携して、製品と運用の効率性向上に取り組んで、お客様と VMware がサステナビリティの目標に向かって前進できるよう支援しています。

 

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