サーバーレスはクラウドコンピューティングの未来

翻訳者 |徐磊

校正：孫淑娟

クラウドコンピューティングは登場以来、さまざまな進化を遂げてきましたが、その中でもコスト要因がクラウドコンピューティングの進化の重要な原動力となってきました。近年のクラウドコンピューティングの急速な発展に伴い、ついにサーバーレスという新たな原動力が出現し、再びクラウドコンピューティングの進化を牽引することになるでしょう。この記事では、サーバーレスがクラウドコンピューティングの未来であるという見解を示し、次の前提に基づいてこの議論を展開し、新しいビジョンを描きます。

クラウドコンピューティングは、現代の接続された世界の中心にあります。ほとんどのアプリケーションは、クラウドコンピューティングを使用してデータを収集および処理し、エッジデバイスに必要な情報を構築します。
クラウドコンピューティングの需要は年間15%増加すると予想されている
クラウドコンピューティングの支出は、主要な市場セクターのITコストの50%に達すると予想されています。
クラウドコンピューティングのエネルギー消費量はすでに世界のエネルギー消費量の 1 ～ 1.5% を占めており、その増加は環境に深刻な脅威をもたらしています。

要約すると、クラウドコンピューティングの需要が高まっていることを踏まえ、よりエネルギー効率が高く、コスト効率の高いサーバーレスコンピューティングモデルが、現在の主流のクラウドコンピューティングの次の進化の方向性であると提案します。

1. はじめに

クラウドコンピューティングの影響は今や世界の隅々にまで浸透しています。どこにいても、インターネットにアクセスしたり情報を処理したりするためにポータブルコンピュータに依存している人々を目にすることができます。その情報のほとんどはエッジデバイスから収集され、その後クラウドで実行されるアプリケーションとサービスによって収集および処理されます。この分野で長年の経験を持ち、現代の IT を支える主要なオープンソーステクノロジの開発を推進してきた者として、今こそ一歩下がって、クラウドコンピューティングの将来の開発方向という大きな疑問について考えるべき時です。現在のクラウドコンピューティングモデルの次の開発方向は何でしょうか?もっと具体的に言うと、Kubernetes が推進する現在主流のハイブリッドクラウドコンピューティングモデルの将来はどうなるのでしょうか。

サーバーレスコンピューティングに関しては、Kubernetes の場合と同様に、自然な進化としてよく言及されますが、正しい方向に進化しているのでしょうか?クラウドコンピューティングの増大するコストを軽減するのに役立ちますか?それとも、その継続的な成長が再び私たちの環境に脅威をもたらすのでしょうか?

2. パワー

本論文では、これらの難しい質問に対する答えは決定的なものであると論じます。私たちは、クラウドコンピューティングの未来はサーバーレスであると信じています。この議論は、ユーザーが達成するコスト上の利点だけでなく、クラウドプロバイダーが達成するコンピューティング密度の高さや、環境への影響要因からも生じています。すべてのコンピューティングモデルは「グリーン」で、環境的に持続可能であり、私たちが依存している気候に優しいものでなければなりません。

III.歴史的観点

クラウドコンピューティングは、21 世紀初頭の主流モデルとして、IT 史上の革命と見なされています。クラウドコンピューティングの普及により、誰でも 1 時間あたり数セントという低価格でクラウドコンピューティング (通常は VM またはコンテナーの形式) を所有できるようになりました。誰でも、どこでも、簡単に「クラウドスケール」のコンピューティングリソースを起動できるという驚異的な利便性は、現在の技術革命の最大の原動力の 1 つです。

もちろん、この変化は結果ももたらします。可用性が高く安価なコンピューティングユニットがユーザーに提供されると、コンピューティングリソースが完全に使用されているかどうかに関係なく、それらのコンピューティングユニットが常に割り当てられるようになります。これらのリソースが割り当てられると、クラウドプロバイダーは、ユーザーが必要とするときにリソースが利用可能であることを保証する必要があります。同時に、ユーザーが割り当てられたコンピューティングリソースを使用するワークロードを 24 時間 365 日継続的に実行することは困難です。

ほとんどのワークロードはイベント駆動型です。イベントが予定されている時間を除いて、ほとんどの時間はイベントを待つことに費やされます。ワークロードは、イベントが到着した場合にのみ反応して応答します。もう 1 つの一般的なワークロードは、バッチモードで作業することです。もちろん、バッチタスクは外部イベントによってトリガーされることもあれば、定期的に発生することもあります。現在主流のクラウドコンピューティングモデルでは、ユーザーはワークロードに必要な量のコンピューティングリソースを事前に取得する必要があり、通常は膨大な無駄が生じます。これらの無駄なコンピューティングリソースにより、コスト支出とエネルギー消費が増加します。

4. サーバーレスはクラウドコンピューティングの未来

サーバーレスは、クラウドコンピューティングのリソース割り当ての問題を解決するために作成されました。 Serverless では、リソース割り当てに自動化を追加することで、ユーザーがワークロードに必要なコンピューティングリソースを事前に確認して割り当てる必要がなくなります。オープンソースの例として、Knative は Kubernetes クラウドプラットフォーム上に自動化された拡張機能を追加し、実際のサービスのニーズに応じてコンピューティングリソースを自由にスケールアップまたはスケールダウンできるようにします。一方では、リクエストが継続的に到着すると、Knative は割り当てられたコンピューティングリソースをそれに応じて増加し、Pods ノードの無制限の拡張をサポートします。一方、リクエスト数が徐々に減少すると、Knativeはそれに応じてコンピューティングリソースの規模を縮小します（リクエストがない場合は0ポッド）

Knative は、コンピューティングリソースがいつどこで必要になるかを判断することで、ユーザーにリソースを事前に割り当てるという問題を解決します。必要なのは、Knative 強化 Kubernetes クラスターにサービスをデプロイすることだけです。もちろん、サービス自体は追加のコンピューティングリソースを占有せず、いつでもどこでもコンピューティングリソースの要求に応答できます。 Knative が示すように、サーバーレスモデルでは各サービスをイベントとして定義し、Knative 自体もイベントの生成と消費をより適切に制御するためにいくつかの機能強化を行っています。これにより、必要な数のサービスインスタンスのみがクラウドで実行されるため、各サービスを常に独立して拡張できるようになります。

Knative は、各サービスに予約されているクラウドリソースを実際の使用状況に合わせて継続的に調整することで、クラウドの効率を向上させます。 Knative は Kubernetes を改善する方法として登場しました。Kubernetes と同じ機能の多くをカバーしながら、ユーザーにとっての簡素化と自動化を追加し、クラウドの効率性を高めます。したがって、可能な限り、基盤となる Kubernetes を直接使用するのではなく、Knative を使用する必要があります。

5. 管理コスト

サーバーレスの主な利点の 1 つは、クラウドリソースとサービスの効率的な割り当てと使用によるコスト削減です。現在クラウド上で実行されているワークロードのほとんどは、クラウドリソースの事前割り当てを必要とします。しかし、正確なリソース消費量を予測したり把握したりすることは難しいため、ユーザーは過剰に割り当ててしまい、その結果過剰に支払うことになります。

さらに、ほとんどのクラウドコンピューティングサービスのリソース要件は一定ではありません。それどころか、一般的なサービスの需要は、時間帯、曜日、季節、休日、地域や世界の出来事などによって変動します。ほとんどの場合、実際の需要を予測することは不可能な作業であるため、ユーザーは、ピークがスムーズに処理されるように、予想されるピークよりも高い冗長クラウドリソースを構成して予約します。つまり、ほとんどの場合、サービス用にプロビジョニングされるクラウドリソースは、実際に必要な量よりもはるかに多くなります。ユーザーがピーク値を十分に分析した後でより低い冗長数を選択した場合でも、実際の需要はより低い可能性があり、コストの無駄につながります。あるいは、不十分な数量を選択すると、収益の損失につながる可能性があります。サーバーレスは、需要に合わせてリソースをリアルタイムで自動的に構成することで、無駄や損失を効果的に回避します。

サーバーレスは、クラウドユーザーがサービスを展開するときにコンピューティングリソースを予約する必要があるという問題を解決します。 Serverless 経由で展開されたサービスは、イベント (サービスリクエスト) を処理する必要がある場合にのみアクティブ化されるため、クラウドユーザーのコストが削減されます。イベントが増えると、対応するクラウドサービスは需要を満たすために拡張され、需要が減少すると、サービスをゼロに減らすことができます。最良のシナリオは、サービスが着信要求を処理するために必要なリソースのみを消費し、それ以上でもそれ以下でもないことです。

クラウドサービスプロバイダーは、サーバーレスサービスを提供する際にコストを節約することもできます。サーバーレス以前は、ユーザーは事前に構成されたコンピューティングリソースを購入し、それらはすべてどこかの仮想マシンにローカルにデプロイされていました。クラウドサービスプロバイダーは、サービスがピークに達したときに、サービスにリソースを提供する仮想マシンに拡張スペースを提供するのに十分なローカルリソースがあることを確認する必要があります。サーバーレスでは、サービスの需要が増大しても、クラウドサービスプロバイダーは、イベントに対応するためにクラウド上に十分なリソースがあることを確認するだけで済みます。

Knative を例にとると、イベントが特定の Kubernetes クラスターに到着した場合、Knative は特定のワーカーノードに制限されることなく、クラスター内のどこでもイベントのリソースを見つけることができます。 Kubernetes クラスター全体のリソースが十分に活用されている場合、クラウドサービスプロバイダーはイベントを他のクラスターにルーティングできます。これは、Istio を通じてネットワークを抽象化し、Kubernetes のフェデレーションモデルを使用することで簡単に実現できます。どこからでもコンピューティングリソースを使用してイベントに対応できるため、ローカルリソースの事前割り当ての問題が解決され、クラウドの効率が大幅に向上します。一般的に、サーバーレスはクラウドサービスプロバイダーとユーザーの両方に大幅なコスト削減をもたらします。

6. 環境

前述したように、サーバーレスはクラウドサービスの効率を向上させます。ノードレベルでのみリソースをローカルにプロビジョニングできるという問題を解決することで、Serverless はどこからでもクラウドリソースを使用してリクエストに対応できます。全体として、クラウド全体で同じクラウドサービスを提供するために必要なコンピューティングリソースは少なくなります。さらに重要なのは、各ワークロードによって消費されるリソースが削減されることです。たとえば、ワークロードをゼロにスケールダウンすると、実行を継続した場合よりも消費されるリソースが少なくなり、必要なエネルギー消費量も削減されます。したがって、サーバーレスはさらなるエネルギー節約をもたらすことができます。ますます多くのサービスがサーバーレスコンピューティングモデルに移行するにつれて、クラウドプロバイダーはデータセンターのタスク場所でサービスを提供できるようになります。将来的には、データセンターは、容量が需要を満たしたときに、稼働中のノードや物理マシンの一部を停止することも可能になります。エネルギー消費はクラウドサービスプロバイダーにとって主要なコストの 1 つであるため、これによりコストを大幅に節約できます。

この節約により、クラウドの効率が向上するだけでなく、環境にも優しくなります。より多くのワークロードがクラウドに移行するにつれて、節約額は大幅に増加する可能性があります。さらに、気候変動の問題は、単に行動を変えるだけでは解決できず、私たちが持っているエネルギーをより効率的に使用し、エネルギー消費をさらに削減することによって解決する必要があります。サーバーレスを使用すると、現在のアプリケーションに影響を与えることなくこれらを実現できます。実際、そうなっています。もちろん、すべてのワークロードがサーバーレスモデルを採用できるわけではなく、サーバーレスへの移行も困難ですが、これについては後で説明します。したがって、クラウドロードのサーバーレスの未来は、より環境に優しい環境を意味します。

7. その他のユースケース

当初、サーバーレスは、主に機能またはサービスのワークロードを対象とした、使用範囲が狭いニッチなテクノロジーでした。最近では、ほぼすべてのタイプのワークロード要件を満たすために、その使用が劇的に拡大しています。たとえば、バッチ処理やトランザクション処理は、どちらも結果を達成するために実行されるタイプのワークロードであるため、サーバーレスアーキテクチャに自然に適しています。もちろん、バッチ処理とトランザクション処理の整合性を確保するためには、イベントのスケジュール設定と失敗時の再試行プロトコルも必要です。

1. データとAI

データと人工知能も、サーバーレスの使用に適した分野です。典型的なユースケースは、大規模なデータセットで機械学習 (ML) アルゴリズムを実行し、アルゴリズムと機能を改良して再実行する機能です。 Kubeflow などのプロジェクトは、これらのユースケースを容易にするために、Knative に関する必要なライブラリと機能をパッケージ化します。また、ファイアアンドフォーゲット型の呼び出しを許可するなど、データと AI のユースケースをより自然にするために、さまざまなインタラクションパターンを使用して現在のサーバーレスソリューションを拡張する可能性もあります。さらに、結果を取得するために、提供されたエンドポイントをコールバックする機能を追加すると役立つ場合があります。

2. 量子コンピューティング

最後に、将来的にサーバーレスアーキテクチャの非常に重要な応用は、量子コンピュータが主流になることを支援することです。量子コンピュータの性能はあらゆる面で従来のコンピュータを上回っており、従来のコンピュータにはない利点があります。しかし、その使用には特殊なハードウェアとキャビネットが必要であり、量子コンピューターのプログラミング制限も重要な要素です。量子コンピューターの法外なコストと、その冷却システムに関連するエネルギーコストを考えると、コストとエネルギーの最適化を実現するサーバーレスが当然の候補となります。「超伝導量子コンピューティングの未来」で説明されているように、量子サーバーレスモデルを使用すると、イベント駆動型および従来のサーバーレス関連のワークロードにアクセスすることで、量子コンピューターを直接使用する複雑さを軽減できます。 IBM Quantum チームは、Quantum Serverless を今後 2 ～ 5 年間の戦略の基盤に据えています。

8. 結論

このブログ記事では、サーバーレスがすべてのクラウドコンピューティングワークロードの未来である理由を説明します。このサーバーレスファーストモデルは、将来的にクラウドユーザーとサービスプロバイダーの両方にさまざまな潜在的なメリットをもたらすと考えています。そのメリットはコスト削減だけにとどまらず、エネルギー効率にも及び、より環境に優しいクラウドと、より環境に配慮したコンピューティングにつながります。最後に、データ、人工知能、量子コンピューティングなど、サーバーレスファーストクラウドのユースケースもいくつか紹介します。

オリジナルリンク: https://developer.ibm.com/blogs/the-future-is-serverless/