ワークロードとは何ですか？
情報技術（IT）において、ワークロードとは、インフラ環境内でITリソースを消費する計算処理、アプリケーション、サービス、またはプロセスを指します。これらのリソースには、処理能力、メモリ、ストレージ容量、ネットワーク帯域幅などが含まれます。ビジネスアプリケーションの実行から人工知能モデルの処理に至るまで、あらゆるデジタル操作は、基盤となるハードウェアおよびソフトウェアシステム上で動作するワークロードとなります。
ワークロードは、インフラストラクチャの利用方法を決定づけるものです。ワークロードによって、必要なパフォーマンスのレベル、システムの拡張方法、データの保存および移動方法、そして可用性と回復力の維持方法が決定されます。エンタープライズ環境において、ワークロードは、従来のビジネスアプリケーションやエンタープライズWebワークロードから、大規模な分析、仮想化、ハイパフォーマンスコンピューティング（HPC）、人工知能（AI）を活用したサービスに至るまで多岐にわたります。
IT環境の進化に伴い、ワークロードはもはや単一のサーバーやデータセンターに限定されなくなりました。ワークロードは、自社管理のデータセンター、パブリッククラウド環境、ハイブリッド環境、エッジ拠点など、さまざまな場所で実行される可能性があります。各ワークロードには、演算負荷、メモリ消費量、レイテンシへの感度、ストレージのスループット要件、スケーラビリティの要件など、インフラストラクチャの設計に影響を与える固有の特性があります。
ワークロードとは何か、またさまざまなワークロードがどのように振る舞うかを理解することは、効率的でスケーラブルかつエネルギー効率に優れたITシステムを設計するための基礎となります。
ITワークロードの種類
ITワークロードは、サポートするアプリケーション、処理するデータ、および求められるパフォーマンスレベルによって大きく異なります。計算能力を高度に必要とするワークロードもあれば、ストレージ容量、メモリ帯域幅、あるいは低遅延のネットワークを優先するワークロードもあります。ワークロードの分類を理解することで、組織はインフラストラクチャのリソースを、運用上のニーズ、スケーラビリティの目標、および効率性の目標に合わせて最適化することができます。以下のセクションでは、現代のエンタープライズ、クラウド、およびエッジ環境で見られる主なワークロードの種類について概説します。
計算負荷の高いワークロード
計算負荷の高いワークロードは、複雑な計算や大量の並列タスクを実行するために、処理能力に大きく依存しています。これらのワークロードは、中央処理装置（CPU）やグラフィックス処理装置（GPU）のリソースを大量に消費し、HPC、科学シミュレーション、金融モデリング、メディアレンダリングなどでよく見られます。
人工知能（AI）や機械学習（ML）のトレーニングワークロードもこのカテゴリーに含まれます。特に、大規模なデータセットや深層ニューラルネットワークが関与する場合に当てはまります。こうした環境では、並列処理を高速化し、パフォーマンス効率を向上させるよう設計された、GPUに最適化されたシステムが有効に活用されることがよくあります。
エンタープライズWebワークロード
エンタープライズWebワークロードは、Webベースのアプリケーション、eコマースプラットフォーム、コンテンツ管理システム、および業務を支えるアプリケーションプログラミングインターフェース（API）をサポートします。これらのワークロードは、変動するトラフィックパターンに対応し、高可用性を維持するとともに、増加するユーザーの需要に対応するために水平方向に拡張する必要があります。
これらは通常、仮想化環境やコンテナ環境で動作し、分散型インフラストラクチャ全体に展開されます。一貫したパフォーマンスとスケーラビリティを確保するため、企業では、エンタープライズデータセンターにおける高密度展開と信頼性の高い稼働時間を想定して設計された、スケーラブルなラックマウント型システムを採用することがよくあります。
メモリを大量に消費するワークロード
メモリを多用するワークロードでは、データをリアルタイムで処理するために、大容量のメモリと高い帯域幅が不可欠です。インメモリデータベース、リアルタイム分析プラットフォーム、およびキャッシュシステムでは、レイテンシを最小限に抑え、トランザクション速度を向上させるために、RAMに保存されたデータへの高速なアクセスが必要です。
これらのワークロードは、特にメモリアーキテクチャやシステム構成の影響を受けやすいものです。適切なリソース割り当てを行うことで、継続的な需要や予測不可能な需要の下でも、パフォーマンスを安定させることができます。
ストレージ集約型のワークロード
ストレージ集約型のワークロードでは、大容量のストレージシステム、高速な入出力性能、およびデータの耐久性が重視されます。例としては、ビッグデータ分析、バックアップおよび災害復旧環境、データレイク、ビデオアーカイブ、エンタープライズファイルシステムなどが挙げられます。
このようなワークロードには、高スループットのストレージアーキテクチャや、NVMeやソフトウェア定義型ストレージなどの技術への対応が必要となる場合があります。大容量のストレージプラットフォームを基盤としたインフラストラクチャは、大規模かつ増え続けるデータセットを効率的に管理するために必要なパフォーマンスとスケーラビリティを提供できます。
クラウドネイティブおよび分散ワークロード
クラウドネイティブなワークロードは、コンテナ、マイクロサービス、オーケストレーション・フレームワークといった最新のアプリケーションアーキテクチャを用いて設計されています。これらのワークロードは、単一のモノリシックなアプリケーションとして動作するのではなく、個々にスケーリングが可能で、システム全体に影響を与えることなく更新できる、小規模で独立したサービスで構成されています。
分散コンピューティングモデルは、処理を複数のシステムに分散させることで、耐障害性と拡張性を高めます。こうしたアーキテクチャを支えるインフラストラクチャでは、クラスタ型コンピューティング環境において、リソース効率、耐障害性、および水平方向の拡張性を向上させるため、マルチノード・サーバー・アーキテクチャが活用されることがよくあります。
エッジワークロード
エッジワークロードとは、データが生成される場所の近くでデータ処理を行う必要があるアプリケーションのことです。こうしたワークロードは、一般的にレイテンシや帯域幅の影響を受けやすく、通信、小売業務、製造システム、医療環境、スマートインフラの導入などでよく見られます。
エッジワークロードは、集中管理された施設の外で動作することが多いため、分散環境でも機能する、コンパクトで信頼性の高いインフラストラクチャが必要となります。導入にあたっては、ローカルでの処理と業務の継続性をサポートするように設計されたエッジコンピューティングシステムが活用される場合があります。
作業負荷の特性とリソース要件
各ワークロードには固有の技術的特性があり、それによってインフラストラクチャの設計方針が決まります。これらの特性は、プロセッサの選定、メモリ容量、ストレージ構成、ネットワーク帯域幅、およびシステム密度に影響を与えます。ワークロードの挙動を理解することで、組織は効率性と拡張性を維持しつつ、リソースをパフォーマンスの期待値に合わせて最適化することができます。
コンピューティング需要は、多くの場合、最も目に見える要因です。AIのトレーニング、モデリング、高度な分析には、GPUに最適化されたサーバーによる高速処理が必要ですが、従来のエンタープライズアプリケーションでは、バランスのとれたCPU性能と仮想化機能が優先される場合があります。
メモリ要件も同様に重要です。インメモリデータベースやリアルタイム分析プラットフォームは、パフォーマンスのボトルネックを回避するために、大容量のメモリと高い帯域幅を必要とします。大規模なデータベースやデータレイクなどのストレージ集約型ワークロードでは、データ量が増加しても応答性を維持するために、大容量ストレージプラットフォーム上に構築された、安定したスループットと拡張性のあるアーキテクチャが求められます。
スケーラビリティは、ワークロードの設計にも影響を与えます。分散型およびクラウドネイティブなアプリケーションは、水平スケーリングや需要の変動に対応するため、多くの場合、マルチノードのサーバーアーキテクチャやクラウドネイティブなインフラストラクチャプラットフォームに依存しています。
ワークロードの実行環境：データセンター、クラウド、ハイブリッド、エッジ
現代のワークロードは、ビジネス目標、規制要件、パフォーマンスへの期待、およびコスト面での考慮事項に応じて、さまざまな環境に展開することができます。ワークロードの種類がアプリケーションの動作を定義する一方で、展開モデルはそれらのワークロードがどこで稼働するかを決定します。
オンプレミス・データセンターのワークロード
オンプレミス展開により、組織はインフラストラクチャ、セキュリティポリシー、およびコンプライアンス管理を完全に制御することができます。ミッションクリティカルなデータベース、エンタープライズリソースプランニング（ERP）システム、および社内向けWebワークロードは、予測可能なパフォーマンスと高可用性を実現するように設計された、専用の企業データセンター内で運用されることが多くあります。
ブレードサーバーや拡張性の高いラックマウント型システムを基盤としたインフラストラクチャは、高密度な導入、一元的な管理、そして長期的なインフラ計画を実現します。
パブリッククラウド上のワークロード
パブリッククラウド環境は、弾力的な容量と従量課金型の料金体系を提供します。組織は、迅速なスケーラビリティ、地理的な分散、あるいは設備投資の削減が優先事項となる場合、ワークロードをパブリッククラウドに展開します。
パブリッククラウドの導入環境は、通常、仮想化、コンテナ化、および大規模なリソースプール化を想定して設計されたインフラストラクチャ上に構築されています。
ハイブリッドクラウドのワークロード
ハイブリッド展開では、オンプレミスとパブリッククラウドのインフラストラクチャを組み合わせることで、組織や企業は、パフォーマンス、コスト、データの主権、または規制要件に基づいてワークロードを配置できるようになります。このモデルにより、機密性の高いシステムに対する管理を維持しつつ、ワークロードの動的な移動が可能になります。
ハイブリッドエンタープライズ戦略では、環境を問わず一貫して稼働し、ワークロードの移植性とバランスのとれたリソース配分をサポートできる、拡張性の高いインフラストラクチャが不可欠です。
エッジ展開
エッジ展開は、インフラストラクチャを集中型データセンターの外へと拡張し、ユーザー、デバイス、またはデータソースに近い場所でリアルタイム処理を実現します。企業は、レイテンシの低減、帯域幅の消費削減、およびアプリケーションの応答性向上を図るために、エッジ戦略を採用しています。
こうした環境では、分散運用やスペースに制約のある場所向けに設計されたエッジコンピューティングプラットフォームが頻繁に活用されています。
ワークロードの管理と最適化
ワークロード管理とは、アプリケーションやサービス全体でコンピューティングリソースを効率的に割り当てるために用いられるプロセスや技術を指します。組織がデータセンター、クラウド環境、エッジ拠点などでますます多様なワークロードを運用するにつれ、パフォーマンス、信頼性、およびコスト管理を維持するためには、効果的な管理が不可欠となります。
ワークロード管理の本質は、リソースの利用状況を監視し、演算リソースとメモリの割り当てのバランスを調整し、インフラストラクチャを過剰にプロビジョニングすることなく、アプリケーションに必要な容量を確保することにあります。仮想化プラットフォームやコンテナオーケストレーションフレームワークにより、動的なリソース配分が可能となり、ワークロードはリアルタイムの需要に応じてスケールできるようになります。この伸縮性は、トラフィックパターンが変動しやすいエンタープライズWebワークロードやクラウドネイティブアプリケーションにとって、特に重要です。
最適化は、単なるスケーリングにとどまりません。これには、ワークロードの要件とシステムアーキテクチャを整合させ、ワットあたりのパフォーマンスを向上させ、レイテンシを低減し、スループットを高めることが含まれます。計算負荷の高いアプリケーションでは、GPU最適化サーバーによる高速処理の恩恵を受けることができます。一方、データ集約型の環境では、一貫した入出力パフォーマンスを実現するために設計された大容量ストレージプラットフォームが不可欠です。分散型アプリケーションでは、耐障害性とリソース効率を向上させるために、マルチノードのサーバーアーキテクチャがしばしば採用されます。
ワークロードの挙動とインフラのパフォーマンスを継続的に評価することで、組織はリソースの利用率を向上させ、運用コストを削減し、IT環境が変化するビジネスニーズに確実に対応できるようにすることができます。効果的なワークロードの最適化は、予測可能な運用とエネルギー効率の高い運用を維持しつつ、最終的にはスケーラブルな成長を可能にします。
ワークロードの重要度、セキュリティ、およびインフラストラクチャの設計
すべてのワークロードが同程度のビジネスへの影響をもたらすわけではありません。収益創出や重要な業務を直接支えるアプリケーションもあれば、社内利用や開発目的のアプリケーションもあります。そのため、インフラストラクチャに関する決定においては、ワークロードの優先度、許容リスク、パフォーマンス要件、および規制上の義務を反映させる必要があります。ワークロードの重要度を評価することで、組織はシステムアーキテクチャを、サービスレベルの期待値、セキュリティ基準、および長期的な運用戦略と整合させることができます。
ワークロードの重要度とサービスレベル
ワークロードは、通常、事業継続性に対する重要度に応じて分類されます。トランザクションデータベースや企業の基幹Webワークロードなどのミッションクリティカルなワークロードには、高可用性、最小限のレイテンシ、および厳格な稼働時間の保証が求められます。ビジネスクリティカルなワークロードは、限られたダウンタイムは許容できるものの、依然として信頼性の高いパフォーマンスが求められます。開発やテスト環境を含むノンクリティカルなワークロードでは、通常、リソースの割り当てにおいてより柔軟性を持たせることができます。
サービスレベル契約（SLA）では、パフォーマンスのベンチマーク、稼働率の目標、および復旧目標が定義されます。これらの要件を満たすためには、多くの場合、ブレードサーバープラットフォームやマルチノードアーキテクチャを基盤とした、冗長化、クラスタリング、およびフォールトトレラントなアーキテクチャが採用されます。インフラストラクチャをワークロードの優先順位に合わせて調整することで、リソースを適切に割り当てると同時に、運用リスクを最小限に抑えることができます。
セキュリティおよびコンプライアンス要件
ワークロードの特性は、導入およびインフラストラクチャの設計に大きな影響を及ぼします。規制対象、機密、または専有データを処理するアプリケーションは、厳格なセキュリティおよびコンプライアンス基準を遵守する必要があります。これらの要件には、暗号化、アクセス制御、ワークロードの分離、監査ログ、およびデータ居住地ポリシーなどが含まれる場合があります。
規制上の義務を遵守するため、特定のワークロードは管理されたオンプレミス環境に留めておく必要がありますが、その他のワークロードはハイブリッド環境やクラウド環境内で運用することが可能です。機密性の高いアプリケーションを支えるインフラストラクチャは、パフォーマンスを損なうことなくデータの完全性と可用性を維持できるよう設計されなければなりません。一部のラックマウント型システムを含め、安全かつスケーラブルな導入を目的として設計されたプラットフォームは、組織がセキュリティと運用効率のバランスを取るのに役立ちます。
階層型インフラストラクチャ設計
組織では、システムの能力とワークロードの重要度やパフォーマンス要件を適切に整合させるため、階層型インフラストラクチャ戦略を導入することがよくあります。
ティア1ワークロード
ティア1のワークロードとは、最高の可用性、耐障害性、およびパフォーマンスの一貫性が求められるミッションクリティカルなアプリケーションのことです。こうした環境では、継続的な稼働を目的として設計された、高度な冗長性を備えたアーキテクチャやエンタープライズグレードのシステムが採用されることが多くあります。
ティア2ワークロード
ティア2のワークロードは重要な業務機能を支えていますが、メンテナンス時や予期せぬ事態が発生した際には、限定的なダウンタイムが許容される場合があります。このティアのインフラストラクチャは、通常、信頼性を維持しつつ、パフォーマンスとコスト効率のバランスをとっています。
ティア3ワークロード
ティア3のワークロードには、開発、テスト、アーカイブ、または非必須のサービスが含まれます。これらのワークロードでは、コストの最適化とリソースの統合が優先され、アーカイブやバックアップを主目的とするアプリケーション向けの大容量ストレージシステムなど、共有システムや低密度のシステム上で稼働することが多いです。
階層型インフラストラクチャ設計を導入することで、組織はパフォーマンス、セキュリティ、および投資レベルをワークロードの優先度に合わせて調整でき、ミッションクリティカルなシステムには適切なリソースを確実に割り当てつつ、重要度の低いアプリケーションについてはコスト効率を維持することができます。
よくあるご質問
- ワークロードとアプリケーションの違いは何ですか？
アプリケーションとは、特定のタスクを実行するソフトウェアプログラムのことです。ワークロードとは、1つ以上のアプリケーション、サービス、およびプロセスによって生成される総計算需要を表すもので、計算リソース、メモリ、ストレージ、およびネットワークリソースの合計消費量によって測定されます。 - エンタープライズWebワークロードとは何ですか？
エンタープライズWebワークロードとは、eコマースプラットフォーム、顧客ポータル、APIなど、中核的なビジネス機能を支えるWebベースのアプリケーションで構成されるものです。これらのワークロードは、変動するユーザー需要や収益に影響を与える業務に対応するため、高可用性、スケーラビリティ、そして安定したパフォーマンスが求められます。 - ワークロードの自動化とは何ですか？
ワークロードの自動化とは、ソフトウェアツールを使用して、手動による介入なしにコンピューティングタスクのスケジュール設定、実行、および管理を行うことです。ジョブの依存関係、リソースの割り当て、スケーリング活動を調整することで、組織の効率向上、エラーの削減、そして一貫した運用パフォーマンスの維持を支援します。 - クラウドワークロードとは何ですか？
クラウドワークロードとは、パブリッククラウド、プライベートクラウド、またはハイブリッドクラウド環境で実行されるアプリケーションやサービスのことです。これらのワークロードは通常、仮想マシンやコンテナを利用し、弾力的なスケーラビリティと分散型リソースの可用性というメリットを享受します。 - ミッションクリティカルなワークロードとは何でしょうか？
ミッションクリティカルなワークロードとは、中核的な事業運営に不可欠なアプリケーションのことです。ダウンタイムやパフォーマンスの低下は、重大な財務的・業務上の影響をもたらす可能性があるため、高可用性、冗長性、明確な復旧目標、そして厳格なサービスレベル契約が求められます。 - ワークロードはインフラストラクチャの設計にどのような影響を与えるのでしょうか？
ワークロードは、演算負荷、メモリ使用量、ストレージのスループット、レイテンシへの感度、およびスケーラビリティの要件に基づいて、インフラストラクチャの要件を決定します。これらの要素を理解することで、適切なパフォーマンス、信頼性、およびコスト効率を実現するシステムを設計することができます。 - ワークロードのスケーラビリティとは何ですか？
ワークロードのスケーラビリティとは、アプリケーションが変動する需要に対応する能力のことです。システムリソースを増やすことで垂直方向に拡張したり、タスクを複数のシステムに分散させることで水平方向に拡張したりすることで、一貫したパフォーマンスを維持することができます。